Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

Технологическая часть

Исходные данные для расчета продуктов сгорания топлива

4.1.1 Расчетные характеристики топлива приведены в таблице 2.1, 2.2 Л-1. Из таблиц необходимо выписать состав топлива и, если необходимо, произвести перерачет на рабочую массу топлива с учетом заданной зольности А^с и влажности W^p (табл.2.6 Л-1).

4.1.2 Коэффициент избытка воздуха α_m принимается в зависимости от вида топлива и способа его сгорания по табл. 3.2 Л-1.

4.1.3 Расчетная схема газовоздушного тракта котла строится с целью определения направления потоков воздуха и продуктов сгорания, оп­ределения взаиморасположения и последовательности омывания га­зами поверхностей нагрева, а также с целью представления основной информации для последующих расчетов топочной камеры, конвек­тивной части котла и хвостовых поверхностей нагрева.

На схеме условно показываются: подвод к котлу топлива и его

марка (месторождение); подвод воздуха к котлу; линии тока про­дуктов сгорания в топочной камере, камере догорания, конвектив­ных пучках и хвостовых поверхностях нагрева; значение коэффици­ента избытка воздуха за горелкой (a_г), на выходе из топки (a _т), за котлом (a _к), на входе и выходе экономайзера или воздухоподо­гревателя (a¢_э, a²_э или a¢_вп, a²_вп); тип применяемых горелок или топо­чного устройства.

Пример схемы приведен на рисунке.

1 2

3

Расчетная схема газо-воздушного тракта

где 1 – экран топки: трубы 60х3, s/d = 1.0;

2 - конвективные пакеты из труб 28х3; S₁ = 50; S₂ = 45;

3 – воздухоподогреватель или водяной экономайзер (чугунный, стальной)

4.1.4 Используя схему котла, выписать необходимые поверхности нагрева, именуемые в дальнейшем газоход, и по каждому из них определить долю присосов воздуха ∆α;

∆α определяется по табл. 3.1 Л-1. Коэффициент избытка воздуха за газоходами определяется нарастающим итогом путем суммирования избытка воздуха за предшествующим газоходом с присосом очередного по ходу газов по формуле: α _г″= α _г′ + ∆ α_m,

где г – газоход (поверхность нагрева)

′, ″ - на входе в газоход и на выходе из газохода соответственно

Например, α _m″= α _m′ + ∆ α_m, где m – топка и т.д. по ходу движения дымовых газов.

4.1.5 Средний коэффициент избытка воздуха:

Например,

где α _m′ - избыток воздуха перед газоходом, равный избытку воздуха за предыдущим газоходом.

α _m″ = α _пп ′ и т.д. (пп - пароперегреватель).

4.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания топлива.

Показатель	Твердое и жидкое топливо (м3/кг)	Газообразное топливо (м3/м3)
Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг или 1 м3 топлива	Vов = 0,0889·(СР + 0,375SРл) + 0,265·НР – 0,0333· ОР	Vов = 0,0478[0,5 СО + 0,5 Н2 + 1,5 Н2S + Σ(т + )С т Н п – О2]
Теоретический объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания топлива	VRO2 = 0,0187(СР + 0,375 · SРл)	VRO2 = 0,01(СО2 + СО + Н2S + Σ т С т Н п)
Теоретический объем азота	VоN2 = 0.79· Vов + 0.8 NР/100	VоN2 = 0,79· Vов + 0,01 N2
Теоретический объем водяных паров	VоН2О = 0,111 НР + 0,0124·WP + 0,0161·Vов	VоН2О = 0,01 (Н2S + Н2 + Σ С т Н п + 0,124d г. тл) + 0,0161·Vов

При расчетах в формулы вводятся содержания компонентов топлива в объемных процентах. Величины т и п равны соответственно числам атомов углерода и водорода в химической формуле углеводородов, входящих в состав данного топлива.

d г. тл – влагосодержание газообразного топлива 1 м³ сухого газа, принимается 10 г/ м³. Дальнейший расчет объемов продуктов сгорания с учетом избытка воздуха (α>1) производится по одним и тем же формулам для всех видов топлива.

Действительный объем водяных паров м³/кг (м³/ м³):

V_Н2О = V^о_Н2О + 0,0161(α _ср - 1) ·V^о_в

Определяем суммарный объем продуктов сгорания м³/кг (м³/ м³):

V _д.г = V _RO2 + V^о_N2 + V_Н2О + (α _ср - 1) ·V^о_в + 0,0161(α _ср - 1) ·V^о

Парциальное давление трехатомных газов и водяных паров:

Р RO2 =	VRO2	· Р
V д.г
РН2О =	VН2О	· Р
V д.г

Так как практически Р = 1 атм., то парциальные давления численно равны их объемным долям Р _RO2 = r _RO2

Р_Н2О = r _Н2О

Общая объемная доля трехатомных газов и водяных паров

r_п = r _RO2 + r _Н2О

 

Результаты расчета объемов продуктов сгорания и парциальных давлений сводим в таблицу1:

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы.

Наименование величины и расчетная формула	Размерность	Vов	VRO2	VоN2	VоН2
Поверхности нагрева
Коэффициент избытка воздуха за газоходом α г″	-
Величина присосов ∆ α	-
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходах α ср	-
Действительный объем водяных паров VН2О = VоН2О + 0,0161(α ср - 1) ·Vов	м3/кг (м3/ м3)
Суммарный объем продуктов сгорания V д.г = V RO2 + VоN2 + VН2О + (α ср - 1) ·Vов + 0,0161(α ср - 1) ·Vо	м3/кг (м3/ м3)
Парциальное давление трехатомных газов Р RO2 = r RO2 = VRO2 / V д.г	-
Парциальное давление водяных паров РН2О = r Н2О = VН2О V д.г	-
Общая объемная доля водяных паров и трехатомных газов rп = r RO2 + r Н2О
Концентрация золы µ = 10· А Р· аун V д.г	г/ м3

Примечание: а_ун- доля золы топлива, уносимая газами, для камерных топок при сжигании твердого топлива а_ун = 0,95, для слоевых топок по табл. 4.1-4.4 Л-1

 

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпия сгорания определяется на 1 кг твердого или жидкого топлива или на 1 м³ сухого газообразного топлива по формуле:

I _д.г = I⁰ _д.г +(α _ср – 1) I⁰ _в + I _зл , кДж/кг (кДж/м³)

где I⁰ _д.г – энтальпия теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур (100-2200⁰С)

I⁰ _д.г = V_RO2 (сθ)_RО2 + V^о_N2(сθ) _N2 + V^о_Н2О(сθ) _Н2О, кДж/кг (кДж/м³)

где (сθ)_RО2, (сθ) _N2,(сθ) _Н2О - средние удельные энтальпии газов, входящих в состав продуктов сгорания, кДж/м³ табл.3.4 (Л-1)

I⁰ _в – энтальпия теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур (100-2200⁰С)

I⁰ _в = V⁰ _в (сθ) _в

(сθ) _в – энтальпия 1м³ воздуха, кДж/м³, принимается для каждой выбранной температуры по табл. 3.4 (Л-1)

I ^в_изб – энтальпия избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур (100-2000⁰С)

I ^в_изб = (α _ср – 1) I⁰ _в, кДж/кг (кДж/м³)

Если приведенная величина уноса золы из топки

то к энтальпии дымовых газов следует добавить энтальпию золы:

I _зл = 0,01· а_ун · А ^Р(сθ) _зл, где

(сθ) _зл – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, определяется по табл. 3.4 (Л-1)

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводят в таблицу 2.

Данные таблицы 2 позволят в последующих расчетах по температуре продуктов сгорания определить энтальпию

или, наоборот, по энтальпии продуктов сгорания – их температуру

При этом производится линейная интерполяция в интервале температуры 100 К.

I _б иI _м – энтальпии, соответствующие большей и меньшей температурам искомого интервала температур, приведенным в табл. 3.5 (Л-1)

t _изв – температура, для которой вычисляется энтальпия, ⁰С; t _м – температура, соответствующая меньшей энтальпии искомого интервала, ⁰С; I _изв – энтальпия, по значению которой определяется температура.

Таблица 2 Энтальпия продуктов сгорания

Примечания к таблице

При составлении табл. I – θ рекомендуется для каждого значения коэффициента избытка воздуха определить величину Iв пределах, немного превышающих реально возможные температуры в газоходах. Около величин Iцелесообразно помещать величину Δ I– разность двух соседних по вертикали значений Iпри одном значении α. По данным таблицы строится на миллиметровой бумаге график зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры θ (I – θ диаграмму).

При построении I – θ диаграммы рекомендуется выбирать следующие масштабы:

для температуры θ (ось абсцисс) – 100⁰С -1см

для энтальпии I (ось ординат) – 1000 кДж/кг – 1см

I	кДж/кг (кДж/м3)
	α т   α2 α3 α4 α5   α6   θ, 0С
……
……
…..

100 200 300 400 500 600 ………..2100