EPD89

Для газообразныхтоплив соответственно

В формулах (3.1) (3.8) Cp, Hp, СО, H2S,…, содержание в топливе соответствующегокомпонентав процентах.

Расчет действительных объемов продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздухаα>1 следуетвести поформулам:

Объем водяных паров:

JH2O ивоздуха Jв можнонайтив [13].

Пример3.1.

Определить показатели полного сгорания малосернистого мазута марки М100 перед и за экономайзером, если коэффициент избытка воздуха за экономайзером αух=1,5; величина присосов воздуха в экономайзере ∆αэ=0,1. Температура дымовых газов перед экономайзером

1 =300 °С, за экономайзером 1 =160 °С. Распыливаниевоздушное. Состав рабочей смеси мазута [7]: WP =3%; АP =0,05%; СР= 84,7%;

НР=11,7%; SРл =0,3%;ОР =0,3%; NP=0,3%; QHP =40 МДж/кг.

Теоретическинеобходимоеколичествовоздуха[см.формулу(3.1)]

V0 0,0889 84,7 0,375 0,3 0,256 11,7 0,033 0,3 10,5 м3/кг.

Объем трехатомных газов[см. формулу (3.3)]

VR02 0,01866 84,7 0,375 0,3 1,58 м3/кг.

51

Объем азота при α=1 [см. формулу(3.4)]

VNo2 0,79 10,5 0,008 0,3 8,3 м3/кг.

Объем водяныхпаров приα=1 [см. формулу(3.5)]

VHo2O 0,112 11,7 0,0124 3 0,0161 10,5 1,52м3/кг.

Действительный объем водяных паров перед экономайзером при

α =αух ∆αэ[см. формулу(3.9)]

VH2O 1,52 0,0161 1,5 0,1 1 10,5 1,59 м3/кг;

за экономайзером при α=αух

VH2O 1,52 0,0161 1,5 1 10,5 1,6 м3/кг.

Объем продуктов сгорания перед экономайзером [см. формулу

(3.10)]

V2 1,58 8,3 1,59 1,5 0,1 1 10,5 15,67 м3/кг;

за экономайзером

V2 1,58 8,3 1,6 1,5 1 10,5 16,73 м3/кг.

Энтальпия теоретически необходимого воздуха за экономайзеромпри 1 [см. формулу(3.11)]

Jво 213 10,5 2236,5 кДж/кг.

перед экономайзером при 1

Jво 403 10,5 4231,5 кДж/кг.

Энтальпия продуктов сгорания за экономайзером при 1 и α =1 [см. формулу(3.12)]

Jго 282,8 1,58 208 8,3 243,4 1,52 2543,2 кДж/кг;

перед экономайзером при 1 и α=1

Jго 560 1,58 392 8,3 463 1,52 4842,2 кДж/м3.

Энтальпия действительного объема продуктов сгорания за экономайзером при α=αух [см. формулу(3.13)]

Jг 2543,2 1,5 1 2236,5 3661,5 кДж/кг;

перед экономайзером приα=αух ∆αэ

Jг 4842,2 1,5 0,1 1 4231,5 6534,5кДж/кг.

52

3.3.Тепловойбаланскотельногоагрегата

иопределениерасхода топлива

Соотношение, связывающее приход и расход тепла в котельном агрегате, представляет собой его тепловой баланс. Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемсярежиме.

Уравнение тепловогобалансакотлоагрегатаимеетвид

сгорания, от механического недожога, в окружающую среду и с физическим теплом шлаков,кДж/кг (кДж/м3).

где tхв температура холодного воздуха в котельной, обычно tхв = 30 °С;

Св удельная теплоемкость воздуха при tхв. Можно принять Св =1,3 кДж/м3·К.

Потери тепла от химической неполноты сгорания q3 принимаются в зависимости от вида топлива и способа сжигания согласно характеристикам топочных устройств [14]. Потеря тепла от механической неполноты сгорания q4 вызывается провалом, уносом и недожогом топлива в шлаках. При тепловых расчетах значение потерь теплаq4 можно принять по[14].

53

Потеря тепла котлоагрегатом в окружающую среду q5 может быть найдена для стационарных котлоагрегатов с экономайзером и без экономайзера пографику, приведенномуна рис.3.1.

Рис. 3.1. Зависимость потерьтепла в окружающуюсреду

от производительности котлоагрегата: 1 – с экономайзером; 2 – безэкономайзера

Физическими потерями тепла шлаков обычно пренебрегают. После нахождения всех потерь по формуле (3.16) можно определить КПД бруттокотлоагрегата, азатемрасходтоплива поуравнению

где кабр КПД котлоагрегата бруттов относительных долях.

С учетом потери q4 расчетный расход полностью сгоревшего топли-

3.4.Тепловойрасчетэкономайзера

Водяной экономайзер предназначен для подогрева поступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла продуктов горения. Установка экономайзера снижает температуру уходящих газов, повышает КПД котлоагрегата. Задачей теплового расчета экономайзера является определение егоповерхности нагрева.

54

Тепловосприятие экономайзера определяется соотношением

где коэффициент сохранения тепла, 1 q5 .

100

Энтальпия питательной воды, выходящей из экономайзера, находитсяпоформуле

Если энтальпия воды после водяного экономайзера меньше энтальпии воды при температуре кипения, то экономайзер получается некипящим. В этом случае температура воды после чугунного экономайзера должна быть на 30 50 0С ниже температуры кипения воды в котле во избежание закипания воды в экономайзере. Если энтальпия воды после экономайзера больше энтальпии воды при температуре кипения, то водяной экономайзер получается кипящим. В этом случае для установки применяются стальные змеевиковые экономайзеры.

После этого производится определение поверхности нагрева водяногоэкономайзера поформуле

где Кэ коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/м2·К; ∆tэ температурный напор в экономайзере,°С.

Температурный напор для противотока в экономайзере определяется из уравнения

tм

где ∆tб разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая, °С; ∆tм разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где онанаименьшая, °С.

В случае, если ∆tб / ∆tм ≤1,7, температурный напор можно определить из выражения

55

Если степень паросодержания не более 30%, то температурный напор для экономайзеров рассчитывается по формуле (3.22),но вместо температуры воды на выходе из экономайзера в эту формулу подставляется условнаятемператураводы

где tкип температура кипения воды при давлении в котлоагрегате, °С;

i iпв i1 количество тепла, затраченное в экономайзере на парообразование, кДж/кг.

После определенияНэ подбирается тип экономайзерапо[16].

Пример3.2.

Составить тепловой баланс, определить КПД брутто и расход топлива котлоагрегата ДКВР-20-13 без установки и с установкой экономайзера. Выбрать тип экономайзера. Топливом для котла является малосернистый мазут марки 100. При расчетах принять: q3=1%; q4= 0, коэффициент теплопередачив экономайзереКэ=0,0152кВт/м2·К.

Данные по расчету тепловой схемы котельной и расчету горения взять из примера3.1 иподр. 2.6.

Энтальпияхолодноговоздуха вкотельной[см. формулу(3.18)]

Jхв0 1,3 30 10,5 409,5 кДж/кг.

Потери тепла с уходящими газами без экономайзера при α=αух ∆αэ

[см.формулу(3.17)]

q2,бэ 6534,8 1,5 0,1 409,5 100 14,9%; 40000

с установкой экономайзера приα=αух

q2,э 3661,5 1,5 409,5 100 7,62%. 40000

Потери тепла в окружающую среду (см. рис. 3.1) соответственно без экономайзераи с экономайзером:

q5,бэ 0,2%; q5,э 1,3%.

КПД бруттобезэкономайзера[см. формулу(3.16)]

кабр,бэ 100 14,9 1,0 0,2 83,9 %,

с экономайзером

кабр,э 100 7,62 1,0 1,3 90,1 %.

Расход топлива котлоагрегатом без экономайзера [см. формулу

(3.19)]

56

Расчетный расход топлива без экономайзера, как следует из формулы (3.20), совпадаетс Вбэ:

Вр,бэ=Вбэ=0,389 кг/с.

Так как температура питательной воды за экономайзером iпв неизвестна, то расход топлива котлоагрегатом с установкой экономайзера можно определить только после определения тепловосприятия экономайзера. Затем из совместного решения уравнений (3.19), в котором по-

лагают iпв iпв , (3.20) и (3.22) находят iпв , В, Вр.

Итак,тепловосприятие экономайзера[см.формулу(3.21)]

где dпр ,q4, кабр,э подставляются в относительных долях.

Этому значению энтальпии питательной воды за экономайзером соответствует температура

tпв 146 °С ниже, чем температура насыщения ts, равная 194 °С при

57

давлении воды в котлоагрегате P1 =1,37 МПа, экономайзер следует выбрать некипящим.

В силутого,что

ts tпв 194 146 48 °С,

закипанияводыв экономайзерепроисходить не будет.

Найдем поверхность нагрева экономайзера. Для этого представим схему течения теплоносителей в нем. Обычно она противоточная (рис. 3.2).

Из рисунка следует

tб 1 tпв

300 146 154 С;

154 56

tэ 2,3 lg154 97 °С. 56

Поверхностьнагрева экономайзера[см. формулу(3.23)]

tэ 2835,9 0,334 642,4 м2. 0,0152 97

По таблицам [16] выбираем чугунный экономайзер ВЭ-IХ-16-П с поверхностью нагрева 646 м2 . Числоходов погазу 1, числотруб в ряду

9,числорядовпоходугазов 16, длинатрубы 3 м.

3.5.Расчетвысотыдымовойтрубы

Взоне работы котельной в атмосферу выбрасывается значительное количество вредных и токсичных веществ, что может принести большой вред здоровью людей, природе, народному хозяйству. Дымовая труба служит для отвода продуктов сгорания топлива, уноса летучей золы и

58

вредных примесейSO2, SO3и NО2 в верхние слои атмосферыв целяхрассеиванияих в воздушномпространстве.

Дымовые трубы сооружаются из кирпича или железобетона с кирпичной футеровкой. Диаметр устья труб и их высота должнывыбираться исходя из расчета обеспечения рассеивания в атмосфере золы,SO2, SO3 и NO2 до предельно допустимых концентраций (ПДК). Обычно устанавливают одну дымовую трубу для 4 5 котлоагрегатов котельной. Температура дымовых газов на входе в дымовую трубу t2 принимается равной

температурегазов за экономайзером 1 °С.

Температура дымовых газов из трубы t1 подсчитывается с учетом ее паденияна0,3 °С на 1пог. мтрубы[15].

Диаметр устьятрубыподсчитывается по формуле

где V1 объемный расход дымовых газов при температуре в выходном сечении трубы, м3/с; 0 выходная скорость газов из трубы (обычно

0 =20 25 м/c). Объемный расход газов можно определять по уравнению

где п числокотлоагрегатовв котельной;Вр расчетный расход топлива котлоагрегатов, кг/с (м3/с); Vг действительный объем дымовых газов за котлоагрегатомпри α =αух,м3/кг(м3/м3).

Так как дымовая труба является источником выброса (S02 +NO2) и золы, то необходимую высоту трубы определяют по наибольшему из этихвыбросов. Если

то высота трубы Н определяется по значению MSO2 MNO2 , в противном случае по выбросу М3 . Здесь F коэффициент, учитывавший скорость осаждения примеси в атмосфере. Для SO2, и NO2 F=1. Для золы F = 2, если КПД золоуловителя зу =90%; F= 2,5, если 75%< зу <90%;

F= 3, если зу < 75%; MSO2 ,MNO2 , М3 выбросы соответственно S02, NO2 и золы, г/с; ПДК предельно допустимая концентрация вредной

59

примеси на уровне дыхания, мг/м3. Минздравом РФ утверждены следующие значения ПДК: для SO2 0,5 мг/м3; для NO2 0,085 мг/м3; для золы 0,5 мг/м3.

Суммарный выброс SO2 при сжигании твердого и жидкого топлива определяетсякак

где Н2S – содержание в топливе Н2S, %; H2S – молекулярная масса Н2S, кг/кмоль; SO2 =2,86 кг/м3 – плотность SO2 при нормальных условиях.

где зу КПД золоуловителя, %; Aр - содержание золыв рабочем топли-

ве, %; q4 потеря c механическим недожогом; αун доля золы, уносимой изтопок котлов с дымовыми газами (см.табл. 3.2).

Таблица 3.2

Расчетныехарактеристикислоевыхи камерныхтопок

60