2.3 Расчёт кпд и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т.д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.

Исходные данные:

паропроизводительность D = 6,5 т/ч;

абсолютное давление пара на выходе из пароперегревателя р = 1,3 МПа;

температура перегретого пара t_п.п = 250 ;

температура питательной воды t_п.в = 102 .

1 Определяем располагаемую теплоту для топлива , кДж/кг, по формуле [1]

(24)

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

- теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром или другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг;

- физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг;

- теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании мазута, кДж/кг;

- теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

Принимаем =0; =0; =0; =0.

.

2 Определяем потерю теплоты от механической неполноты горения по таблице 4.1 [1]. Для угля Кузнецкого марки Д q₄=5.

3 Определяем потерю теплоты с уходящими газами при сжигании топлива q₂, %, по формуле [1]

(25)

где I_ух – энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 2 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов

- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, при t_в= , кДж/кг, определяется по формуле [1]

(26)

где - теоретический объём воздуха необходимого для полного сгорания при сжигании газа

239,516

- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из таблицы 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева =I_ух=1,41

.

4 Определяем потерю теплоты от химической неполноты сгорания при сжигании топлива по таблице 4.2 [1], q₃ = 0,5

5 Определяем потерю теплоты от наружного охлаждения при сжигании газа q₅, %, по формуле [1]

(27)

где q_5ном – потеря теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяется по таблице 4.5 [1];

D_ном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч

.

6 Определяем полезную мощность парового котла Q_пг, кВт, по формуле

(28)

где - расход выработанного перегретого пара, кг/с;

- расход выработанного насыщенного пара, кг/с;

- энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг,

p = 3% – непрерывная продувка парового котла, %, учитывается только при p>3.

.

7 Определяем потерю теплоты в виде физической теплоты шлаков и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла при сжигании газа q₆, %, по формуле [1]

, (29)

где =0, =0

.

8 Определяем КПД брутто парового котла , %, из уравнения обратного теплового баланса по формуле [1]

(30)

.

9 Определяем расход топлива B_пг, м³/с, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса, по формуле [1]

(31)

.

10 Определяем расчетный расход топлива для твёрдого топлива, кг/с по формуле [1]

(32)

11 Для последующих расчетов определяем коэффициент сохранения теплоты , по формуле [1]

(33)

.

2.4 Расчёт топки

Исходные данные:

объём топки V_т = 35,7 м³;

площадь поверхности стен топки F_ст = 54 м³;

диаметр экранных труб 51х2,5 мм.

1 Предварительно задаётся температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры .

2 Определяем полезное тепловыделение в топке при сжигании топлива Q_т, кДж/кг, по формуле [1]

, (34)

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

3 Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов при сжигании газа , по формуле [1]

, (35)

где х – угловой коэффициент, х = 0,91;

- коэффициент тепловой эффективности, берётся из таблицы 5.1[1]

.

4 Определяем эффективность толщины излучающего слоя при сжигании топлива s, м, по формуле [1]

, (36)

где V_т – объём топочной камеры, м²;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

.

5 Определяем коэффициент ослабления лучей. При сжигании твердого топлива коэффициент ослабления лучей k, (м · МПа)^-1, по формуле [1]

, (38)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определяется по рисунку 5.4 [1], (м · МПа)^-1;

r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов берётся из таблицы 1;

- коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы определяется по графику (рис. 5.5 [1]);

- средняя массовая концентрация золы берется из расчетной таблицы 1 для топки;

- коэффициент ослабления лучей частицами кокса, принимается для топлив с малым выходом летучих (антрациты, полуантрациты, тощие угли) при сжигании в камерных топках =0,5

7 Определяем суммарную оптическую толщину среды kps. kps=0,683.

8 Подсчитываем степень черноты факела а_ф. Для твердого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку. Это величина определяется по графику (рис. 5.6 [1]).

а=0,7

9 Определяем степень черноты топки: для камерных топок при сжигании твердого топлива а_т по формуле [1]

(39)

где _ср – коэффициент тепловой эффективности определяется по формуле (33).

.

10 Принимаем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (х_т) при сжигании топлива М = 0,48.

11 Определяем среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на 1 м³ сжигаемого топлива при нормальных условиях Vc_ср, кДж/(кг · К), по формуле [1]

, (40)

где Т_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяется из таблицы 2 по значению Q_т равному энтальпии продуктов сгорания I_а;

Т - температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К;

I - энтальпия продуктов сгорания берётся из таблицы 2 при принятой на выходе из топки температуре;

Q_т – полезное тепловыделение в топке.

Определяем теоретическую температуру горения Т_а, К, интерполируя в диапазоне температур от 1700 ºС до 1800 ºС

К,

.

12 Определяем действительную температуру на выходе из топки при сжигании топлива , по формуле [1]

(41)

.

Так как расхождение между полученной температурой =991,707 и ранее принятой на выходе из топки =900 не превышает , то расчёт считается оконченным.

2.5 Расчёт конвективной поверхности котельного агрегата: пучков котла

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту у наружной поверхности труб путём конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передаётся через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару представляет собой сложный процесс называемый теплопередачей.

Исходные данные:

площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F = 1 м²;

поперечный шаг труб S₁ = 110 мм;

продольный шаг труб S₂ = 100 мм;

площадь поверхности нагрева конвективных пучков Н_к.п. = 197,4 м².

1 Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания и .

2 Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания при сжигании топлива Q_б, кДж/кг, по формуле [1]

, (42)

где - коэффициент сохранения теплоты определяется по формуле (31);

I - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности;

I - энтальпия продуктов сгорания после поверхности нагрева, определяется по таблице 2 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева;

- присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из неё;

- энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, определяется по формуле (26).

Рассчитываем энтальпию продуктов сгорания перед поверхностью нагрева I , кДж/кг, интерполируя в диапазоне температур от 900 ºС до 1000 ºС

,

.

3 Определяем расчётную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе , по формуле [1]

, (43)

где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из неё.

,

.

4 Определяем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева , м/с, по формуле [1]

, (44)

где В_р – расчётный расход топлива, м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

V_г – объём продуктов сгорания на 1 м³ газа (из расчётной таблицы 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);

- средняя расчётная температура продуктов сгорания, .

.

5 Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывание коридорных и шахматных пучков и ширм , по формуле [1]

, (45)

где - коэффициент теплоотдачи, определяемый по рисунку 6.1 [1], при поперечном омывание коридорных пучков;

- поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяют по рисунку 6.1 [1];

- коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяемый по рисунку6.1 [1], при поперечном омывание коридорных пучков;

- поправка на компановку пучка, по рисунку 6.1 [1].

.

6 Определяем толщину излучающего слоя для гладкотрубных пучков s, м, по формуле [1]

, (46)

где s₁ – поперечный шаг труб, мм;

s₂ – продольный шаг труб, мм;

d – диаметр труб конвективных пучков, мм.

7 Определяем степень черноты газового потока kps, по формуле [1]

, (47)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определяется по рисунку 5.4 [1];

k_зл – коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы определяется по графику (рисунок 5.5 [1]);

- концентрация золовых частиц;

р – давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.

8 Определяем коэффициент теплоотдачи _л, Вт/(м² · К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, для запылённого потока (при сжигании твердого топлива) по формуле [1]

, (48)

где - коэффициент теплоотдачи, определяется по рисунку 6.4 [1];

- степень черноты, определяется по рисунку 5.6 [1].

.

9 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева ₁, Вт/(м² · К), по формуле [1]

, (49)

где - коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков принимается = 1.

.

10 Определяется коэффициент теплоотдачи К, Вт/(м² · К), по формуле [1]

, (50)

где - коэффициент тепловой эффективности, определяемый из таблицы 6.2 [1]

.

11 Определяем большую и меньшую разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости , , , по формуле [1]

, (51)

где - действительная температура на выходе из топки,

, (52)

где - расчётная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, .

,

.

12 Определяем температурный напор , , для прямотока, перекрёстного тока с числом ходов более четырёх или постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева) как среднелогарифмическая разность температур по формуле [1]

, (53)

где и - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

.

13 Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ сжигаемого твердого топлива Q_т, кДж/кг, по формуле [1]

(54)

где К – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² · К);

Н – площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м²;

В_р – расчётный расход топлива кг/с.

.

14 По полученным двум значениям Q_б и Q_т производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Точка пересечения прямых указывает на расчётную температуру продуктов сгорания .

Рисунок 5 – Графическое определение расчётной температуры

Заключение

В ходе данной работы были рассмотрены следующие вопросы: технологическое назначение котельной установки, краткое описание котельного агрегата ДКВР-6,5-13-250, аварийный останов парового котла.

Также был произведён расчет котельного агрегата, а именно были рассчитаны объёмы воздуха и продуктов сгорания, энтальпии воздуха и продуктов сгорания, потери теплоты, КПД и расход топлива, конвективная поверхность котельного агрегата: пучки котла.

Температура на выходе из топки = 991,707, на выходе из конвективных пучков .