Расчет теплового баланса парового котла (стр. 3 из 8)

4 Тепловой баланс котла

Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q₂, %

(17)

где H_ух – энтальпия уходящих газов, кДж/м³;

H⁰_х.в – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при t_в = 30⁰С, кДж/м³;

a_ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q₄ – потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q₄ =0;

Q^р_р – располагаемая теплота топлива, кДж/м³.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H⁰_хв, кДж/м³, при температуре 30⁰С

H⁰_хв =39,8 V⁰ (18)

H⁰_хв= 39,8 * 10,03 = 399,2

Определяем располагаемую теплоту Q^р_р, кДж/м³, для газообразного топлива

Q^р_р = Q^с_н (19)

где Q^с_н – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³

Q^р_р=38380

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н₂, СН₄. По таблице 4.4 [2] q₃=0,5.

Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q₄, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q₄ = 0 %.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле

q₅= q_5ном (D_ном / D) (20)

где q_5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q_5ном =2,3;

D_ном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

q₅=2,3* 6,5/6,5 =2,3

Определяем КПД брутто η_бр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса

η_бр=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆). (21)

При сжигании газообразного топлива уравнение примет вид

η_бр =100–(q₂+ q₃ +q₅)

η_бр =100–(6,2+0,5+2,3)=91,0

Определяем полезную мощность Q_пг, кВт, парового котла

Q_пг =D_н.п (h_н.п – h_п.в )+ 0,01рD_н.п (h_кип – h_п.в) (22)

где D_н.п – расход выработанного насыщенного пара 1,8, кг/с;

h_н.п – энтальпия насыщенного пара определяется из ист.4, 2789 кДж/кг;

h_п.в – энтальпия питательной воды ист.4, 820 кДж/кг;

р – непрерывная продувка парового котла, 2,5 %;

h_кип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, 826 кДж/кг.

Q_пг =1,8 (2789 – 419) + 0,01*2,5*1,8 (826– 419)=4284,3

Определяем расход топлива В_пг, м³/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

В_пг = (Q_пг / (Q^р_р*η_бр))100 (23)

В_пг = (4284,3/ (38380 * 91,0)) 100 =0,123

Определяем расчётный расход топливаВ_р, м³/с

В_р =В_пг= 0,123

Определяем коэффициент сохранения теплоты φ

(24)

φ = 1-2,3/(91,0 +2,3) = 0,975

5 Расчет топочной камеры

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 1035⁰С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J), кДж/м³.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Q_т, кДж/м³

(25)

где Q_в – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м³

Q_{т =}38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6

Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Q_в, кДж/м³, определяем

Q_в =α˝_т*H⁰_х.в. (26)

Q_в =1,05*399,2=419,16

Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов

ψ = χ *ξ, (27)

где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2] ; χ=0,97;

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ξ=0,67.

ψ = 0, 97*0, 67=0, 65

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя

S=3,6V_т/F_ст (28)

где V_т – объем топочной камеры, м³;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35

Определяем коэффициент k, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами k_г и сажистыми частицами k_с

k = k_г r_п + k_с (29)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^–1;

r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;

k_с –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^–1.

Коэффициент k_г, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле

(30)

где р_п = r_п р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;

T˝_т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент k_с , (м·МПа)^–1, ослабления лучей сажистыми частицами

k_с

(31)

где С^р, Н^р–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.

При сжигании природного газа

(32)

где С_mН_n – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %

k=8,75*0,257+1,147=3,43

Определяем степень черноты факела а_ф.

Для газообразного топлива степень черноты а_ф факела

а_ф =mа_св +(1– m) а_г (33)

где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при q_V=421 кВт/м³;

а_св – степень черноты светящейся части факела;

а_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения а_св и а_г определяю по формулам

а_св=1 – е^{-(kг rп + kс) р s} (34)

а_г=1 – е ^{–kг rп р s} (35)

а_св=1 – е^{-(3,43*0,1*1,35)}=0,37

а_г=1 – е ^{–8,75*0,257*0,1*1,35}=0,259

а_ф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.

Определяем степень черноты топки а_т для камерной топки при сжигании газа

(36)

а_т=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость V_с.ср, кДж/м³·К, продуктов сгорания на 1 м^{3 газ}а при нормальных условиях

V_с.ср=(Q_т – H^″_т) / (Т_а –Т^″_т) (37)

где Т_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания Н_а; Т_а=2254, К.

Т^″_т –температура (абсолютная) на выходе из топки,К;

H^″_т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;

Q_т – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³.

V_ср

Определяю действительную температуру υ^″_т, ⁰С, на выходе из топки

υ″т =

(38)

Полученная температура на выходе из топки υ^″_т = 1033⁰С сравнивается с температурой, принятой ранее, 1035⁰С. Расхождение между полученной температурой υ^″_т, ⁰С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±100⁰С, расчет считается оконченным.