Рис. 6.2. Использование диаграммы I — t в расчетах

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

—исходные данные;

—табл. 6.1 с расчетами;

—диаграмму I — t, построенную на листе миллиметровой бумаги формата А4;

— значение массы продуктов сгорания Мпс, кг, образовавшихся в результате горения 1 кг топлива.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте определение понятиям «теплоемкость» и «энтальпия» газа. Укажите, как они зависит от его температуры.

2.Объясните, каким образом влияет величина коэффициента избытка воздуха на величину энтальпии продуктов сгорания?

3.Поясните, от чего зависит наклон кривой на диаграмме I —t?

4.Объясните, как строится и используется диаграмма I —t в процессе теплового расчета котла.

5.Поясните, какие факторы определяют массу продуктов сгорания, полученных в результате горения 1 кг топлива?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КОТЛА

39

Цель занятия: изучить и практически освоить методику составления прямого теплового баланса вспомогательного судового котла, определения величин тепловых потерь.

Задание. 1. В соответствии с принятым вариантом (табл. 7.3) и типом котла (рис. 7.2), составить тепловую схему котла по типу показанной рис. 1.2 с указанием направлений движения, параметров и расходов рабочих сред (воздуха, воды, топлива, газов).

2.Найти расход топлива и температуру уходящих из котла газов.

3.Построить в масштабе круговую или ленточную диаграмму распределения составляющих теплового баланса (по типу рис. 7.1).

4.Найти, насколько изменится суточный расход топлива при увеличении КПД котла на 1 % по сравнению с заданным. Определить экономический эффект, считая стоимость 1 т топлива равной 220—250 условным единицам.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Тепловой баланс котла является частным случаем всеобщего закона сохранения материи и энергии. На установившемся режиме работы сумма тепловых потоков, поступающих в топку, равна сумме тепла уходящего из котла пара и тепловых потерь, то есть приход тепла равен его

расходу.

Различают прямой и обратный тепловые балансы. Путем составления прямого теплового баланса по известному КПД котла определяют расход топлива и, наоборот, — по известному расходу топлива находят величину КПД. В результате составления обратного баланса по результатам теплотехнических испытаний, можно оценить величину КПД котла, работающего на данном режиме.

Тепловой баланс вспомогательного котла составляется относительно 1 кг сгоревшего топлива, при этом его статьи выражаются в размерности [кДж/кг]. Его можно составить применительно к секундному расходу топлива В. Тогда его статьи имеют размерность [кВт].

Тепловой баланс принято сводить к располагаемому теплу Qp, кДж/кг,

где tт — температура подогрева топлива, 60—120 °С; Cт — теплоемкость топлива, кДж/(кг·°С).

— тепло, внесенное с паром:

40

где ip — энтальпия распыливающего пара, кДж/кг, определяемая по таблицам воды и водяного пара. Давление распыливающего пара Рр при этом принимается равным 0,15—0,3 МПа, температура пара tр ≈ ts+ (15÷40) °C.

Количество тепла, выделившееся в топке котла на установившемся режиме работы, равно сумме количеств полезно использованного тепла (полезной тепловой мощности) Q1 и всех тепловых потерь ΣQпот, то есть:

Qр = Q1 + ΣQпот.

Уравнения прямого теплового баланса котлов с газовым воздухоподогревателем и без него одинаковы и имеют вид:

где Q1 — полезно использованное тепло, кДж/кг; Q3 — потеря от неполноты сгорания топлива, кДж/кг; Q5 — потеря тепла в окружающую среду, кДж/кг; Iух — энтальпия уходящих газов, кДж/кг; Qв — тепло, вносимое в топку с воздухом, кДж/кг.

Уравнение (7.4) можно представить в виде:

где Q2 — потеря тепла с уходящими газами, кДж/кг, Q2 = Iух – Qв.

Потеря тепла с уходящими газами Q2 обусловлена тем, что они имеют температуру выше, чем окружающая среда.

Разделив обе части уравнения (7.5) на Qр и выразив его составляющие в процентах, получим уравнение прямого теплового баланса в относительных единицах (%):

где ηк — КПД котла, %; q1, q2, q3 — относительные потери тепла, %.

2. РАСХОД ТЕПЛА. ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ

Расходная часть теплового баланса складывается из полезно использованного тепла Q1 и суммы тепловых потерь. В общем случае, когда котел производит насыщенный, перегретый и охлажденный пар, его полезная тепловая мощность равна, кВт:

Q1 = Dпп(iпп – iпв) + Dн(iх – iпв) + Dох(iох – iпв) + Dпр(i′– iпв), (7.6)

где iпп, iх, iох, i′, iпв — энтальпии перегретого, влажного насыщенного, охлажденного пара, кипящей и питательной воды соответственно, кДж/кг; Dпр — количество продуваемой из котла воды, кг/с.

Коэффициент полезного действия котла ηк, %, представляет собой от41

ношение полезно использованного тепла к располагаемому, выраженное в процентах:

Тепловые потери в котле складываются из потери от неполноты сгорания, потери тепла с уходящими газами и потери тепла в окружающую среду через обшивку котла.

Относительная потеря тепла от неполноты сгорания q3 обусловле-

на наличием в уходящих газах продуктов неполного окисления горючих компонентов топлива. Ее величина в расчетах принимается равной 0,5%.

Относительная потеря тепла в окружающую среду q5 обратно про-

порциональна производительности котла. Ее величину принимают равной 1,0—2,5 % или находят по эмпирической зависимости:

Потеря тепла с уходящими газами q2 является наибольшей и равна

5—25 % в зависимости от типа котла. Ее величина определяется по фор-

Зная величину потери тепла с уходящими газами, можно определить

а затем по диаграмме I—t найти температуру уходящих газов tух. Распределение составляющих теплового баланса вспомогательного

котла представлено на рис. 7.1.

3. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Исходные данные для выполнения занятия приведены в табл. 7.3. Для расчетов потребуются:

— рабочее давление пара в котле Рк, МПа;

—паропроизводительность котла Dк, кг/с, в том числе:

• по перегретому пару Dпп;

• по охлажденному пару Dох;

—температура насыщения ts,°С (таблицы воды и пара по Рк);

—температура перегретого пара tпп, °С;

42

—температура охлажденного пара tох (задана или принимается рав-

ной ts + (15÷40 °С);

—температура питательной воды tпв, °С;

—температура подогрева топлива tт, °С;

—энтальпия воды в состоянии насыщения i', кДж/кг (принимается по таблицам воды и пара по Рк);

—энтальпия сухого насыщенного пара i″, кДж/кг (там же);

—энтальпия питательной воды iпв, кДж/кг (там же или iпв = 4,19tпв);

—энтальпия перегретого пара iпп, кДж/кг (там же по Рк и tпп);

—энтальпия распыливающего пара iр, кДж/кг (там же по Рр и tр);

—влажность пара у, %;

—норма продувки Р, % (принимается не более 0,5—2).

Рис. 7.1. Графическое представление теплового баланса (ленточная диаграмма)

При выборе остальных параметров необходимо руководствоваться следующими рекомендациями. Паропроизводительность котла по насыщенному пару, кг/с:

Dн = Dк – Dпп – Dох.

Если котел имеет однослойный кожух и не оборудован воздухоподогревателем, температура воздуха, поступающего в топку, принимается немного выше температуры окружающей среды, то есть tв= tо + (5÷10) оС. В том случае, если котел имеет двухслойный кожух, то величина температуры воздуха на входе в топку tв зависит от наличия или отсутствия у него воздухоподогревателя:

—при его наличии tв достигает 130—250 оС;

—при отсутствии воздухоподогревателя воздух подогревается в

43