Теплогенерирующие установки

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Введение

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Пути и перспективы развития энергетики определены энергетической программой, одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберегающих технологии, использование вторичных энергоресурсов, экономия топлива и энергии на собственные нужды.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной.

3

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Характеристики малосернистого мазута

СP =84,65 %

НP=11,7 % NP=0 % ОP =0,3 %

SPn=0,3 % WР =3 %

АР =0,05 %

Низкая теплота сгорания топлива QPн=40,28 МДж/кг

4

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Конструктивные характеристики экономайзера ЭП2-236

(проставками). Продукты сгорания из топочной камеры через окно, расположенное с левой стороны, направляются в конвективную поверхность нагрева. Она образована трубами, соединяющими верхний и нижний барабаны.

Конвективная поверхность нагрева разделена продольной перегородкой на две части. Продукты сгорания в конвективном газоходе сначала направляются от задней стены котла к фронтовой, а затем, повернув на 180°,идут в обратном направлении.

Отвод продуктов сгорания производится со стороны задней стенки через окно, к которому присоединяется газоход, направляющий их в водяной экономайзер. В верхней части фронтовой стены установлено два предохранительных взрывных клапана: один — топочной камеры, другой— конвективного газохода.

Во всех котлах серии предусмотрено ступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние (по ходу продуктов сгорания) трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени вынесены за пределы газохода.

5

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через не плотности в обмуровке происходят присоси атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С.

При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным.

Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Поэтому прежде всего следует выбрать способ сжигания топлива и конструкцию принимаемой к установке топки.

1. Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания

V° = 0.0889*(СP + 0,375*SPn) + 0.265*НP – 0.0333*ОP=0.0889*(84.65+0.375*0.3)+0.265*11.7-

-0.0333*0.3=10.63 м3/кг

2.Теоретический объем азота в продуктах сгорания

V°N2 = 0.79*V° + 0.8*NP/100 = 0.79*10.63+0.8*0/100=8.4 м3/кг

3. Объем трехатомных газов

VRO2 = 1.866*(СP + 0,375*SPn)/100 = 1.866*(84.65+0.375*0.3)/100 = 1.6 м3/кг

4. Теоретический объем водяных паров

V°H2O = 0,111*НР+ 0,0124*WР+0,0161*V°=0.111*11.7+0.0124*3+0.0161*10.63 = 1.51 м3/кг

6

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Таблица 1. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

7

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

3. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха и продуктов сгорания относить к 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива и к 1 м8 (при нормальных условиях) газообразного топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева (значения коэффициента избытка воздуха после поверхности нагрева берутся из табл. 1). Расчет следует производить для всего возможного диапазона температур после поверхностей нагрева, так как температуры эти неизвестны. В дальнейших расчетах при пользовании значениями энтальпии допускается линейная интерполяция в интервале температур 100 К. Поэтому при расчетах энтальпии интервал температур не должен быть более 100 К.

1. Эальпия теоретического объема воздуха (кДж/кг)

I°в =V° *(CӨ)В

где (CӨ)В —энтальпия 1 м3 воздуха (кДж/м3)

V° —теоретический объем воздуха необходимого для горения (м3/кг) 2. Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания (кДж/кг)

I°г =VRO2 *(CӨ)RO2 +V°N2 *(CӨ)N2 +V°H2O *(CӨ)H2O

где (CӨ)RO2 ,(CӨ)N2 ,(CӨ)H2O —энтальпия 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров (кДж/м3)

VRO2 ,V°N2,V°H2O —объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (м3/кг)

3. Определить энтальпию избыточного количества воздуха (кДж/кг)

Iвизб =(α -1)* I°в

4. Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α > 1 (кДж/кг)

I = I°Г + IВизб

8

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг)

9

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4.Тепловой расчет котельного агрегата

4.1.Тепловой баланс котла и расход топлива

1.Располагаемая теплота (кДж/кг)

Qрр =Qрн +iтл +Qф

где Qрн —низшая теплота сгорания рабочей массы (кДж/кг). (См. стр 4)

iтл —физическая теплота, внесенная топливом. Физическая теплота топлива учитывается только при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.). Для промышленных паровых и водогрейных котлов физическая теплота топлива учитывается только при сжигании мазута.

iтл=cтл *tтл =2.75*(130+273)=1108.25 кДж/кг

tтл —температура топлива tтл =130°С стл — удельная теплоемкость топлива

cтл =1,74+0,0025 tтл =1,74+0,0025(130+273)=2,75 кДж/(кг*К)

QФ — теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распиливании жидкого топлива

Qф =0,35*(iф –2520)=0,35*(2788,41–2520)=93,944 кДж/кг

где iф —энтальпия пара, расходуемого на распиливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

iф= 2788,41 кДж/кг при tпара =194 °С

Qрр =40280+1108,25+93,944=41482,2 кДж/кг

2. Потеря теплоты с уходящими газами

q2 =(Iух2 –αух*I°хв)*(100–q4)/QРР

где Iух —энтальпия уходящих газов, при соответствующих значениях αух и выбранной температуре уходящих газов (кДж/кг)

Iух =3366,38 кДж/кг при tух =150°С

I°хв —энтальпия теоретического объема холодного воздуха при tв =30°С

I°хв =39,8*V°=39,8*10,63=423,1 кДж/кг

αух —коэффициент избытка воздуха в уходящих газах сечении газохода после последней поверхности нагрева (по таб.1)

q4 —потеря теплоты от механической неполноты горения для мазута q4 =0

q2 =(3366,38 –1,46*423,1)*(100–0)/41482,2=6,63 %

10

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

3.Потерю теплоты от химической неполноты сгорания q3 =0,5 %

4.Потерю теплоты от наружного охлаждения

q5 =1,7 %

5. Полезную мощность парового котла (кВт)

Qпг =Dнп*(iнп –iпв)+0,01*р*Dнп*(iкип–iпв)

где Dнп —расход выработанного насыщенного пара Dнп =10 т/ч =2,78 кг/с

iпв ,iнп ,iкип —энтальпия питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла

iпв =436,2 кДж/кг при tпв =104°С iнп =2784,22 кДж/кг при tнп =194°С iкип =824,8 кДж/кг при tкип =194°С

р —непрерывная продувка парового котла р =3 %

Qпг =2,78*(2784,22–436,2)+0,01*3*2.78*(824.8–436.2)=6559.9 кВт

6.Потерю теплоты в виде физической теплоты шлаков и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла q6 =0 %

7.КПД брутто парового котла из уравнения обратного теплового баланса

ηвр =100 –(q2+q3+q4+q5+q6) =100-(6,63+0,5+1,7+0)=91,17 %

8. Расход топлива, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса

Впг= (Qпг *100)/(Qрр *η вр)=(6559,9*100)/(41482,2*91,17)=0,174 кг/с

9. Расчетный расход топлива для мазута

Вр = Впг=0,174 кг/с

10.Коэффициент сохранения теплоты

φ=1 –q5/(ηвр +q5)=1-1,7/(91,17+1,7)=0,982

11

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4.2.Тепловой расчет топочной камеры

1.Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры θ˝т =1100°С

2.Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки для принятой в п.1 температуре (по таб. 2) I˝т =23283 кДж/кг

3.Полезное тепловыделение в топке (кДж/кг)

Qт =Qрр*(100 -q3 -q4 -q6)/(100 -q4) +Qв

где Qв —теплота, вносимая в топку воздухом

Qв =αт *I°хв =1,2 *423,1=507,72 кДж/кг

αт -коэффициент избытка воздуха в топке (по таб. 1)

Qт =41482,2*(100 –0,5 –0 –0)/(100 –0) +507,72= 41782,5 кДж/кг

4.Коэффициент тепловой эффективности экранов

ψ=х *ζ=0,88*0,55=0,484

х=0,88 при s/d=0.11/0.051=2.16 и l≥1.4*d (0.11≥1.4*0.051) [1] ζ=0,55

х -угловой коэффициент называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене.

ζ –коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой

5. Эффективная толщина излучающего слоя

s =3,6*Vт/Fст =3,6*17,14/41,47=1,488 м

где Vт —объем топочной камеры (м3) (См. стр 4)

Fст —поверхность стен топочной камеры (м2) (См. стр 4)

6. Коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (kг) и сажистыми частицами (kc). (м*МПа)-1

12