5.6 Тепловой баланс печи в неизотермическом режиме идеального перемешивания

Расшифруем слагаемые уравнения теплового баланса печи, работающей в неизотермическом режиме реактора идеального перемешивания.

При составлении балансовых уравнений в качестве элементарного объема берут элементарный объем топки, работающий в режиме полного перемешивания. Тогда тепловые потоки за момент времени dt для объема топки (V_топ) составят:

(5.14)

где –- объемная скорость топливно-воздушной смеси на входе в топку, м3/ч;

С_р(вх) – средняя теплоемкость топливно-воздушной смеси на входе в топку Дж/кг-град;

– средняя плотность топливно-воздушной смеси на входе в топку, кг/м3;

Т_вх— средняя температура топливно-воздушной смеси на входе в топку, °С.

(5.15)

где – объемная скорость продуктов сгорания топливно-воздушной смеси

на выходе из топки, м³/ч;

С_р(вых) – средняя теплоемкость продуктов сгорания топливно-воздушной смеси

на выходе из топки, Дж/кг-град;

– средняя плотность продуктов сгорания топливно-воздушной смеси на

выходе из топки, кг/м³;

Т_вых – средняя температура продуктов сгорания топливно-воздушной смеси на

выходе из топки, °С.

(5.16)

где ∆Н_рг – энтальпия реакции горения 1 м³ топлива, кДж/м³;

V_ТОП – объем топки, м³;

r_РГ – скорость реакции горения, ч^-1 (м³/м³·ч).

(5.17)

где К_Т – коэффициент теплопередачи, Дж/м²·°С;

F_TO – поверхность теплообмена, м²;

∆T– средняя разность температур в топке и внешней среды, °С;

(5.18)

где Q_фп – теплота фазового перехода топлива и/или продуктов сгорания, кДж;

∆H_фп – энтальпия фазового перехода топлива и/или продуктов сгорания, кДж/ч

(5.19)

Итак, уравнение теплового баланса топки для нестационарного режима примет вид:

В стационарном режиме правая часть уравнения (5.20) равна нулю. Если принять, что и и С_Р(Вх) = С_Р(Вых), то для стационарного режима можно записать:

(5.21)

Для последующего анализа уравнения (5.21) его удобнее записать в следующем виде:

(5.22)

Из уравнения (5.22) видно, что эффективность сжигания топлива в топке определяется энтальпией реакции горения топлива (∆H_рг*V_топ*r_рг). Чем энтальпия выше, т.е. чем полнее протекает реакция горения топлива, и чем оно калорийнее, тем больше тепла выделяется при сжигании единицы топлива и тем выше температура выходящих продуктов сгорания (Т_ВЫХ).

Эффективность сжигания топлива в печи уменьшается с ростом тепловых потерь через стенку (К_Т*F_ТО*∆T).

В случае использования жидкого топлива эффективность снижается вследствие затрат тепла на испарение мазута, а повышается в случае конденсации водяного пара из продуктов сгорания. Поэтому знак (+) или (–) (+∆H_ФП) в уравнении определяется балансом, например, (+∆H_ФП)) – если тепло, выделившееся при конденсации водяного пара, превысит тепло, затраченное на испарение мазута, и (-∆H_ФП) – если наоборот.

Поточная диаграмма Сенке материального баланса по воде для теплоэлектростанции

Аналогично рис. 5.1 выглядят поточная диаграмма Сенке материального баланса по воде для теплоэлектростанции (ТЭС), приведенная на рис. 5.2

В уравнении материального баланса (по воде) учитываются все потоки воды на входе в ТЭС и на выходе из нее. В приведенной на рис. 5.2 схеме для охлаждения воды ТЭС используют градирню (Г). Для стационарного режима работы ТЭС накопление воды в ТЭС (М _нак^Ж) равно 0.

Рис. 5.2 Поточная диаграмма Сенке для материального баланса ГЭС по воде

Из представленной на рис. 5.2 диаграммы в силу закона сохранения массы вещества можно записать:

М_ВХ^Ж-М_ВЫХ^Ж = М_НАК^Ж (5.23)

В ТЭС поступает холодный водяной поток (М_вх^Ж), состоящий из «свежей» воды речного водозабора (М_р^Ж) и циркулирующей воды (М_ц^Ж), охлажденной в градирне (Г).

Если пренебречь потерями воды в ТЭС при производстве тепловой и электрической энергии, то количество выходящей горячей воды (М_вых) равно:

Мвх = М_Р^Ж + М_ц^ж = М_ВЫХ^Ж (5.24)

Охлаждение воды ТЭС в градирне перед ее частичным сбросом в водоем (М_с^Ж) происходит за счет частичного испарения воды (М_И^П). Тогда уравнение для М_ВЫХ^Ж примет вид :

М_ВЫХ^Ж = М_ц^ж + М_И^П + М_с^ж (5.25)

Из уравнений 5.24 и 5.25 можно вычислить количество воды М_и^п, теряющейся за счет испарения в градирне:

М_и^П = М_р^Ж - М_с^Ж (5.26)

Потеря воды компенсируется водозабором из реки.