Порядок выполнения работы

Исходные данные

Прежде чем приступить к выполнению работы, следует выбрать шифр задания из таблицы А.1.

Руководствуясь шифром принять необходимые для решения задания исходные данные из таблиц Б.1 или Б.2, в которых:

D – паропроизводительность котельного агрегата;

Δα – присос холодного воздуха по газовому тракту;

р_пр – потери воды с непрерывной продувкой;

Р_пп – давление пара в котельном агрегате;

t_пп – температура перегретого пара;

t_пв – температура питательной воды.

Элементарный состав и низшая теплота сгорания топлива приведены в таблицах В.1 и В.2.

1 Определение способа сжигания топлива, типа топки и значений коэффициента избытка воздуха в топке (α_т) и за установкой (α_ух).

Способ сжигания топлива, тип топки и значение коэффициента избытка воздуха в топке (α_т) определить с помощью таблиц В.3…В.5. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов (за установкой) равен:

α_ух = α_т + Δα (1)

2 Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива на выходе из котлоагрегата (при α_ух).

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при α = 1 определяется по формулам:

для твердого и жидкого топлива

, м³/кг; (2)

для газообразного топлива

, м³/м³. (3)

Теоретические объёмы продуктов горения при α = 1 для твердых и жидких топлив:

объём сухих трехатомных газов

, м³/кг; (4)

теоретический объём азота

, м³/кг; (5)

теоретический объём водяных паров

, м³/кг. (6)

Здесь 0,0161V^о – объем водяных паров, содержащихся в воздухе при влагосодержании d_в = 10 г/кг с.в.

Для газообразных топлив:

объём сухих трехатомных газов

, м³/м³; (7)

теоретический объём азота

, м³/м³; (8)

теоретический объём водяных паров

, м³/м³, (9)

где d_г – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³, в данной работе можно принять d_г = 10 г/м³.

Объём продуктов сгорания при α = 1

, м³/кг или м³/м³ (10)

Действительный объём продуктов сгорания при α > 1 отличается от теоретического в основном объемом избыточного воздуха DV_в, а также незначительно объемом водяных паров:

Коэффициент избытка воздуха на выходе из котельного агрегата равен

α_ух = α_т + Δα (11)

Объём продуктов сгорания при a = a_ух (выходе из котельного агрегата) следует вести по формулам:

объем избыточного воздуха

DV_в = (a - 1)×V^о; (12)

объём водяных паров

, м³/кг или м³/м³; (13)

объём продуктов сгорания

. м³/кг или м³/м³. (14)

Объёмная доля сухих трехатомных газов:

.

Объёмная доля водяных паров:

.

3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпия, кДж/кг или кДж/м³, теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания (при α = 1) определяется по формулам:

; (15)

, (16)

где (сt) – энтальпия 1 м³ газов при температуре t, кДж/м³.

Расчет энтальпий произвести для температуры уходящих газов t_ух, ⁰С. Величину t_ух оценить по таблице В.7. Более высокие значения температуры t_ух принимаются при большем содержании серы в топливе, а также при более высокой влажности топлива.

Численные значения средних энтальпий (сt) в интервале от 0 до t⁰С для воздуха и газов приводится в таблице В.6. Значения средних энтальпий воздуха и газов при t_ух определить методом линейной интерполяции.

Энтальпия действительных объёмов продуктов горения при α_ух, кДж/кг или кДж/м³, определяется по формуле

. (17)

Результаты вычислений объёмов воздуха и продуктов сгорания и их энтальпий свести в таблицы 1 и 2.

4 Тепловой баланс котельного агрегата (промышленной печи).

Уравнение теплового баланса в общем виде может быть записано так

, кДж/кг или кДж/м³, (18)

где - располагаемая теплота топлива по рабочей массе;

Q₁ – теплота, полезно-воспринимаемая рабочим телом;

Q₂ – потери теплоты с уходящими газами;

Q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания;

Q₄ – потери теплоты от механического недожога;

Q₅ – потери теплоты в окружающую среду;

Q₆ – потери с физической теплотой удаляемых шлаков;

Q_пп – дополнительные потери теплоты в промышленной печи.

В данной работе не учитывается теплота горячего воздуха, подаваемого в топку и подогретого вне котельного агрегата или промышленной печи, а также парового дутья при сжигании мазута. Поэтому можно принять:

для твердого и жидкого топлива

, кДж/кг; (19)

для газообразного топлива

кДж/м³. (20)

При сжигании мазута для обеспечения тонкого распыла в форсунках он подогревается до температуры t_тл = 90-140⁰С. Поэтому для мазута учитывается физическая теплота топлива

Q_тл = с_тлt_тл, (20)

где с_тл – теплоемкость топлива, кДж/(кг×К).

Теплоемкость мазута

с_тл = 1,74 + 0,0025t_тл (21)

Тогда располагаемая теплота топлива при сжигании мазута определится как

(22)

Приняв за 100%, тепловой баланс можно записать в таком виде:

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ + q_пп = q₁ + Σq_пот = 100%. (22)

При сжигании жидкого и газообразного топлива потери теплоты q₄ и q₆ отсутствуют и тепловой баланс котла принимает вид

q₁ + q₂ + q₃ + q₅ + q_пп = q₁ + Σq_пот = 100%. (23)

Потери q_пп специфичные для промышленных печей разного назначения. Для котельного агрегата эти потери отсутствуют и в дальнейшем в данной работе не рассматриваются. Для котельного агрегата тепловой баланс запишется в виде

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ = q₁ + Σq_пот = 100% (24)

или при сжигании жидкого и газообразного топлива

q₁ + q₂ + q₃ + q₅ = q₁ + Σq_пот = 100%. (25)

Потери теплоты с уходящими газами, в %, определяется по формуле:

, (26)

где H_ух – энтальпия уходящих газов при температуре уходящих газов;

α_ух – коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;

H_хв – энтальпия теоретически необходимого воздуха при температуре холодного воздуха t_хв, которую обычно принимают равной 30⁰С. Данную энтальпию можно определить по выражению

, кДж/кг или кДж/м³ (27)

Удельную объемную теплоемкость воздуха при температуре 30⁰С можно принять равной 1,3 кДж/(м³·К).

В связи с тем, что объёмы продуктов сгорания рассчитываются в предположении полного сгорания топлива, в уравнении (25) введена поправка на величину механической неполноты сгорания q₄.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) принимаются в зависимости от вида топлива и метода сжигания согласно характеристикам топочных устройств (см. таблицы В.4 и В.5).

Потери теплоты от механической неполноты сгорания (q₄) вызывается провалом, уносом и недожогом топлива в шлаках. При тепловых расчетах значение потерь q₄ можно принять по таблицам В.4 и В.5.

Потери теплоты установкой в окружающую среду q₅ в промышленных печах кроме потерь от наружного охлаждения включают еще другие составляющие, индивидуальные для печей различного назначения.

Потери теплоты котлоагрегатом от наружного охлаждения могут быть найдены по таблице В.8 в зависимости от паропроизводительности.

Потери с физической теплотой шлаков (q₆) невелики и учитываются только для высокозольных топлив. В работе этими потерями можно пренебречь.

После нахождения всех потерь можно определить коэффициент полезного действия котельного агрегата брутто в %:

= 100 - Sq_пот = 100 – (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆₎, (28)

и расход топлива, кг/с или м³/с,

(27)

где D – паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

h_пп – энтальпия пара, выходящего из котла, кДж/кг;

h_пв – энтальпия питательной воды, кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды, кДж/кг.

Значение величин h_пп, h_пв, берутся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [4].

С учетом потери q₄ расчетный расход полностью сгоревшего в топке твердого топлива составит (кг/с):

. (29)