Исходные данные для расчета

1. К установке предназначен котёл ДКВР-4-13 с расчётной паропроизводительностью D=1,67 кг/с, вырабатывающий перегретый пар давлением P=13 атм.

2. Основное топливо – природный газ газопровода Серпухов – Ленинград.

3. Питательная вода поступает из деаэратора при температуре t_п.в.=100 ⁰C.

4. Котёл оборудован индивидуальным водяным экономайзером системы ВТИ.

5. Воздух подогревается в трубчатом двухходовом воздухоподогревателе при температуре, равной 190 ⁰C.

6. Непрерывная продувка составляет 4%.

Топливо, состав и количество продуктов горения, их теплосодержание.

В связи с заданным родом топлива берём его рабочий состав из таблицы (в % по объёму): углекислота CO₂=0,1%; метан CH₄=89,7%; этан C₂H₆=5,2%; пропан C₃H₈=1,7%; бутан C₄H₁₀=0,5%; пентан C₅H₁₂=0,1%; азот N₂=2,7%; теплота сгорания топлива ; влагосодержание на 1 м³ сухого газа при t=10 ⁰C принимаем равным d_г=10 г/м³; плотность нормального кубометра газа ρ=0,799 кг/м³. Количество присасываемого воздуха выбираем в соответствии с данными из таблицы; значение коэффициента избытка воздуха в топке , а все остальные соответственно определяются равными:

Далее определяем объём воздуха, необходимый для горения, а также состав и объём дымовых газов при ; теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, подсчитываем по уравнению:

Теоретический объём трёхатомных газов находим по уравнению:

Теоретический объём двухатомных газов находим по уравнению:

Теоретический объём водяных паров находим по уравнению:

Определяем объём избыточного воздуха для разных пунктов котельного агрегата по формуле:

А) при -

Б) при -

В) при -

Г) при -

Составляем табл.1, в которую вносим все подсчитанные величины, а также значения объёмных долей газов, находящихся в продуктах сгорания.

Таблица 1. Состав и количество продуктов сгорания

Наименование величин в м3/м3	Формула для расчёта	Коэффициент избытка воздуха
Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания.		10	10	10	10
Величина		0,1	0,2	0,3	0,4
Объём избыточного воздуха		1	2	3	4
Избыточный объём водяных паров		0,016	0,032	0,048	0,064
Теоретический объём: трёхатомных газов двухатомных водяных паров		1,078 7,927 2,22	1,078 7,927 2,22	1,078 7,927 2,22	1,078 7,927 2,22
Действительный объём: сухих газов водяных паров общий объём дымовых газов		10,005 2,236 12,241	11,005 2,252 13,257	12,005 2,268 14,273	13,005 2,284 15,289
Объёмная доля: трёхатомных газов водяных паров		0,088 0,183	0,081 0,170	0,076 0,159	0,071 0,149
Общая объёмная доля трёхатомных газов		0,271	0,251	0,253	0,220
Температура точки росы в 0C		57,6	56,04	54,7	53,19

Для подсчёта величин теплосодержаний дымовых газов и воздуха в отдельных газоходах котельного агрегата и для построения I- -диаграммы задаёмся следующими температурами дымовых газов и воздуха:

при коэффициенте избытка воздуха

=2000 и 800 ⁰C;

при коэффициенте избытка воздуха

=1000 и 400 ⁰C;

при коэффициенте избытка воздуха

=500 и 200 ⁰C;

при коэффициенте избытка воздуха

=300 и 100 ⁰C.

Температуру воздуха в котельной принимаем t_в=30 ⁰C.

Подсчёт производим по уравнению .

При =2000 ⁰C

;

При =800 ⁰C

;

При =1000 ⁰C

;

При =400 ⁰C

;

При =500 ⁰C

;

При =200 ⁰C

;

При =300 ⁰C

;

При =100 ⁰C

.

По полученным значениям теплосодержаний строим I- -диаграмму (рис.1).

Рис.1 I- -диаграмма для природного газа

Все полученные результаты сводим в табл.2.

Таблица 2. Теплосодержание продуктов сгорания в зависимости от значения температур и коэффициентов избытка воздуха

Температура газов в град	Трёхатомные газы			Двухатомные газы			Водяные пары			Избыточный воздух				Теплосодержание продуктов сгорания
При
2000 800	1,078 1,078	0,582 0,511	0,627 0,551	7,927 7,927	0,3545 0,3266	2,81 2,59	2,22 2,22	0,4689 0,3985	1,04 0,88	1 1	0,3661 0,3371	0,3661 0,3371	4,84 4,36	9680 3488
При
1000 400	1,078 1,078	0,5288 0,4608	0,570 0,497	7,927 7,927	0,3325 0,3146	2,64 2,49	2,22 2,22	0,4115 0,3739	0,91 0,83	2 2	0,34330,3235	0,6866 0,6470	4,81 4,47	4810 1788
При
500 200	1,078 1,078	0,4769 0,429	0,514 0,462	7,927 7,927	0,3173 0,3106	2,52 2,46	2,22 2,22	0,3796 0,3635	0,84 0,81	3 3	0,3268 0,3181	0,9804 0,9543	4,85 4,69	2425 938
При
300 100	1,078 1,078	0,4469 0,4092	0,482 0,441	7,927 7,927	0,3122 0,3096	2,47 2,45	2,22 2,22	0,3684 0,3596	0,82 0,80	4 4	0,3206 0,3163	1,2824 1,2652	5,06 5,05	1518 505

Основные характеристики воды и пара. В соответствии заданием абсолютное давление в барабане котла составляет P=14 ата, температура питательной воды – t_п.в.=100 ⁰C, процент продувки P_пр=4 %.

Для этих условий определяем полное тепловосприятие воды и пара в котельном агрегате, отнесённое к 1 кг насыщенного пара:

где i_н – энтальпия насыщенного пара,

i_к.в. – энтальпия котловой воды,

i_п.в. – энтальпия питательной воды.

Составление баланса тепла котельного агрегата. Температуру уходящих газов принимаем равной _ух=140 ⁰C, тогда потеря тепла с уходящими газами определяется по уравнениям и . Значение берётся из I-ϑ-диаграммы при значение коэффициента избытка воздуха, равном . Для данного случая при _ух=140 ⁰C

Теплосодержание поступающего воздуха:

следовательно

Величины потери тепла от химического и механического недожога берутся из таблицы:

Потеря тепла в окружающую среду принимается по графику, равной , а величина коэффициента сохранения тепла – из уравнения

Таким образом, из уравнения величина коэффициента полезного действия котельной установки

Определение расхода топлива. Расчётный часовой расход топлива определяют из уравнения, так как поправка не механический недожог отсутствует: