Физика процессов горения / Dokument_Microsoft_Office_Word

ЗАДАНИЕ ДЛЯКУРСОВОЙРАБОIЫ Произвести тепловой расчет топковадотpyбнаго котла типа ДЕ1' на ос- новании следующих данных: (таблица 5) паропроизводительность -D избыточное давление пара - p, МПа; температура перегретого пара - температура уходящих газов - вид топлива (таблица З приложения); температура воздуха в котсльиой t� = 30° С (подогрев воздуха отсутствует); температура питательной воды температура газов на выходд из топки f,. = 1100 "Г, .

37

Недостающие данные выбрать самостоятельно из списка использованътх источников на основании имеющихся в них рекомендаций. Данные для задания выбирают из таблицы5 и 8 приложения по цифрам своего варианта.

Табjпща 5

С1БЪ£:МИПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕ14 o. По элементарному составу горючей массы топлива сосчитать элемен-тарный состав по рабочей массе. 1. Выбрать способ сжигания топлива и тип топoчного устройства. 2. Определить значение коэффициента избытка воздуха в топке и за ко тельным агрегатом. 3. Найти энтальпию уходящих газов и потерю теплa с уходящими газами. 4. Составить тепловой баланс котельного агрегата. 5. Построить i, t - диаграмму продуктов сгорания топлива в интервале тем- пературы 0-2000 °С для выбранного коэффициента избьггка воздуха а. 6. Подсчитать расход натурального и условного топлива. 7. Определить объем топочной камеры и активную площадь колосниковой решетки (для слоевых топок) по значениям видимого теплонапряжения то- почного объема и зеркала горения. 8. Определить тепловыделение в топке и теоретицгескую температуру горе-ния. 9. Гlодсчитать количество тепла, переданного лучевоспринимающим по- верхиостям, и коэффициент прямой отдачи. 10. Произвести эксергетический анализ процесса сжигания топлива в топке и построить его эксергетическую диаграмму.

38

i . ПРИМЕР ВЫПо.гIНЕ,НИЯ ЗАДАНИЯ Для водотрубного котла малой производительности заданы: паропpoизводитeльноcть -4Э=20 т/ч (непрерывная продувка отсутствует); избыточное давление пара -1 'P = 1, 4 М.Па, температура перегретого пара —;tп»=350 °С; темпeрагypа уходящих газов — ф =150 °С; температура воздуха в котельной t,, = 30°С (подогрев воздуха отсутствует); - - - температура питательной водь�JнЛ в =50 °С ; температура газов на выходе из топки t7. =150 °С; вид топлива - Дохецкий уголь "Д

РЕШЕНИЕ Из таблицы 3, приведенной в приложении, выписываем элементарный состав каменного угля длиннотгламенного Донецкого месторождения: Сг = 75,5%; Н`' = 5,5%; Sор rr = 4,2%; 1V г -' 1,6%; о Г= 13,2%. Зо.хьнтость сухой массы топлива = 18%. Влажность рабочего топлив �.� = 13%. Выход летучих V` = 43%.

Требуется определить: 1. Способ сжигания топлива и тип твпочногв устройства. pойcтва. 2. Элементарный состав рабочей массы топлива. 3. Низшую теплоту сгорания. 4. Значение коэффициента избытка воздуха в топке и за котельным агрегатом. 5. Количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания 1 кг топлива. 6. Объем продуктов сгорания в топке и за котельным агрегатом. 7. Энтaльпия уходящих газов. 8. Потери тепла c уходящими газами. 9. KПД котельного агрегата. 10. Объем топочной камеры и активную площадь колосниковой решетки. 11. Расход натурального и условного топлива. 12. Тегцговыделение в т вгтке и теоретическую температуру горения. 13. Количество тепла, переданного лучевоспринимаютципх поверхностям нагре-ва в топке, и коэффициент прямой отдачи.

39

1. Способы сжигания топлива и тип топочного устройства Исходя из заданной паропроизводительности котельного агрегата D=20т/ч и вида топлива — Донецкий каменный уголь, можно принять за основу слоeвyю топку c цепной решеткой (таблица 4 приложения). 2. Расчет элементарного состава рабочей массы топлива Для пересчета элементарного состава горючей массы ха рабочую необхо-димо каждый компонент горючей массы топлива умножить на коэффициент м=1 АР+�цР

100 В данных к задаче зольность приведена через сухую массу топлива, поэтому произведем пересчет из сухой массы в рабочую ( ртР i АР = А 1 - \, 100, Подставим численные значения из условий задания и получйм АР = 18 • (1 — 0,13) = 180,87 = 15,б6% . Тогда коэффициент М пересчета из горючей в рабочую массу будет равен 4! = 1 — 18.0,87+13 _ 1 — 28,66 = 1-0287 = 0,713 100 100 3. Рассчитаем теперь элементарный состав рабочей массы топлива. Углерод: Cr

Сера органическая SР голос колчеданная дY : `qор+к = � �+к • !II = 4,2 0,713 = 2,99% , Азот топлива: N1' = У г • Л+! = 1,6•0,713 = 1,141%, Кислород топлива: 01' = ог 4! = 1.3,2 • 0,713 = 9,41%. 4. Определим низшую теплоту сгорания топлива. Обычно низшую теплоту сгорания топлива определяют лабораторными исследованиями, например, калориметрическим способом. В задании можно воспользоваться приближенной формулой Д.И. Менделеева, коэффициенты ко-торой подобраны эмпирическим путем. Q� = 339,5 • СР + 1256 • НР — 109(О1' — s p+f; ) — 25,8(9.FIP +W1'). После пвдcтанавки в формулу Д.И. Менделеева численных данных получим

== 4! 75,5 • 0,713 = 53,83% Водород: Л!1' = �г • 1`v1 = 5,5 • 0,713 = 3,92%,

42 ГFO, = 1,025 м3 / Объем азота в продуктах сгорания на 1 кг сжигаемого топлива при а уХ = 1,55

составит

Р V1J2 = 0,79V�° а уХ + 0,8 1 ��

или после подставления численных значений V,.Z = 0,79 1,55.5,6 + 08 1' 00 = 68572+000913 = б,866 м' / кг

= 6,866 м3 / кг

Кислород в уходящих газах определяется избыточностьто подаваемого и приса- сываемого воздуха V02 = о,21( а уX - = 0,2 1 • 0,55 5,6 = 0,647 м 3 / кг Количество водяных паров .по объему на 1 кг сжигаемого топлива Vно = 0,о 124(9.1_1 Р+ W✓ Л)+ 0,01 б(а,rX - 1)I�'�° = = 0,0124(9 ° 3,92 + 13) + 0,016. 0,55• 5,6 == = 0� уз a. л п О'% �� 3 кг ,✓7i � v,v4�.; = 0,6 и£: .(✓� /

V = 0,648 м3 / кг

7. Для определения теоретической температуры продуктов сгорания (температуры горения) tT� �, ,° С построим i,t - диаграмму продуктов сгорания. С этой целью рассчитаем энтальпию продуктов сгорания для трех температур t=500, 1000 и 2000 °С.

Zr = Z � + (а;- 1)1В + Zзл величину Z ° найдем воспользовавшись зависимостью Z° = V�02(Ct)RO2 + V (ct),, +Vf,2o(Сt)н,0 Энтaльпия теоретически необходимого воздуха 1б = i еплоемкости возьмем из таблицы 1 приложения для соответствующего интер- вала температуры. t=500 °С;

Тогда

43

'500 500 с0 !о = Ссоа 0= 1,9887 кДж / (м3К);

500

о = 1,3276 кДж / (м'К) 500 o 500 Своз � о

c,,,Z

= 1,5897 кДж / (м. 3К) = 1,3427 кДж / (м'К)

i,°. = 1,025. 1,9887 . 500 + 4,433 1,3276 . 500 + 0,599 • 1,5897 . 500 = =1019,21+2942,63+476,12 = 4438 кДж/ кГ Энтaльпия избыточного количества воздуха 1Р = (а,-1)V, • (свн) = (1,з - i) '5,6•1,3427.500 = =0,35,6•1,3427•500 = 1128 кДж/ кг Энтальпино золы можно найти по формуле

� 1зл = ау,' ] 00 (Сзн)' Теплоемкость зольх берем из таблицы 2 приложения. Уносом золы газами пренебрежем, считая что 1зо,г = 0. Тогда окончательно для н = 500 °С получим Iг = 1л + z8 = 4438 + 1128 = 5566 кДл'{/ кг Проведем расчет для температуры t= 1000 °С . Теплоемкости компонентов; ��ооо �соо с 0 10 - 2,203' кДж / (M3K); cNz �о = 1,3917 кДж / (м3); iооо с,,0 о = 1,7229 кД.ж, /(_м3К) ; с03000 = 1,4097 кДж/ (м'К); Рассчитаем энтальпiпо газов при температуре топки н= 1000 °С 4 = 1,025. 2,2035. 1000 -+-1,433 .1,3917. 1000 + 0,599 1,7229. 1000 + +0,3•5,6. 1,4097. 1000 = 2258,6+ 6169,4 + 1032 + 2368,3 = 11828,3 кДж/ кг ЭтттальПИя продуктов сгорания при температуре топки н= 2000 °С . Теплоемкости компонентов;

А

2000 cRO2 0 _ 2,4221 к/Тж / (м 3K) 2000 с„ 2о о _: 1,9628 кДж / (м3K) ; Проведем расчет энтагтъпии

2000 с1д2 , o 2000 своз 0

= 1,4826 кДЖ / (М3К) = 1,5010 кДж / (мΡ3K) ;

1 f, = 1,025 • 2,4221 2000 + 4433 1,4826 2000 + 0,599. i,9628 2000 + +0,3. 5,6 1,5010 2000 = 4965,3 + 13144,? + 2351,4 + 5043,4 = 25504,8 кдж/ кг По рассчитанным значениям энтальпий для трех принятых температур постро-им i,t - диаграмму (рис. 8). Определим тепло, затраченное на нагрев продуктов сгорания, для чего из тегглоты сгорания необходимо вычесть тепловые потери от химического недо- жoгa (f ,включая диссоциацию газов и физического тепла очаговых остатков по таблице 5, б приложения. По условию выход летучих V r= 43%, тогда для ка- мeнного угля .D Донецкого местарождения будем иметь g3=1,0, а q4 =6. Запи-шем тепловой баланс топки

1�Z 25 1 U3 кг г 15000 lоооа 5000

у— Р 1? о� - QH .

t

т1

44

100— (Cr3 + q4) + 100

�

254 500 750 1000 1250 1500 °С 2000

Рис. 8> i,1- диаграмма прoдyктов сгорания.

�

Подстaвим численные значения величин р р 1 О0 —C,S 11 �� - �t, • � - 8 1 о0 � 1 g +i" Воздух подается при температуре0`ОС, тогда энтальпия воздуха равна ZB = а V� • С8 • нв = 5 б• 1,3 • Iб3 . 20 = 184 кДж .._�%. Физической знтГа.тгьпией твердого топлива можно пренебречь.

или

45

Тогда г. , — 093б 20602 �;- 184 = 19447 кГ�Ж evp — Кг

Коэффициент тепловыделения равен �'_19447/ 7 = 0,944 2060д По теоретической энтальпии найдем , используя график 3, теоретическую тем- ператypу топки. t»геор — 1500 °С. 8. Найдем относительную величину потерь тепла c уходящими газами, предва-рительно определив их энтальпию. Температура уходящих газов по условию равна tyx _ 150°C.

Теплоемкость компонентов уходящих газов

150 к'Дш

С1го2 0 = 1,74 150 .�C,I,Lз�s Сн2о � _ �� 1 м.зК

150� SК 0N22 = 12 М 97 з � С° �150 — 1,3fl41чДЖ о м3I( '

q2 1о

1ух _ R02 (с t)0 +VNz (Сг ) + �о2 (Со2t) + V.�тZо(СΡнzоt) + 0б47 • i,5 i• ls0 +

+ 128,3 = 1878,7 нг

9. относительная величина потерь тепла с уходящими газами

Q2 1у,. - aуXU°(Сt)��и' (1

= 1878 - 206 =167г ндж

1

150 ц - 1,32 мзК '

= 1878-1,55•5,6• 1Z63.20•(1=0,06) =

кг (.) посительная величина потерь, % q2= Q2 • 100 Л = 1672 •100 8,12% �н 20602 = 10. КПД котельного агрегата брутто найдётся как отношение использованного s котельном агрегате тепла Qк располагаемому теплу топлива _ Q1 �х.а. — q1 = � Л

zyX = 1,025 • i,74. 150 + б,8бб • 1297. 150 +0,648 1,32 150 = 267,5 -b 1335,8 + 146,5

46

100 — (q2 + q3 + qq + q5 + цб Л) 100 '

q5=1,0%— потери на охлаждение котлоагрегата берутся из таблицы 6 приложe ния , q3=1,3% — потери от химической неполноты сгорания (таблица б приложения). Потери тепла c физи кцм теплом шлака удаляемого из топки шл �P агал ( С Lшл �.t. q6 " лУ qь Л= 15,66 0;85 • 560 = 0,36% 2..0602 11. Найдем коэффициент полезного действия котлоагрегата 100 — (gz + q3 + q4 + q5 + q6) _ 10о — (8,12 + 1,0 + 6,0 + 1,3 + 0,36) 1о0 100

- 1о0 -16,78 _ 0832 100 12. Определяем расход I3атурапьного топлива, обеспечивающий потребную пa- ропроизводlхтельгlос тъ

— d/ IJ n 111г`.п Z17 B) 4Г,/11' %'"j yiг � -г 7i.г3. Найдем ;;Чта,ггьпиlо питательной водлэI �п гз = С ��п в = 4,250 = 210 КДгК / КР ЭнтальПИЮ перегретого пара найдем по i,s — диаграмме или из таблиц для воды и водяного пара [8] р= 1,4 1YLГk и � , = 350 °С . 1J7» — 3150 КдК/ КГ После подстановки получим .

_ 20•(3150-210) _ В— 20602 • 0,832 — 343 тiч Найдем теперь расход условного топлива ' 20602 -8у�Л = В 2�З00 = 3,43 29З00 — 2,4-1 т;�ч 13. Тепловыделение в топке Q1.

�y,11]f " I' q3 + `i б rт от ° Q I 1— 100 i где — тепло, вносимое в топку c воздухом. При отсутствии подогрева

+Qp�

47

Г л.. ов = аТVа (ct)Хв = 1,3.5,60. 39,8 _ 290 кДж/ иг Г'етгловыделение в топке, таким образом, равно �)Т = 20602С1— 1,0 Х0,36 j + 290 = 20602(1— 0,0136) + 290 = 20612 нДж/ кг 100 14. Количество тепла, переданное лучевоспринимающим поверхностям нагрева в топке

QJJ - (Q - 1Т') Коэффициент передачи тепла гр найдется как r �= 1-100-1 100т0,987 1Т = 7500 кДж / кг,

тогда

Q„ = 0,987.(20612-7500) = 0,987 13112 = 12942 кДж / кг Рассчитаем коэффициент прямой отдачи ,ct = оЛ /Q,. = 12942 / 20612 = 0,628 15. Произведем зкесргетический анализ процесса сгорания топлива в топке. Найдем химическую эксергию Донецкого угля по низшей теплотворной способности топлива хо формуле (14): 1. а. = 20602 к/ / кг . Мо>кно было использовать формулы (11), (15) и (18), которые дают примерно графику (8)

одинаковые значения зксергии. Эксeргию продуктов сгорания определяем по

Р= 1,4 МГ и 1= те Получим значение ЕХ пp С,, = 14000 иДж / КГ. Схема потоков эксергии в процессе сжигания представлена на рис.9: Эксергетический КПд

_ 14000 =07 е _ 2О602

при