5.2. Пример расчета объемов продуктов сгорания
Примем, что котлоагрегаты котельной работают на каменном угле следующего состава
%; 
%; 
%; 
%;
%; 
%; 
%; 
%.
Теоретически необходимое количество воздуха
м3/кг.
Объем трехатомных газов
м3/кг.
Объем азота
м3/кг.
Теоретический объем водяных паров
м3/кг.
Коэффициент избытка
воздуха на выходе из топочной камеры
дан в задании:
.
Величина присосов воздуха в газоходе
экономайзера
.
Далее расчет выполняется для двух вариантов: с экономайзером и без него. Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах
; 
.
Действительный
объем водяных паров
;
м3/кг;
м3/кг.
Действительный
объем продуктов сгорания
;
м3/кг;
м3/кг.
6. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха
6.1. Исходные данные и порядок расчета
Для определения энтальпий продуктов сгорания необходимо знать их состав и объем, а также температуру, которая различна для вариантов с экономайзером и без него. Значения энтальпии 1 н.м3 для газов, входящих в продукты сгорания топлива и для влажного воздуха в зависимости от их температуры, приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Удельная энтальпия 1 н.м3 газов и влажного воздуха
t, C |
Энтальпия газов I, кДж/н.м3 |
|||
|
|
|
|
|
100 |
170 |
130 |
151 |
132 |
200 |
353 |
260 |
305 |
267 |
300 |
560 |
392 |
463 |
403 |
400 |
773 |
527 |
627 |
542 |
Примечание: энтальпии газов при промежуточных температурах определяются методом линейной интерполяции |
||||
Энтальпия2
теоретического объема воздуха
,
кДж/кг?/,
и энтальпия теоретического объема
продуктов сгорания (дымовых газов)
,
кДж/кг, при температуре t,
отнесенные к одному килограмму топлива,
определяется по формулам
,
кДж/кг; (24)
,
кДж/кг. (25)
Энтальпия действительного объема продуктов сгорания определяется с учетом коэффициента избытка воздуха в уходящих газах
,
кДж/кг. (26)
6.2. Пример расчета энтальпий
Расчет энтальпий произведем отдельно для вариантов "С" и "Б".
6.2.1. Вариант "с" – с установкой экономайзера
Температура уходящих из котлоагрегата дымовых газов по заданию (или таблице А.2): tух = tух2 = 175 С. Используя таблицу 4, методом линейной интерполяции
кДж/м3.
Аналогично для других газов и воздуха
кДж/м3;
кДж/м3;
кДж/м3.
Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания
кДж/кг;
кДж/кг.
Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух2
кДж/кг.
6.2.2. Вариант "б" – без установки экономайзера
В этом случае температура уходящих из котлоагрегата дымовых газов по заданию: tух = tух1 = 295 С. Используя таблицу 4, методом линейной интерполяции
кДж/м3.
Аналогично для других газов и воздуха
кДж/м3;
кДж/м3;
кДж/м3.
Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания
кДж/кг;
кДж/кг.
Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух1
кДж/кг.
7. Расчет теплового баланса котлоагрегата
7.1. Общие положения
Тепловой баланс составляется для определения расхода топлива и КПД котлоагрегата при установившемся тепловом состоянии (режиме работы) котла.
Уравнение теплового баланса котлоагрегата на единицу (килограмм) сгоревшего топлива имеет вид
, (27)
где 
– располагаемая теплота, поступившая
в топку котлоагрегата, кДж/кг;
Q1 – теплота, полезно использованная на парообразование, кДж/кг;
- потери теплоты,
состоящие из:
Q2 – потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг;
Q3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг;
Q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/кг;
Q5 – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг;
Q6 – потери теплоты с физическим теплом удаляемых шлаков, кДж/кг.
В курсовом проекте
в располагаемой теплоте не учитывается
теплота горячего воздуха, подаваемого
в топку и подогретого вне котлоагрегата,
а также тепло парового дутья, затраты
теплоты на размораживание смерзшегося
топлива и т.д. Поэтому можно считать,
что располагаемая теплота равна низшей
теплоте сгорания топлива
,
кДж/кг.
Приняв располагаемую теплоту за 100 %, выражение (25) можно записать в другом виде:
%, (28)
где 
– относительная величина (доля) i-х
тепловых потерь, %.
Если известны все потери теплоты в котлоагрегате, то его коэффициент полезного действия (КПД) "брутто" определяется выражением
,
%. (29)
Рассмотрим методику расчета составляющих тепловых потерь котлоагрегата. Потери теплоты с уходящими газами
,
кДж/кг; (30)
,
%, (31)
где
- энтальпия теоретического объема
воздуха, подаваемого в топку. В курсовом
проекте температуру холодного воздуха
следует принять равной tхв
= tхво (не
следует искать смысловую связь между
этими температурами). Объемная теплоемкость
воздуха в интервале температур 0…100 С
составляет примерно схв = 1,3
кДж/(м3К).
Энтальпия теоретического объема воздуха
равна
,
кДж/кг. (32)
В связи с тем, что объемы продуктов сгорания рассчитываются в предположении полного сгорания топлива, в уравнение (28) введена поправка на величину q4 – долю тепловых потерь от механической неполноты сгорания.
Потери тепла от химической неполноты сгорания (недожога) q3 возникают вследствие неполного сгорания горючих газов и летучих и принимаются по данным таблицы 5 в зависимости от вида топлива и метода сжигания, согласно характеристикам топочных устройств.
Потеря тепла от механической неполноты сгорания (недожога) q4 возникают вследствие провала или уноса частиц твердого топлива с уходящими газами и недожога топлива в шлаках. Значение относительных потерь тепла q4 также можно принять по таблице 5.
Таблица 5 – Характеристики тепловых потерь слоевых и камерных топок
Тип топки |
Вид топлива |
Относительные потери теплоты |
|
от химического недожога q3 , % |
от механического недожога q4 , % |
||
Слоевая |
Антрацит |
0,5 |
10,0 |
Каменный уголь |
1,0 |
6,0 |
|
Бурый уголь |
0,5…1,0 |
7,0 |
|
Камерная |
Мазут |
1,0 |
0,0 |
Природный газ |
|||
Потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду q5 в курсовом проекте могут быть найдены для котлоагрегатов типа КЕ по таблице 6.
Таблица 6 – Потери тепла котлоагрегатами КЕ в окружающую среду
Марка котлоагрегата |
Потери тепла в окружающую среду q5 , % |
|
без экономайзера |
с экономайзером |
|
КЕ - 2,5 - 13 |
2,8 |
3,6 |
КЕ - 4 - 13 |
2,2 |
3,0 |
КЕ - 6,5 - 13 |
1,4 |
2,3 |
КЕ - 10 - 13 |
0,9 |
1,7 |
КЕ - 10 - 23 |
0,5 |
1,3 |
Потерями теплоты q6 с физическим теплом удаляемых из топки горячих шлаков в курсовом проекте можно пренебречь (q6 = 0 %).
После нахождения значений всех потерь определяется КПД котлоагрегата "брутто" и расход подаваемого в котел топлива по уравнению
. (33)
С учетом потерь
от механического недожога
расчетный расход полностью сгоревшего
в топке твердого топлива (угля) составит
,
кг/с. (34)