2.1 Расчет процесса горения топлива
2.1.1 Для обеспечения полного горения топлива практически в котельный агрегат подаётся воздух с избытком по сравнению с теоретическим. Это характеризуется коэффициентом избытка воздуха за установкой.
2.1.2
aух=am+Da , (1)
aух=1,2+0,2=1,4
2.1.3 Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 нм газообразного топлива, м3/м3,
V0=0,0467×[0,5×(CO+H2)+S
] (2)V0=0,0476×(0,5× 0,1+[(1+4/4)×93+(2+2/4)×3+(2+4/4) × 2+(3+6/4) 0,4+(3+8/4) × 0,2])=94,49.
2.1.4 Объём трёхатомных газов, м3/м3,
=0,01×(CO+SmCmHn+H2S+CO2) (3) =0,01×(0,1+1× 93+2×3+2× 2+3× 0,4+3× 0,2) =0,01×104,9=1,0492.1.5 Теоретический объём азота, м3/м3,
=0,79×V0+ (4) =0,79×94,49+1,3/100 =74,66.2.1.6 Объём избытка воздуха, м3/м3,
DVвоз=(aух-1)×V0 (5)
DVвоз=0,4×94,49=37,796
2.1.7 Объём водяных паров, м3/м3,
VH2O=0,01×(H2+S
+H2S)+0,016×am×V0 (6)VH2O=0,01(186+3+4+1,2+0,8)+0,016×1,2×94,49
VH2O=0,01(195)+1,8142=3,76
2.1.7 Объём продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м3 (при нормальных условиях) топлива, м3/м3,
VГ=
+ + VH2O+DVвоз (7)VГ=1,049+74,66+3,76+37,796=117,265.
2.1.8 Плотность топочного газа при нормальных условиях, кг/м3,
rm=0,01×[1,96×CO2+0,52×H2S+1,25×N2+1,43×O2+1,25×CO+0,089×H2+S(0,536×m+0,046×n)CmHn+0,803×H2O] (8)
rm= 0,01×[1,625+0,125+(66,96+3,492+2,512+0,7536+0,3952)]=
0,01×(75,86)=0,7586.
2.1.9 Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива, кг/м3,
GГ=rm+1,306×aух×V0 (9)
GГ=0,7586+1,306×1,4×94,49=173,52
2.1.10 Определяем теоретическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при произвольных температурах (например 1400 и 2000 0С) по формуле
(10)где С '- средние объёмные изобарные теплоёмкости углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха соответственно, определяются по таблице П 1.3.
(1,049×2,3136+74,66×1,4407+3,76×1,828+37,796×1,4528)×1400=240481 кДж (1,049×2,4221+74,66×1,4888+3,76×1,9628+37,796×1,501)×2000=355612 кДжПо рассчитанным значениям при 1400 0С и при 2000 0С строят в масштабе зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры hnc=f(t).
2.1.11 Энтальпию продуктов сгорания (кДж/м3) при теоретической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки
(11)где hт- физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять равным 0, hвоз – физическое тепло воздуха;
hвоз=am×C1воз×tвоз, (12)
hвоз=1,2×1,3071×200=313,7 кДж/м3
hmnc=35500+313,7=35813,7 кДж/м3
здесь tвоз – температура воздуха, выбирается согласно задания(2000С); С'воз – средняя изобарная объёмная теплоёмкость воздуха при температуре воздуха при tвоз =2000С. Зная hпст, по ht – диаграмме определяем теоретическую температуру горения. Она составила 1748,60C
2.1.12 Энтальпию уходящих газов (кДж/м3) определяем:
2.1.12.1 С воздухоподогревателем:
(13) , , , ,где С´ –средние изобарные объёмные теплоёмкости газов.
hух= (0,3647×2,3827+3,2×1,47+0,7647×1,91+0,35×1,395×1,4826)×190=1474,3
2.1.12.2 Без воздухоподогревателя
(14)Для этого случая определяем приближённое значение температуры уходящих газов t 'ух без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего:
1,293×СГ×VГ (t¢ух – tух)=am×V0×Cвоз(tвоз – t0)×1,293, (15)
где Сr – средняя изобарная массовая теплоёмкость газов, принимаем Сr=1,16 кДж/(кг ·0С); Своз- средняя изобарная массовая теплоёмкость воздуха, принимаем Своз=1,02 кДж/(кг ·0С), откуда
(16) , , , .h¢ух=(0,3647×1,8747+3,2×1,3126+0,7647×1,5465+0,488×1,3193)×318=2133,9
2.2 Тепловой баланс котельного агрегата
Тепловой баланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характеризуется равенством между количествами подведённой (располагаемой) и расходуемой теплоты: Qприх=Qрасх. Обычно тепловой баланс составляют за единицу количества сжигаемого топлива: 1 кг твёрдого или жидкого, либо 1 м3 газообразного топлива, взятого при нормальных условиях. С учётом этого и принебрегая физической теплотой топлива и холодного воздуха, можно считать, что Qприх=Qнр (Qнр-низшая теплота сгорания единицы топлива в рабочем состоянии).
Тепловой баланс котельного агрегата рассчитывается по уравнению согласно схеме приложение 1.
QРН = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (17)
то же в %:
100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6 (18)
где q1 –полезно использованная в котельном агрегате теплота; q2 – потери теплоты с уходящими газами; q3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания (см. табл. П 1.4); q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания, принимаем равными нулю; q5 = потери теплоты от наружного охлаждения (см. табл. П 1.5); q6 – потери с физическим теплом шлака, принимаем равным нулю.
2.2.1 Потери теплоты с уходящими газами определяем для случаев:
2.2.1.1 С воздухоподогревателем
(19)2.2.1.2 Без воздухоподогревателя
(20)где h0= 0 при t0= 0 0С.
2.2.2 К.п.д. брутто котельного агрегата, %
2.2.3 С воздухоподогревателем
hК.А.=q1=100 - (q2+q3+q4+q5+q6), (21)
hК.А.=q1=100 - (8,9+0,75+0+0,9+0)=89,45%,
2.2.4 Без воздухоподогревателя
h1К.А.=q1=100-(q2+q3+q4+q5+q6) (22)
h¢К.А.=q1=100 - (13+0,75+0+0,9+0)=85,35%,
2.2.5 Часовой расход натурального тепла, м3/ч:
2.2.6 С воздухоподогревателем
(23)где hп.п – энтальпия перегретого пара, при tп.п (таблдица 14. Рабинович); hп.в - энтальпия питательной воды при tп. (таблдица 14. Рабинович); h'- энтальпия воды.
hпп = 3000 при Pпп = 14МПа и tпп = 4000С,
при tпв = 1100Си Pпп =14МПаtH=336,630C
При Р = 14МПа и tн = 336,630С h1 = 1570.8
м3/ч.2.2.7 Без воздухоподогревателя
(24) м3/ч.3 УПРОЩЕННЫЙ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
3.1 Эксергия топлива может быть принята равной теплоте сгорания топлива
(25)