Практичне заняття №3

1 Розрахунок нагрівального приладу (котла) для роботи на різних видах палива

1.1 Тепловий баланс котла:

Q_p^p=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ (3.1)

де Q_p^p – необхідна кількість теплоти, кДж/кг, кДж/м³;

Q₁ – корисна теплота, яка знаходиться в гарячій воді, кДж/кг;

Q₂, Q₃, Q₄,Q₅,Q₆ – відповідно втрати тепла з вихідними газами від хімічного неповного згорання, від механічної неповноти згоряння, від навколишнього охолодження, від фізичної теплоти, яка міститься в видаленій зоні, та втрати на охолодження панелі, балок, стін, перекриттів, кДж/кг.

1.2 Розрахунок кількості теплоти для твердого рідкого виду палива:

Q_p^p= Q_H^p + i_тл + Q_ф (3.2)

де Q_н^р – найнижча теплота згорання робочої маси твердого та рідкого палива, кДж/кг; (для Донецьких вугільних родовищ Q_н^р=24200 кД/кг, для низького сіркового мазуту Q_н^р=39730 кДж/кг [4];

i_тл – фізична кількість теплоти внесена паливом, кДж/кг;

Q_ф – фактична кількість теплоти, яка вноситься в агрегат при паровому розпилюванні рідкого палива, кДж/кг.

1.2.1 Визначення фізичної кількості теплоти палива i_тл, кДж/кг

Її враховують тільки при його передчасному підігріванні від стороннього джерела, тому для твердого палива Q_p^p = Q_H^p = 24200, для рідкого палива Q_p^p=Q_н^р=39730, а для газової суміші приймають:

Q_p^p=Q_н^с (3.3)

де Q_н^с – найнижча теплота згоряння сухої маси газу, кДж/кг.

Фактичну кількість теплоти яка вноситься в агрегат при паровому розпаленні рідкого палива Q_ф приймаємо рівну нулю, тому що відсутній його підігрів.

1.3 Втрати тепла з відвідними газами, Q₂, кДж/кг або кДж/м³:

Q₂=(H_вг-H_хп) (3.4)

де H_вг – ентальпія відвідних газів, кДж/м³;

Н_хп – ентальпія холодного повітря, кДж/кг, кДж/м³;

q₄ – втрата теплоти від механічної неповноти згоряння, % (q₄ = 11% - для вугілля, q₄ = 0 – для газу, мазуту).

1.3.1 Ентальпію холодного повітря Н_хп, кДж/кг, кДж/м³ знаходимо з виразу:

Н_хп=aL₀С_п (3.5)

де a – коефіцієнт враховуючий перевищення кількості повітря в відвідних газах, (для газу – a =1,05, a =1,54 – для твердого палива та a =1,15 для мазуту);

L₀ – теоретичний об¢єм повітря, необхідний для горіння, м³/кг, (м³/м³);

С_п – ентальпія 1м³ повітря при заданій температурі, кДж/кг, (С_п=26,6).

1.3.2 Теоретичний об¢єм повітря L₀, м³/кг для твердого та рідкого видів палива знаходимо з виразу:

L₀= 0,0889(С^p)+0,375(N^p)+ 0,265(H^p)+0,0333(O^p) (3.6)

де С^p, N^p, H^p, O^p – процентний вміст складових палива, % [7].

1.3.3 Необхідна кількість повітря для горіння газоподібного палива L_ог, м³/м³:

L_ог= (3.7)

Для технічних розрахунків використовують емпіричні формули отримані Розіним, Фелінгом та ін.:

- для вугілля:

L_ов=1,01 + 0,5 (3.8)

- для мазуту:

L_ом=0,85 +2,0 (3.9)

- для газу:

L_ог =0,875 (для газу калорійність < 3000) (3.10)

L_ог=1,09 - 0.25 (для газу калорійністю > 3000) (3.11)

L_ов=1,01 + 0,5=24,94.

L_ом=0,85 + 2,0=35,7.

L_ог=1,09 - 0,25=39,85.

H_хпв=1,54×24,94×26,6=1021.

H_хпм=1,15×35,7×26,6=1092.

H_хпг=1,05×38,85×26,6=1085.

1.3.4 Ентальпію відвідних газів H_вг, кДж/м³ знаходимо з виразу:

H_вг= (3.12)

де – відповідно ентальпія 1м³ трьохатомних газів, азоту та водяних парів які залежать від температури відхідних газів, (t_вг=130°С - =226 кДж/м³; =169 кДж/м³; =197 кДж/кг – для твердого та газоподібного палива, а при t_вг=150°С - =265 кДж/м³; =196 кДж/кг; =228 кДж/м³ – для мазуту) [7];

– об¢єми трьохатомних газів, азоту та водяного пару; м³/м³.

1.3.4.1 Об¢єм трьохатомних парів , м³/м³

(3.13)

де С_P, S_op – складові твердо та рідкого палива, %.

- для вугілля .

- для мазуту

- для газу (Дашавського)

=0,01[(CO₂%)+(CH₄%)+(C₂H₆%)+(C₃H₈%)+(C₄H₁₀%)+2(C₅H₁₂%)] (3.14)

=0,01[(0,2+98,9+0,3+0,1+0,1+2×0)]=0,996.

1.3.4.2. Об¢єм азоту , м³/кг, м³/м³:

=0,79L₀+0,8(N_p)/100+(a-1)L₀ (3.15)

- для вугілля =0,79×24,94+0,8×0,9/100+(1,54-1)×24,94=33,2;

- для мазуту =0,79×35,7+0,8×0,5/100+(1,15-1)×35,7=33,6;

- для газу =0,79×38,85+0,8×0,4/100+(1,05-1)×38,85=50,1.

1.3.4.3. Об¢єм водяного пару , м³/м³; м³/кг:

- для твердого та рідкого виду палива:

=0,11H_p+0,0124(W^p)+0,0161L₀(a-1) (3.16)

- для вугілля =0,11×3,1+ 0,0124×5+0,0161×24,94(1,54-1)=0,62;

- для мазуту =0,11×11,2+ 0,0124×3+0,0161×35,7(1,15-1)=1,36.

- для газу =0,01(N₂%)+(CO₂%)+2(CH₄%)+3(C_nH_m) (3.17)

=0,01[0,4+0,2+2(98,9)+3(0,3+0,1+0,1)]=1,99.

H_{вг В}=0,655×226+33,2×169+0,62×197=5881,2.

H_{вг М}=0,852×265+33,6×196+1,36×228=7121,7

H_{вг Г}=0,996×226+50,1×169+1,99×197=9084.

Q_{2 В}=(5881,2-1021)(100-11)/100=4325,6.

Q_{2 М}=(7121,7-1092)(100-0)/100=6029,7.

Q_{2 Г}=(9084-8521)(100-0)/100=7999.

1.3.5 Фактичні втрати тепла з вихідними газами q₂,% розрахуємо з виразу:

q₂= (3.18)

- для вугілля q_{2 В}=4325,6/24200=17,8;

- для мазуту q_{2 М}=6029,7/39730=15,2;

- для газу q_{2 Г}=7999/35880=22,3.

1.4 Втрати теплоти від хімічної неповноти згоряння Q_3, кДж/кг, приймають 1% для вугілля, 0,5% для мазуту та газу від Q_Н^Р тоді:

- для вугілля Q_3В=0,01×24200=242;

- для мазуту Q_3Г=0,005×39730=198;

- для газу Q_3Г=0,005×35880=179.

1.5 Втрати теплоти від неповного механічного згоряння Q₄, кДж/кг находимо з виразу

Q₄=q₄×Q_P^P×0,01 (3.19)

- для вугілля Q_4В=11×24200×0.01 =2662;

- для мазуту Q_4Г=0×39730×0,01= 0;

- для газу Q_4Г=0 ×35880×0.01= 0.

1.6 Втрати тепла від навколишнього охолодження Q₅, кДж/кг, відповідно [7] приймають 10% від Q_Н^Р:

- для вугілля Q_{5 В} = 0,10×24200 =2420;

- для мазуту Q_{5 Г} = 0,10×39730 =3973;

- для газу Q_{5 Г} = 0,10×35880 =3588.

1.7 Втрати теплоти на охолодження балок та панелі Q₆, кДж/ч, відповідно до [7] приймають до 3% від Q_Н^Р:

- для вугілля Q_{6 В}=0,03×24200=726;

- для мазуту Q_{5 М}=0,03×39730=1192;

- для газу Q_{5 Г}=0,03×35880=1076.

1.8 Визначаємо ККД водонагрівача (котла) h,% відповідно до рівняння теплового балансу:

h=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆) (3.20)

- для вугілля h_В=100-(17,8+1+11+10+3)=57,2;

- для мазуту h_М=100-(15,2+0,5+11+10+3)=61,3;

- для газу h_М=100-(22,3+0,5+11+10+3)=61,3.

1.9 Визначаємо витрати палива В_КК, кг/с, м³/с, яке подається в топку котла з виразу:

В_КК= (3.21)

де Q_КК – корисна потужність котла, кВт;

1.9.1 Корисна потужність котла Q_КК, кВт знаходимо з виразу:

Q_КК = G_B(H_ГВ-H_ХВ) (3.22)

де G_B – витрати води через водогрійний котел, кг/с;

H_ГВ, H_ХВ – відповідно ентальпія гарячої та холодної води, кДж/кг;

H_ГВ=399 кДж/кг, H_ХВ=294кДж/кг [6].

1.9.2 Витрати води через котел (або витрати теплоносія в системі опалення G_B, кг/с [4]:

G_B= (3.23)

де Q_ОТ – сумарні втрати тепла в приміщенні, кВт;

b₁ – коефіцієнт врахування доповненого теплового потоку встановлених опалювальних приладів, b₁ =1,02;

b₂ - коефіцієнт врахування доповнених втрат тепла опалювальних приладів біля навколишньої огорожі (для радіаторів чавунних секційних у зовнішньої стіни b₂ =1,02;

С – питома теплоємкість води, кДж/кг, (С =4,19);

Dt – різниця температур теплоносія на вході та виході із системи нагріву, °С, (по завданню).

G_B = =0,325.

Q_KK = 0,325(399-294)=34,1.

- для вугілля B_{KK B}= =24,6×10^-4;

- для мазуту B_{KK М}= =14,1×10^-4;

- для газу B_{KK Г}= =17,5×10^-4.

1.10 Витрати для закупівлі палива на 1 місяць опалювального періоду Д, грн.

Для проведення розрахунку завчасно закладені завищені показники тому що витрати палива та сумарні втрати тепла в приміщенні розраховувались для найбільш "екстремальних" умов – Б [9], температура зовнішнього повітря (по завданню) складала - 22°С, що в нашому регіоні є рідкісним:

Д=2,592× 10⁶× В_КК× Ц (3.24)

де Ц – вартість одиниці палива, грн/кг, (приклад: для вугілля Ц=0,2 грн/кг; для мазута Ц=1,75 грн/л; для газу Ц=0,175 грн/м³)

- для вугілля Д _В=2,592×10⁶×24,6×10^-4×0,2=1275,3;

- для мазуту Д _М=2,592×10⁶×14,1×10^-4×1,75=6395,7;

- для газу Д _Г=2,592×10⁶×17,5×10^-4×0,175=793,8.

Висновок по заняттю.

Практичне заняття №4

Тема: ″ Розрахунок конструктивних параметрів газових горілок ″

Мета заняття: Вивчити конструктивні відмінності газових горілок навчитись розраховувати конструктивні параметри відповідно до області їх застосування.

Термін проведення занять – 2 години.