4_Materialnye_balansy_protsessa_gorenia
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
74 |
|
|
|
|
|
|
где (сϑ)зл |
– энтальпия 1 кг золовых частиц при температуре газов, кДж/кг; |
||||||||||||
aун – доля золы, уносимой газовым потоком; обычно aун = 0,6–0,95. Энталь- |
|||||||||||||
пия золы учитывается только при сжигании высокозольных топлив, когда |
|||||||||||||
a |
ун |
Ap |
Qр |
> 1,4 %·кг/МДж. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина Hг0 при одинаковой температуре всегда выше, чем Hв0 по- |
||||||||||
скольку объем газов V 0 |
> V 0 , а объемные теплоемкости трехатомных газов |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
г |
в |
|
|
|
|
|
|
cCO2 , |
cH2O больше теплоемкости воздуха св . При работе котла с уравновешен- |
||||||||||||
ной тягой и наличии присосов воздуха по газовому тракту значения энталь- |
|||||||||||||
пий Hг в каждой поверхности нагрева зависят от температуры газов и избыт- |
|||||||||||||
ка воздуха. Присосы воздуха в поверхности нагрева изменяют объем и эн- |
|||||||||||||
тальпию газов на выходе из нее. На рис. 4.3 представлена H , ϑ – диаграмма |
|||||||||||||
для воздуха и продуктов сгорания, построенная по расчетным данным, для |
|||||||||||||
условий уравновешенной тяги (а) и наддува (б). |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
H, кДж/кг |
|
|
H, кДж/кг |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Hг при αТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hг |
при αПе |
|
|
|
|
|
Hг0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
а) |
|
Hг при αПП |
|
б) |
|
|
Hг при αгор |
= const |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Hг при αЭК |
|
Hг0 Hв0 |
|
|
|
|
|
Hв0 |
||
|
|
Hг при αВП |
|
|
H |
г |
при α |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВП |
|
|
|
|
|
|
|
ВП |
ЭК |
ПП |
Пе |
Т ϑ, °С |
ВП |
ЭК |
ПП |
Пе |
Т ϑ, °С |
|
Рис. 4.3. H , ϑ – диаграмма для воздуха и продуктов сгорания при уравновешенной тяге |
|||||||||||||
(а) и наддуве (б): ВП – воздухоподогреватель; ЭК – водяной экономайзер; ПП – вторичный |
|||||||||||||
пароперегреватель; Пе – первичный пароперегреватель; Т – топочная камера |
|
||||||||||||
Теплота, отданная газовым потоком при прохождении поверхности нагрева, определяется по формуле
Q = ϕ(Hг′ − Hг′′ + Δαi Hхв0 ). |
(4.36) |
Здесь Hг′ – энтальпия газов на входе в поверхность, кДж/кг, определяется по уравнению (4.33) при значении α′ (см. рис. 4.4); Hг′′ – то же на выходе из поверхности, определяется по значению α′′ с учетом присоса воздуха в поверхности – α′′ = α′ + Δαi ; Hхв0 = Vв0св tхв – энтальпия теоретического объема присосанного холодного воздуха, кДж/кг; ϕ – коэффициент сохранения тепла,
75
Δαi Hхв0
|
′ |
ϑ′′ |
|
α′ |
ϑ |
α′′ |
|
Hг′ |
Hг′′ |
Рис. 4.4 К определению тепловосприятия произвольной поверхности нагрева котельного агрегата
характеризующий долю тепловосприятия от газового потока (без доли потерь тепла через обмуровку).
Если тепловосприятие поверхности нагрева определено по рабочей среде, то из уравнения (4.36) может быть найдена энтальпия газового потока до или за поверхностью. Температуру газов по известной их энтальпии можно установить, используя H , ϑ
– диаграмму или таблицу продуктов сгорания топлива для опорных температур.
4.5.Примеры и контрольные вопросы
4.5.1.Примеры
1.Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки котельного агрегата Е-320-13,8-550 БЖ, получаемых при полном сгорании 1 кг бородинского бурого угля марки 2Б состава: Cr = 42,6 %; Нr = 3,0 %; Sr = 0,2 %; Nr = 0,6 %; Or = 13,2 %; Ar = 7,4 %; W r = 33,0 %, если известно, что температура газов на выходе из топки равна ϑ = 1040 °С, доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания аун = 0,85, коэффициент избытка воздуха в
топке aт = 1,3. Значения теплоемкостей компонентов газовой смеси при тем-
пературе газов ϑ = 1040 °С равны: (cJ)RO2 = 2,2178 кДж/(м3×К); (cJ)N2 = 1,3975 кДж/(м3×К); (cJ)H2O = 1,7351 кДж/(м3×К); (cJ)зл = 0,9893 кДж/(м3×К); (cJ)в = 1,4468 кДж/(м3×К).
Решение: теоретически необходимый объем воздуха определяем по формуле:
Vв0 = 0, 0889(Cr + 0,375Sr ) + 0, 265 Нr - 0, 0333Оr =
= 0,0889(42,6 + 0,375 × 0,2) + 0,265 ×3,0 - 0,0333×13,2 = 4,149 м3 /кг.
Теоретический объем азота находится по формуле:
V 0 |
= 0,79V 0 |
+ 0,8 |
Nr |
= 0,79 × 4,149 + 0,8 0,6 = 3,283 м3 /кг. |
|
||||
N2 |
в |
100 |
100 |
|
|
|
|||
Объем трехатомных газов находится по формуле:
|
|
76 |
V = 1,866 Сr + 0,375Sr |
= 1,866 42,6 + 0,375 × 0,2 = 0,796 м3 /кг. |
|
RO2 |
100 |
100 |
|
||
Теоретический объем водяных паров определяем по формуле:
V 0 |
= 0,111Нr + 0,0124W r + 0,0161V 0 |
= |
H2O |
в |
|
= 0,111×3,0 + 0,0124 ×33,0 + 0,0161× 4,149 = 0,809 м3 /кг.
Энтальпию продуктов сгорания при aт = 1 и температуре газов J = 1040 °С определяем по формуле:
Нг0 = (VRO2 (cJ)RO2 |
+VN02 |
(cJ)N2 +VH02O (cJ)H2O )J = (0,796 × 2,2178 + 3,283×1,3975 + |
||||||
+0,809×1,7351)×1040 = 8067,3 кДж/кг. |
|
|
||||||
Энтальпию золы 1 кг угля при J = 1040 °С определяем по формуле: |
||||||||
Hзл = |
Ar aун |
(cJ)зл |
×J = |
7,4 × 0,85 |
× 0,9893×1040 |
= 64,7 |
кДж/кг. |
|
100 |
100 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Энтальпию воздуха при αт = 1 и температуре газов J = 1040 °С определяем по формуле:
Нв0 = Vв0 ×(cJ)в ×J = 4,149 ×1,4468 ×1040 = 6242,9 кДж/кг.
Энтальпию продуктов полного сгорания 1 кг угля при J = 1040 °С определяем по формуле:
Hг = Нг0 + (aт -1)Нв0 + Нзл = 8067,3 + (1,3 -1)× 6242,9 + 64,7 = 10004,9 кДж/кг.
2. В топке котельного агрегата Е-65-3,9-440 КТ сжигается 5000 кг/ч уг-
ля состава: Cr = 55,2 %; Hr = 3,8 %; Nr = 1,0 %; Or = 5,8 %; Sr = 3,2 %; Ar = 23,0 %; W r = 8,0 %. Определить, насколько был увеличен объем подаваемого в топку воздуха, если известно, что при полном сгорании топлива содержание кислорода O2 в дымовых газах увеличилось с 4 до 6 %.
Решение: Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг угля, определяем по формуле:
Vв0 = 0,0889(Сr + 0,375Sr ) + 0, 265 × Hr - 0,0333 × Or =
= 0,0889(55, 2 + 0,375 × 3, 2) + 0, 265 × 3,8 - 0,0333 × 5,8 = 5,83 м3 /кг.
77
Коэффициент избытка воздуха при O2 = 4 % определяем по формуле:
aт |
= |
|
21 |
= |
21 |
|
=1, 235. |
|
21 |
- O2 |
21 - |
4 |
|||||
|
|
|
|
Коэффициент избытка воздуха при O2 = 6 % определяем по формуле:
aт |
= |
|
21 |
= |
21 |
|
=1, 4 . |
|
21 |
- O2 |
21 - |
6 |
|||||
|
|
|
|
Переводим значение расхода топлива в систему СИ:
B = 5000/3600 = 1,389 кг/с.
Величина изменения избытка воздуха равна Δα = 1,4 – 1,235 = 0,165, тогда увеличение объема подаваемого в топку воздуха находим по формуле:
DVв = Daт × B ×Vв0 = 0,165 × 5000 × 5,83 = 1,34 м3/с.
4.5.2.Контрольные вопросы
1.Перечислите характерные компоненты продуктов сгорания.
2.Почему действительный объем воздуха для горения должен быть больше теоретического?
3.Как найти значение Vв0 по известному составу топлива?
4.Чем отличаются значения Vв0 и Vг0 значения Vв и Vг при α > 1?
5.Как найти значение Vг на выходе из котла? Какие данные для этого
необходимо иметь?
6.Назовите способы определения коэффициента избытка воздуха на работающем котле. Какой из них более точный?
7.Чем вызвано различие избытка воздуха на выходе из топки для разных видов топлива? Одинакова ли роль присосов в топке и конвективных газоходах?
8.В каких местах газового тракта контролируют избыток воздуха в эксплуатации?
9.Как найти энтальпию газов в заданном месте газового тракта? Что нужно для этого знать?
10.Каковы составляющие энтальпии газов при заданной температуре для высокозольного твердого топлива и природного газа?