1.3 Тепловой и аэродинамический расчеты котельного агрегата

1.3.1 Расчет процесса горения

При тепловом расчете паровых котлов определяем теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания. Расчет производим в следующей последовательности по формулам в соответствии с источником [1].

Из источника [1] в соответствии с заданием, выбираем характеристики природного газа газопровод «Бухара - Урал», в процентах, по объему:

CH₄=94,9 ; C₂H₆=3,2; C₃H₈=0,4; C₄H₁₀=0,1; C₅H₁₂=0,1;N₂=0,9; CO₂=0,4;

=36720 кДж/м³; =0,758кг/м³;

Определяем теоретический объём воздуха V⁰, необходимого для полного сгорания при сжигании газа, м³ воздуха/м³ газа:

V⁰=0,0476 [0,5 СО+0,5Н₂+1,5Н₂S+∑(m+n/4)С_mН_n-О₂], (27)

где m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

Определяем теоретический объём азота V⁰_N2 в продуктах сгорания при сжигании газа, м³/м³:

V⁰_N2=0,79 V⁰+(N₂/100), (28)

V⁰_N2= 0,79∙9,73+0,9/100 = 7,7

Определяем объём трёхатомных газов V_RO2 в продуктах сгорания при сжигании газа, м³/м³:

V_RO2=0,01(СО₂+СО+Н₂S+∑ m С_mН_n), (29)

V_RO2= 0,01(0,4+0+0+1∙94,9+2∙3,2+3∙0,4+4∙0,1+5∙0,1) = 1,04

Определяем теоретический объём водяных паров V⁰_H2O в продуктах сгорания при сжигании газа, м³/м³:

V⁰_H2O=0,01(Н₂S+Н₂+∑ n/2 С_mН_n+0,124d_г.тл)+0,0161 V⁰ (30)

Определяем средний коэффициент избытка воздуха a_ср для каждой поверхности нагрева:

a_{ср =} a^'+a", (31)

2

где a^' и a^" – коэффициент избытка воздуха перед и после газохода.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитываем прибавлением к a_т соответствующих присосов воздуха. Коэффициент избытка воздуха принимаем в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Расчетные значения коэффициента избытка воздуха на выходе из топки a_т принимаем по таблице 3.2 [1].

Определяем избыточное количество воздуха V^в_изб, м³/м³, для каждого газохода:

V^в_изб = V⁰ (a_ср –1) (32)

Определяем действительный объём водяных паров V_H2O, м³/м³, для газа:

V_H2O=V⁰_H2O + 0,0161 (a_ср –1) (33)

Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания V_г, м³/м³, для газа:

V_г= V_RO2 + V⁰_N2 + V⁰ (a_ср –1) + V⁰_H2O + 0,0161 (a_ср –1) V⁰ (34)

Определяем объёмные доли трёхатомных газов r_RO2 и водяных паров r_H2O, а также суммарную объёмную долю r_п:

r_RO2= V_RO2 / V_г (35)

r_H2O= V_H2O / V_г (36)

r_п = r_RO2+ r_H2O (37)

Результаты расчёта действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты расчёта продуктов сгорания по газоходам

Величина	Расчётная формула	Теоретические объёмы, м3/м3: V0= 9,73; V0N2= 7,7; VRO2= 1,04; V0H2O = 2,19.
		топка	конвективный пучок	эконо– майзер
1	2	3	4	5
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева		1,1	1,2	1,3
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	(31)	1,075	1,125	1,25
Избыточное количество воздуха, м3/м3	(32)	0,729	1,216	2,43
Объём водяных паров, м3/м3	(33)	2,206	2,221	2,237
Полный объём продуктов сгорания, м3/м3	(34)	11,914	12,903	13,892
Объёмная доля трёхатомных газов	(35)	0,097	0,089	0,083
Объёмная доля водяных паров	(36)	0,185	0,172	0,161
Суммарная объёмная доля	(37)	0,282	0,261	0,244

1.3.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в следующей последовательности по формулам в соответствии с источником [1].

Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H⁰_в, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H⁰_в= V⁰ ∙(сJ)_в, (38)

где (сJ)_в – энтальпия 1м³ воздуха, кДж/м³;

V⁰ – теоретический объём воздуха, м³/м³.

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H⁰_г, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H⁰_г = V_RO2 ∙ (сJ)_RO2 + V⁰_N2∙ (сJ)_N2+ V⁰_H2O ∙ (сJ)_H2O, (39)

где (сJ)_RO2, (сJ)_N2, (сJ)_H2O – энтальпии 1м³ трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м³, принимаем по таблице 3.4 [1] для соответствующего диапазона температур;

V_RO2, V⁰_N2, V⁰_H2O – объёмы трёхатомных газов, теоретический объём азота и водяного пара, м³/м³, принимаем по таблице 2.

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха H^в_изб, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H^в_изб=(α–1) H⁰_в. (40)

Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м³, при коэффициенте избытка воздуха α >1, для газа,

H= H⁰_г+ H^В_изб (41)

Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 4.

Таблица 4- Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания, кДж/м³

Поверхность нагрева	Температура поверхности нагрева, 0C	H0в	H0г	Hвизб	H
1	2	3	4	5	6
Верх топочной камеры a˝ т=1,1	2000	29919,51	36560,31	2991,95	39552,265
	1900	28284,56	34524,17	2828,456	37352,628
	1800	26649,62	32478,46	2664,96	35143,419
	1700	25055,54	30003,24	2505,55	32508,796
	1600	23461,47	28460,88	2346,147	30807,029
	1500	21867,4	26470,25	2186,74	28656,99
	1400	20273,33	24511,95	2027,33	26539,28
	1300	18679,26	22539,72	1867,926	24407,64
	1200	17126,06	20604,17	1712,606	22316,775
	1100	15572,86	18719,35	1557,286	20276,634
	1000	14019,66	16848,08	1401,966	18250,051
Конвективный пучок a˝кп=1,2	1200	17126,06	20604,17	3425,21	24029,381
	1100	15572,86	18719,35	3114,57	21833,92
	1000	14019,66	16848,08	2803,93	19652,02
	900	12507,34	14981,18	2501,47	17482,648
	800	11035,88	13146,23	2207,18	15353,409
	700	9564,433	11347,97	1912,88	13260,857
	600	8100,767	9604,793	1620,15	11224,946
	500	6678,948	7910,582	1335,79	9246,372
	400	5289,244	6247,127	1057,85	7304,976
	300	3932,628	4624,169	786,53	5410,694
Водяной экономайзер a˝эк=1,3	500	6678,948	7910,582	2003,68	9757,72
	400	5289,244	6247,127	1586,77	7706,78
	300	3932,628	4624,169	1179,79	5713,08
	200	2599,369	3048,376	779,81	3769,84
	100	1291,413	1510,287	387,42	1966,78

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания от температуры – строим Н, υ – диаграмму.