Алгоритм теплового расчёта и материальный баланс котельного агрегата. Объём и состав продуктов сгорания.
Расчетная схема котла состоит из следующих элементов:
Топочный объем с радиационными поверхностями нагрева;
Конвективные испарительные поверхности нагрева;
Экономайзерные поверхности для подогрева воды;
Воздухоподогреватели;
Пароперегреватели.
Тепловой расчет производят путем составления материального и теплового баланса котла в целом и отдельно его элементов – топочного объема, включая его радиационные поверхности нагрева, конвективных поверхностей нагрева, хвостовых поверхностей нагрева (экономайзер, воздухоподогреватель и др.).
схема последовательности теплового расчета котла.
Материальный баланс котла в целом составляют: для газовоздушного и пароводяного тракта парового котла: материальный баланс процессов преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания описывается уравнением:
В
левой части представлены расходы топлива
В и окислителя
,
организовано поступающего в опочный
объем, а также расход воздуха
,
подсасываемого при работе котла под
разряжением по газовому тракту:
-
это присосы воздуха в топку котла,
конвективные поверхности нагрева,
воздухоподогреватель.
В
правой части уравнения представлены
газообразные продукты сгорания покидающие
котел GГ
и твердые минеральные остатки при
сжигании твердого топлива
,
выпадающие по газовому тракту.
и
- остатки, выпадающие по газовому тракту
при сжигании твердого топлива,
- остатки, улавливаемые золоуловителем,
- остатки, уносимые с продуктами сгорания.
Материальный баланс для пароводяного тракта парового котла описывается уравнением вида:
обычно расчет материального баланса для газовоздушного тракта производится на 1 кг сжигаемого топлива и уравнение принимает следующий вид:
При расчете объема воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, необходимо знать расход кислорода для облегчения химической реакции горения. Состав топлива задается в % на 1 кг рабочего состояния жидкого или твердого топлива:
%
и
ли
его составляющих в % на 1 м3
для газообразного топлива.
При окислении горючих компонентов топлива будут происходить следующие химические реакции:
С+О2 ↔ СО2; S+O2 ↔ SO2; 2Н2+О2 ↔ 2Н2О
12,01кг+32кг=44,01кг 32,06кг+32кг=64,06кг 4,032кг+32кг=36,032кг.
Объем кислорода, необходимого для выгорания горючих компонентов топлива и объемы образующихся при этом продуктов сгорания приведены в таблице:
Компоненты топлива |
Объем О2, необходимый для сгорания топлива м3/кг |
Объем образующихся продуктов сгорания м3/кг |
1 кг С |
1.866 |
1.866CO2 |
1 кг С |
0.933 |
1.866CO |
1 кг Н |
5.560 |
11.12H2O |
1 КГ S |
0,7; 0,96* |
0.7SO2 |
1 м3 СО |
0,5 |
1.0CO2 |
1 м3 Н2S |
0,5 |
1.0SO2 |
1 м3 H2 |
0,5 |
1.0H2O |
1 м3 CH4 |
2,0 |
1.0CO2+2.0H2O |
1 м3 CmHn |
m+n/4 |
mCO2+n/2 H2O |
0.96* - при горении колчеданной серы с учетом затрат О2 на окисление Fe.
Теоретический объем кислорода для полного сгорания горючих компонентов, заключенных в 1 кг топлива определяется по формуле:
а для 1 м3 газообразного топлива по формуле:
.
В 1 м3 воздуха - 21% кислорода. Поэтому теоретический объем, необходимый для полного сгорания 1 кг твердого и жидкого: или 1 м3 газообразного топлива составит :
Для обеспечения полного сгорания топлива в топочный объем вводится воздуха больше, чем это необходимо по химической реакции VB>VO.
Вводится понятие коэффициента избытка воздуха:
Коэффициент избытка вбирают для получения максимального КПД котла при допустимых выбросах окислов азота.
При сжигании угля α=1,2 – 1,6 в зависимости от вида топки.
При сжигании газа и мазута α=1,05 – 1,1.
В котлах, работающих под разряжением всвязи с присосами воздуха по ходу газового тракта α повышается:
.