4. Расчет и подбор тягодутьевого оборудования

4. 1. Описание схемы подачи воздуха и дымоудаления

В соответствии со СНиП II-35-76 «Котельные установки», для обеспечения подачи воздуха к котельным агрегатам и отвода продуктов сгорания тягодутьевые установки предусматриваются индивидуально для каждого котла. В состав тягодутьевой установки котельного агрегата входят: дутьевой вентилятор – для подачи воздуха, необходимого при сжигании топлива; дымосос – для отвода продуктов сгорания от котлоагрегата в окружающую среду.

Для подачи в топочную камеру в зимнее время используется теплый воздух из верхней зоны котельной, а в летний – воздух, забираемый из окружающей среды. Воздухопроводы внутри котельной изготавливаются стальными круглого сечения.

Отвод продуктов сгорания осуществляется по железобетонным подземным газоходам. Каждый котлоагрегат имеет индивидуальный газоход, отводящий продукты сгорания к дымовой трубе.

В котельной предусмотрена одна дымовая железобетонная труба высотой 30 м с диаметром устья 1,2м. В местах сопряжения газоходов с дымовой трубой предусматриваются температурно-осадочные швы.

Для обеспечения экономичной работы тягодутьевого оборудования, электроприводы вентиляторов и дымососов подключаются к электросети через преобразователи частоты, которые осуществляют плавное регулирование оборотов электродвигателя (а следовательно и производительность оборудования) в зависимости от режима работы котлоагрегатов. Установка преобразователей частоты позволяет обеспечить экономию электроэнергии до 30%, автоматизировать работу тягодутьевого оборудования и продлить срок его службы, исключить человеческий фактор при управлении аппаратами.

2. Расчет объемов продуктов сгорания и кпд-брутто котлоагрегата

Состав природного газа второй нитки трубопровода Ставрополь-Москва по объему:

Метан СН₄ 92,8%

Этан С₂Н₆ 2,8%

Пропан С₃Н₈ 0,9%

Бутан С₄Н₁₀ 0,4%

Пентан С₅Н₁₂ 0,1%

Азот N₂ 2,5%

Двуокись углерода СО₂ 0,5%

Относительная плотность по воздуху (при 20 °С) 0,772

Низшая теплота сгорания 36550 кДж/ .

5.2.1 Выбор коэффициента избытка воздуха

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:

(5.2.1)

где — действительный объем воздуха, доданного в топку на 1 топлива.

Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают . Для горелки ГМГ-4м, идущей в комплекте котлоагрегата ДКВР 6,5-13ГМ, .

5.2.2 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при =1):

	(5.2.2)

Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1 природного газа:

Теоретический объем азота в продуктах сгорания:

(5.2.3)

Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:

	(5.2.4)

Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:

	(5.2.5)

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

	(5.2.6)

Энтальпия теоретического объема воздуха:

(5.2.7)

Энтальпия продуктов сгорания:

(5.2.8)

где – энтальпия золы, при сжигании природного газа не учитывается;

– коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

5.2.3 Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата:

(5.2.9)

Или

(5.2.10)

где – располагаемая теплота, ;

– полезно использованная теплота, ;

- суммарные потери, ;

– потери теплоты с уходящими газами, ;

– потери теплоты от химического недожога, ;

– потери теплоты от механической неполноты сгорания, ;

– потери теплоты в окружающую среду, ;

– потери теплоты с физической теплотой шлаков .

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (1.5.2) является суммой следующих величин:

(5.2.11)

где – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;

– теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);

– физическая теплота 1 топлива.

Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (1.5.4) принимает вид:

			(5.2.12)
		(5.2.13)

где - энтальпия 1 воздуха, кДж/ .

Тогда

Коэффициентом полезного действия парового котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.

В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – коммерческую экономичность. КПД-брутто котельного агрегата определяется по уравнению прямого баланса:

(5.2.14)

где – полезная мощность парового котла, кВт;

– расход топлива паровым котлом,

– располагаемая теплота, кДж/ .

То же по уравнению обратного баланса:

(5.2.15)

где – относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

(5.2.16)

где – энтальпия холодного воздуха:

– потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %

Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис.8.1 [11] =2,1%.

Потери теплоты от химического недожога определяются по таблице 3.1 [5] =0,5%.

КПД-брутто котельного агрегата:

(5.2.17)

5.2.4 Расчет количества топлива, сжигаемого в котельном агрегате

Общий расчет топлива, подаваемого в топку котельного агрегата:

(5.2.18)

где - полезная мощность парового котла:

(5.2.19)

где – паропроизводительность парового котла, кг/с. =6,5т/ч=1,81кг/с;

- энтальпия насыщенного пара при давлении в котле, ;

- энтальпия питательной воды, =h’_0,12=436 ;

- энтальпия котловой воды, =h’_1,4=826 ;

Таким образом,