Глубокая утилизация теплоты дымовых газов

Известно, что температуру уходящих из котла газов прини­мают не менее 120-130 °С по двум причинам:

• для исключения конденсации водяных паров по газоотводящему тракту вплоть до выхода в атмосферу;

• для увеличения естественной тяги, снижающей необходимый напор дымососа.

Наиболее важная первая из отмеченных причин. Примене­ние рекуперативных и смесительных теплообменников для ути­лизации теплоты уходящих газов из котельной установки обес­печивает повышение коэффициента использования топлива Снижение температуры уходящих газов на 15-20 °С при исполь­зовании в качестве топлива природного газа соответствует уве­личению т| на 1 %. Использование теплообменников для охлаж­дения парогазовой смеси, работающих в конденсационном режи­ме (температура рекуперативной поверхности ниже температу­ры точки росы) приводит к увеличению на 1 % уже при сниже­нии температуры уходящих газов на 3-4 °С.

Особенностью процессов глубокого охлаждения парогазо­вых смесей является изменение их количества вследствие кон­денсации части водяных паров [26]. В этом случае расчеты следует проводить с учетом изменения влагосодержания в продук­тах сгорания. Влагосодержанием называется отношение массы водяного пара содержащегося в продуктах сгорания, к массе сухих газов , которое измеряется в килограммах водяных па­ров на килограмм сухих газов:

где — молекулярная масса водяных паров и сухих продуктов сгорания, кг/кмоль; — парциальное давление водяного па­ра в сухих продуктах сгорания; — максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре. Максимальное влагосодержание достигается при полном насы­щении продуктов сгорания водяными парами I

Для сухих продуктов сгорания в диапазоне избытков воздуха от 1 до 2 молекулярная масса изменяется в пределах 29,9-29,3 кг/кмоль (плотность от 1,33 до 1,31 кг/м³). При этом отношение молекулярных масс воды и сухих продуктов сгорания будет со­ставлять 0,602-0,614 и несколько отличаться (на 3,2 %) от соот­ветствующего соотношения для воздуха — 0,623. Теплоемкость продуктов сгорания с, кДж/(кг-К), рассчитывают как сумму теплоемкости 1кг сухих продуктов сгорания и d кг пара

В диапазоне от 0 до 100 °С теплота сухих продуктов сгорания с_сг = 1,02 кДж/(кг-К), теплоемкость водяных паров кДж/(кг-К). Таким образом, теплофизические свойства сухих продуктов сгорания мало отличаются от теплофизических свойств сухого воздуха, и для приближенных расчетов можно пользоваться H-d диаграммой для сухого воздуха. При этом сле­дует помнить, что H-d диаграмма построена для определенного барометрического давления, равного 745 мм рт. ст. Использова­ние диаграммы при другом атмосферном давлении приводит к дополнительным погрешностям. При необходимости проведе­ния точных расчетов следует учитывать, что отношение молеку­лярных масс водяных паров и сухих продуктов сгорания в выражении (6.1) составляет μ_П/μ_СГ = 0,6020,613 (для воздуха данное отношение равно 0,623).

Энтальпия влажного воздуха определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухих продуктов сгорания и d кг пара:

Энтальпия сухих газов, энтальпия пара, содержащегося во влажном воздухе, достаточно точно может быть вычислена по формуле в которой теплота испарения воды принята равной 2500 кДж/кг, а теплоемкость пара 1,96 кДж/(кг-К).

Тогда энтальпия влажного газа (воздуха) может быть рассчи­тана как

Основными процессами при теплообмене являются процес­сы

При сухом охлаждении продуктов сгорания, в конце концов, достигается температура, при которой относительная влажность составляет 100 %, пар становится насыщенным. По известному влагосодержанию d, которое рассчитывается по известному со­ставу продуктов сгорания, находят давление насыщения:

По таблицам воды и насыщенного водяного пара определя­ют температуру, равную температуре насыщения t_p. Количество теплоты, которое выделится при охлаждении газов от начального состояния до состояния, соответствующего температуре точки росы, рассчитывается как разница энтальпий газа в соответствующих состояниях:

Второй важной температурой, при известном начальном со­стоянии продуктов сгорания 1, является температура мокрого термометра. Температуру мокрого термометра определяют из условия :

Отсюда температура мокрого термометра рассчитывается как

(6.23)

При конденсации водяных паров из продуктов сгорания исполь­зуется скрытая теплота их конденсации. При сжигании 1 м³ топлива при полной конденсации водяных паров дополнительно выделяется

Количество влаги, которое может выделиться при полной кон­денсации водяных паров, при сжигании 1 м³ топлива составит: