МУ КР Источники энергии

Средние теплоёмкости газов следующие, кДж/(м3 0С):

Тогда средняя теплоёмкость газа:

с 0,01[2,05 СО2 1,34 СО 1,61 Н2О 1,34 N2 1,32 Н2 2,24 СН4

3,2(C2 H6 C3H8 C4 H10 )] 0,01[2,05 8,556 1,34 22,78 1,61 3,881

1,32 2 1,34 46,495 0,54 16,175 3,2(0,065 0,032 0,016)] 1,56кДж/ м3.

Поэтому энтальпия газа равна 1,56 600 936кДж / м3 . Общая энтальпия продуктов сгорания:

а) без учёта химического недожога:

б) с учётом химического недожога:

определении температуры следует пользоваться колонкой для коксодоменной смеси, соответствующей расчётной теплоте сгорания.

Пример 5. Выполнить расчёт горения смеси природного газа и мазута, составы которых приведены в примерах 2 и 3. Доля мазута по теплу составляет 11,3%. Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха 1,1, а мазут с 1,2. Мазут распыливается природным газом. Температура подогрева воздуха 10000С , а газа 3000С. Недожог составляет 3% от теплоты сгорания каждого топлива.

Так как теплота сгорания газа равна 36328кДж / м3 , то доля мазута по теплу

Поэтому суммарный расход воздуха составит 9,43 1,265 10,695м3 .

При горении 1м3 газа образуется 11,635м3 продуктов сгорания, состоящих из

8,83%СО2 , 17,32%Н2О , 72,10%N2 , 1,75%O2 (см. пример 3). При горении 0,888м3 газа объём продуктов сгорания будет 11,635 0,888 10,35м3 .

Условия сжигания мазута по сравнению с примером 2 несколько изменились по сравнению с примером 2 за счёт замены распылителя. Поэтому расчёт горения мазута необходимо произвести заново, относя все объёмы к 0,1кгмазута.

Объёмы СО2 , Н2О , SO2 , N2 , получающиеся при горении 0,1кгмазута,

следующие, м3 :

61

vCO2 0,001 1,867 С р 0,001 1,867 85,5 0,1597;

vH2O 0,0111,2 Н р 1,24W р 0,0111,2 11 1,24 2 0,1255; vSO2 0,0007 S р 0,0007 0,5 0,00035;

vN2 0,1( k VO2 000,8 N р ) 0,01(1,2 3,76 2,214 0,008 0,6) 0,9995

Объём кислорода в продуктах сгорания мазута: vO2 0,1( 1) VO2 0,1 0,2 2,214 0,0443м3 .

Суммируя объёмы SO2 и СО2 , вычислим объём и состав продуктов сгорания смеси природного газа с мазутом, м3 :

vCO2 10,35 0,883 0,1597 0,0003 1,076 ; vH2O 10,35 0,1732 0,1255 1,881;

vN2 10,35 72,10 0,9995 8,454;

подогретого воздуха равна iв 1410кДж / м3 .

В примере 3 температура подогрева газа также была задана tг 3000С. Поэтому энтальпию подогретого газа можно принять равной iг 567кДж / м3 . При вычислении

энтальпии продуктов сгорания можно пренебречь физическим теплом подогретого мазута.

Общая энтальпия продуктов сгорания составит: а) без учёта химического недожога:

iобщ 3095 1410L /V 567/V 3095 1410 0,95 567 0,086 4440кДж/ м3 .

б) с учётом химического недожога: iобщ 3003 1345 4348кДж / м3 .

Содержание воздуха в продуктах сгорания:

vL vO2 100/V 0,224 4,76 100/11,635 9,6%.

Основную долю тепла в смесь вносит природный газ. Поэтому определение температур горения следует производить по первой группе топлив (см. табл. В1).

Пример 6. Произвести расчёт горения топлива из смеси доменного, коксового и природного газов, теплота сгорания которой QHP 16МДж / м3 . Коксодоменная смесь имеет теплоту сгорания QHP 9МДж/ м3 . Смесь сжигается с коэффициентом расхода воздуха 1,1, а недожог составляет по 4%от каждого топлива. Коксовый газ

содержит 2,5%СО2 , 7,5%СО, 57%Н2 , 4%N2 , 0,6%O2 , 3,4%Н2О, 3%С2 Н2 , 26%СН4 ,

а теплота его сгорания QHP 18086кДж / м3 . Теплоты сгорания и составы природного и доменного газов приведены в примерах 3 и 4.

62

По этому составу смеси газов вычисляются расход воздуха, выход и состав продуктов сгорания, энтальпия и температуры сгорания так, как это было сделано в примерах 3 и 4.

63

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА ДКВР 10-13

Задание:

По результатам эколого-теплотехнических испытаний котельного агрегата ДКВР 10-13 и по составу топлива определить:

1.Потери энергии.

2.Действительный КПД котла.

3.Параметры 2-х щелевых подовых горелок.

Исходные данные:

1.Режимная карта (см. прил.Б).

2.Состав топлива:

I. РАСЧЁТ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО КПД КОТЛА

1. Расчёт Qрн для рабочего состава топлива.

1.1. Нахождение коєффициента, учитывающего пересчёт сухой массы топлива на рабочую.

100

Кс в 100 0,1242 W

100 Кс в 100 0,1242 25 0,97

1.2. Пересчёт сухого состава топлива на рабочее.

СmНnр=СmНnс·Кс в

СН4= СН4·Кс в =39,45·0,97=38,32(-0,02)=38,30 % С2Н6= С2Н6·Кс в =20·0,97=19,40 % С3Н8= С3Н8·Кс в =18,5·0,97=17,95 % С4Н10= С4Н10·Кс в =7,7·0,97=7,47 % С5Н12= С5Н12·Кс в =4,2·0,97=4,07 %

N2= N2·Кс в =0,10·0,97=0,10 % Н2Овл=W·0,1242·Кс в =25·0,1242·0,97=3,01 %

______________________________________

ИТОГО – 100%

64

1.3. Определение Qрн .

Qрн 358 СН4 636 С2Н6 913 С3Н8 1185 С4Н10 1465 С5Н12

н кДж ккал

Qр 358 38,30 636 19,40 913 17,95 1185 7,47 1465 4,07 57252,65 м3 13674 м3

2. Определение расхода топлива.

3. Определение расхода воздуха, необходимого для сжигания 1м3 топлива.

3.1. Определение теоретического расхода сухого воздуха.

LC0 VN2 VO2 VO2 Т

VO2 Т - содержание кислорода в топливе. VO2 Т 0.

3.2. Определение теоретического расхода влажного воздуха.

Lв0 Lc0 (1 0,001242 dВ );

65

hп ,h0 - см. п. 2,

В– расход газа, по режимной карте: В 692 м3 0,192 м3 ,

чс

2,4(2800 390) 100% 52,62% 57252,65 0,192

Полученный прямым методом КПД существенно отличается от истинного, т.к. расход газа в режимной карте рассчитан для другого топлива.

66

6. Определение действительного КПД котла обратным методом.

100 q2 q3 q4 q5 q6 ,

где q2 - потери тепла с уходящими газами,

q3 - потери тепла от химического недожога топлива, q4 - потери тепла от механического недожога,

q5 - потери тепла в окружающую среду, q6 - потери тепла с золой.

q4 0, т.к. газообразное топливо предусматривает смешение с воздухом на молекулярном уровне,

q6 0, т.к. минеральных примесей в газообразном топливе нет.

6.1. Определение потерь тепла с уходящими газами.

q2 Q2 100%,

Qнр

где:

Vсг - объём сухих продуктов горения,

м3пг

Vсг Vпг VH2O 17,8 2,71 15,09 м3газа ,

сСОр 2 , сNр 2 , cHp 2O , cвр - теплоёмкости углекислого газа, азота, воды,

воздуха;

СО ккал ср 2 0,803 0,000172 tух 0,8218 м3 ,

N ккал ср 2 0,306 0,0000264 tух 0,3089 м3 ,

H О ккал ср 2 0,351 0,000574 tух 0,3569 м3 ,

в кДж ккал ср 1,29 кг 0С 0,3081кг 0С ,

tух - температура уходящих газов за экономайзером, tух 1090С,

у// - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, у // 1,36

LСО - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1м3

tв - температура воздуха, поступающего в котлоагрегат, tв 200С ,

67

Qn - тепло, поступающее в котёл с водяными парами, Qn 0, т.к. тепло с

водяными парами в котёл не вносится,

Qфт - физическое тепло топлива, Qфт 0, т.к. топливо перед подачей в котёл не нагревают.

q2 575,36 100% 4,21% 13674

6.2. Определение потерь тепла от химического недожога топлива.

q3 Q3 100%,

Qнр

Q3 QСОР СО Vсг ,

где QСОР - теплотворная способность угарного газа, QСОР 3050 ккал ,

кг СО - содержание в продуктах горения угарного газа, СО 0,005%

Vсг - см. п. 6.1.

Q3 3050 0,005 15,09 230,12 ккал ,

м3

q2 230,12 100% 1,68% 13674

6.3. Определение потерь тепла в окружающую среду.

Потери тепла в окружающую срезу определяются по диаграмме зависимости потерь тепла в окружающую среду от нагрузки котла.

Для котла с хвостовой поверхностью при паропроизводительности 9т/ч потери в окружающую среду составляют q5=1,8%.

Действительный КПД котла:

100 q2 q3 q4 q5 q6 100 4,21 1,68 1,8 92,31%

II. РАСЧЁТ БЕЗДУТЬЕВОЙ ПОДОВОЙ ГОРЕЛКИ –см. прил. Д – пример 1.

68

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

1. Пример расчета бездутьевой подовой горелки для котла производительностью 2,22 кг/сек пара в час (8 т/ч).

Исходные данные:

-котел вырабатывает насыщенный пар давлением 0,783 Мн/м2 (8 amа);

-температура питательной воды 80° С, к. п. д. котла к = 0,82;

-топливо - природный газ с теплотой сгорания Qрн = 33,9 Мдж/м3 (8109 ккал/м3);

-давление газа перед горелками рг = 4900 н/м2 (500 мм вод. ст.).

Определяем расход газа на котел:

струй h = 0,85, угол атаки газовых струи по отношению к потоку воздуха == 40°. b

Определяем относительный шаг отверстий на газораспределительной трубе,

принимая = 1,1, кs=1,6, В = 1,2 кг/м3:

Суммарная площадь сечения газовых отверстий в газораспределительных

трубах

Принимаем ширину щели b' == 0,1 м и определяем шаг отверстий s 0.462b 0.462 0.1 0.0462м 47мм

Определяем диаметр газовых отверстий

d

при этом считаем, что округленно d = 3,2 мм. Количество газовых отверстий

4

Суммарная длина щелевых каналов

LЩ s n 47 354 8300мм. 2 2

Длина щели одной горелки

69

Площадь огнеупорных щелевых каналов

Fщ Lщb 8,4 0,1 0,84м2.

Скорость воздуха в канале

'В V0Vг 1,1 9,01 0,194 2,3м/сек. Fщ 0,84

Диаметр газораспределительных труб (внутренний)

Выбираем трубу Dy = l1/2", имеющую внутренний диаметр Dвн = 41 мм и наружный Dнар = 48 мм.

Для того чтобы струйки газа не задевали за кирпичную кладку при выходе из отверстий, газораспределительные трубы выдвигаем внутрь щели на 0,25 Dнар, т. е. на 12 мм. Тогда ширина щели между трубами будет

b b 2 0,25Dнар 100 2 0,25 48 76мм.

Скорость воздуха в узком сечении между трубами

Принимаем плотность воздуха = 1,2 кг/м3, коэффициент местных потерь при входе воздуха для щели со скругленными краями = 0,03, отношение температуры продуктов сгорания при выходе из канала к температуре воздуха при входе в канал

T 273 1100 4,53

T 273 30

отношение ширины щели между трубами к ширине кирпичного канала

В промышленных котлах в верхней части топки обычно поддерживается разрежение 1—3 мм вод. ст., а разрежение на уровне пода топки составляет 4—5 мм вод. cm. и более (в зависимости от высоты топки).

Таким образом, для нормальной работы рассчитываемой горелки сопротивление воздухоподводящей системы не должно превышать

hв hт рг 4 2 2ммвод.ст.

Если под горелками имеется колосниковая решетка, сопротивление ее рассчитываем по формуле

hр 0,102 р 2р ммвод.ст. 2

70