1.3.3 Тепловой баланс котельного агрегата

Расчет теплового баланса котельного агрегата и расхода топлива выполняем по формулам в соответствии с источником [1] в следующей последовательности.

Определяем потери теплоты с уходящими газами q₂, %:

q₂₌ (H_ух –a_ух ∙ H⁰_х.в) (100 – q₄) , (42)

Q^р_р

где H_ух – энтальпия уходящих газов, кДж/м³, определяем при соответствующих значениях a_ух и выбранной температуре уходящих газов;

H⁰_х.в – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, кДж/м³, определяем при t_в = 30 ⁰С;

a_ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q₄ – потеря теплоты от механической неполноты горения, %., для газа q₄ = 0;

Q^р_р – располагаемая теплота топлива, кДж/м³.

H⁰_х.в =39,8 V⁰, (43)

H⁰_х.в =39,8∙9,73= 387,3

Потеря теплоты от химической неполноты горения для камерной топки и топлива газ q₃, %, принимаем по таблице 4.4 [1], q₃ = 0,5.

Потеря теплоты от наружного охлаждения для парового котла q₅, %, определяем по формуле:

q₅ = q_5ном(D_ном/D), (44)

где q_5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, проц., определяем по таблицам 4.5 [1];

D_ном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

q₅ = 1,45(16/16) = 1,45

При тепловом расчете парового котла тепловой баланс составляется для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Определяем располагаемую теплоту Q^р_р для газообразного топлива, кДж/м³:

Q^р_р = Q^с_н = 36720,

где Q^с_н – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³, принимаем по таблице 2.2 [1].

Определяем полезную мощность Q_пг (Q_в.к), кВт, парового котла:

Q_пг =D_н.п (h_н.п – h_п.в )+ 0,01рD_н.п (h_кип – h_п.в), (45)

где D_н.п – расход выработанного насыщенного пара, кг/с;

h_н.п – энтальпия насыщенного пара, кДж/кг;

h_п.в – энтальпия питательной воды, кДж/кг;

h_кип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, кДж/кг;

p – непрерывная продувка парового котла, %, учитывается при р≥2%.

Q_пг = 4,5(2789- 431,57)+0,01∙3,5∙4,5(826- 431,57) = 10670,56

Определяем КПД брутто η_бр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса:

_бр = 100-(q₂+q₃+q₅), (46)

_бр = 100-(6,4+0,5+1,45) = 91,6

Определяем расход топлива В_пг, м³/с, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса:

, (47)

Определяем расчётный расход топлива В_р, м³/с, для газа:

В_р = В_пг = 0,317

Расчетный расход топлива вносится во все последующие формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количество теплоты.

Определяем коэффициент сохранения теплоты φ:

φ = 1- q₅/(η_бр + q₅), (48)

φ = 1- 1,45/(91,6+1,45) = 0,98

1.3.4 Расчет топочной камеры

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [1] в следующей последовательности.

Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, принимаем 1150 ^оС.

Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 3, , кДж/м³, .

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Q_т, кДж/м³:

Q_{т =}Q^р_р 100 – q_{3 +} Q_в, (49)

100

где Q_в – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м³.

Для промышленных котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Q_в, кДж/м³, определяем:

Q_в =α'_т ∙ H⁰_х.в, (50)

Определяем коэффициент ψ тепловой эффективности экранов:

ψ = χ ∙ ξ , (51)

где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности; значение χ определяется из рисунка 5.3 [1];

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой; коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [1].

Степень экранирования χ, находим по формуле:

χ = Н_л / F_ст, (52)

χ = 48,13/51,84 = 0,98

ψ = 0,98∙0,65 = 0,637

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя:

S=3,6V_т/F_ст, (53)

где V_т – объем топочной камеры, м³;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

S = 3,6∙22,5/51,84 = 1,56

Определяем коэффициент k, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей:

k = k_г r_п + k_с, (54)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^–1;

r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаем по таблице 2;

k_с –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^–1.

Коэффициент k_г, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяем по формуле:

, (55)

где р_п = r_п р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува, принимаем р = 0,1 МПа;

T˝_т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент k_с , (м·МПа)^–1, ослабления лучей сажистыми частицами:

, (56)

где С^р, Н^р–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, проц., при сжигании природного газа

, (57)

где С_mН_n – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %.

k = 7,2∙0,282+1,52 = 3,55

Определяем степень черноты факела а_ф. Эта величина, для газообразного топлива, подсчитывается по формуле:

а_ф = mа_св +(1– m) а_г, (58)

где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела; принимаем по таблице 5.2 [1] равным 0,1;

а_св – степень черноты светящейся части факела;

а_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения а_св и а_г определяем по формулам:

, (59)

, (60)

где е – основание натуральных логарифмов;

k_п и k_с – коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами.

а_ф = 0,1∙0,43+(1-0,1)0,27 = 0,29

Определяем степень черноты топки а_т, для камерных топок при сжигании газа:

а_т=а_ф/(а_ф+(1-а_ф) ψ_ср), (61)

а_т = 0,29/(0,29+(1-0,29)∙0,637) = 0,39

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М = 0,48.

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость V_с.ср, кДж/м³·К, продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях:

V_с.ср=(Q_т – H^″_т) / (Т_а –Т^″_т), (62)

где Т_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяем по таблице 3 по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания Н_а;

Т^″_т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;

H^″_т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³, определяем по таблице 3 при принятой на выходе из топки температуре;

Q_т – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³.

V_с.ср= (36943,17-21296,7)/(2220-1423,9) = 19,65

Определяем действительную температуру ^″_т, С˚, на выходе из топки:

, (63)

Полученную температуру на выходе из топки сравниваем с температурой, принятой ранее, так как расхождение между полученной температурой ^″_т, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±100⁰С, то расчет считается оконченным.