3. Тепловой баланс парового котла. Определение расчётного расхода топлива.

3.1 Тепловой баланс составляется для установившегося режима работы котла на 1 кг угля в виде ( кДж/кг): Q^P_P=Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅ или в виде (%): 100%= q₁+ q₂+ q₃+ q₄+ q₅.

где: q₁– КПД "брутто парового котла, %

q₂ – потери тепла с уходящими газами, %

q₃ – потери тепла с химическим недожогом, %

q₄ – потери тепла с механическим недожогом, %

q₅ – потери тепла от наружного охлаждения, %

3.2 Располагаемое тепло топлива:

Для каменного угля : Q^P_P= Q^P_H+ Q_В.ВН+ i_ТЛ , где

Q_В.ВН– количество тепла, вносимого воздухом, подогретым вне котла (для каменных углей не учитывается).

i_ТЛ–физическое тепло топлива (учитывается только для жидких топлив).

Таким образом для каменного угля Q^P_P= Q^P_H=24,6 МДж/кг=24600 кДж/кг.

Для бурого угля : Q^P_P= Q^P_H+ Q_В.ВН+ i_ТЛ→ Q^P_P= Q^P_H+ Q_В.ВН

Количество тепла, вносимого воздухом, подогретым вне котла Q_В.ВН учитывается только для высокосернистых мазутов, бурых углей Б-2, Б-3, торфа и рассчитывается по формуле ( кДж/кг): Q_В.ВН=(α"_Т–Δα_Т+ Δα_ВП)∙[(I^O_В)'–I_ВХ^О­­­­­­]

α"_Т=1,3 ; Δα_Т=0,1 ; Δα_ВП=0,06 (таблица 1).

Температура холодного воздуха на входе в воздухоподогреватель согласно заданию равна 50^ОС. Находим величину энтальпии (I^O_В)' , определив предварительно линейной интерполяцией удельную энтальпию воздуха по её значениям в диапазоне 30-100 ^ОС (табл 2.3).

(Сt)_в(t)= (Сt)_в(30)+[ (Сt)_в(100)– (Сt)_в(30)]∙(t-30)/70= 65.6 кДж/м³

Зная V^O_B=3,5886 м³/кг, находим (I^O_В)'=(Сt)_в(t)∙ V^O_B=65,6∙3,5886=235,4 кДж/кг

Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха до подогрева

(при 30^ОС) : I^O _ХВ=(Сt)_в(30)∙ V^O_B=39∙3,5886=140 кДж/кг.

Подставляя значения, вычисляем: Q_В.ВН=(1,3–0,1+ 0,06)∙[235,4–140­­­­­­]=108,75 кДж/кг

Q^P_P= Q^P_H+ Q_В.ВН=13320,0+108,75=13428,75 кДж/кг.

3.3 Потери тепла с химическим q₃ и механическим q₄ недожогом определяются по табличным значениям ([1],табл.5 ,стр 11).

Каменный уголь: q₃=0% ; q₄=5%.

Бурый уголь: q₃=0,5% ; q₄=3%.

3.4 Потеря тепла с уходящими газами:

q₂=Q₂/Q_P^P=(I_ух –α_ух∙ I^O _ХВ)∙(100- q₄)/ Q_P^P

I_ух - определяется линейной интерполяцией рассчитанных значений по табл. 2.3 , 2.4 при α_ух=α"_вп для заданной температуры уходящих газов:

Для каменного угля θ_ух=t_ух=150 ^оС ; I_ух=2068,2 кДж/кг.

Для бурого угля θ_ух=t_ух=150 ^оС ; I_ух=1248,25 кДж/кг.

Учитывая, что для каменного угля α_ух=α"_вп=1,47

I^O _ХВ=(Сt)_в(30)∙ V^O_B=39∙6,5349=254,86 кДж/кг. Q^P_P=24600 кДж/кг.

q₂=Q₂/Q_P^P=(2068,2 –1,47∙ 254,86)∙(100- 5)/ 24600=6,54%

Учитывая, что для бурого угля α_ух=α"_вп=1,47

I^O _ХВ=(Сt)_в(30)∙ V^O_B=39∙3,5886=140 кДж/кг. Q^P_P=13428,75 кДж/кг.

q₂=Q₂/Q_P^P=(1248,25 –1,47∙ 140)∙(100- 3)/ 13428,75=7,53%

3.5 Потеря тепла от наружного охлаждения определяется по справочным данным ([1],рис.1, стр 11): q₅=1%.

Потери с физическим теплом шлаков не учитываем,так как

для каменного угля: Аⁿ=А^P/ Q^P_H=18,2 / 24,6=0,7398 % кг/МДж<2.5% кг/МДж

для бурого угля: Аⁿ=А^P/ Q^P_H=24,3 / 13,32=1,82 % кг/МДж<2.5% кг/МДж.

3.6 КПД брутто котла находится по методу обратного баланса:

топливо- каменный уголь η _пк=100–( q₂+ q₃+ q₄+ q₅)=100–(6,54+0+5+1)=87,46%

топливо- бурый уголь η _пк=100–( q₂+ q₃+ q₄+ q₅)=100–(7,53+0,5+3+1)=87,97%

3.7 Расход топлива, подаваемого в топку (кг/с):

B=100∙Q_пк /( Q_P^P η _пк) , где Q_пк - количество теплоты, полезно отданное в паровом котле при продувке <2% : Q_пк=D_ном∙(i_п.п–i_п.в).

Паропроизводительность котла по заданию: D_ном=9,75 кг/с.

Энтальпию перегретого пара находим по таблицам теплофизических свойств пара, по заданным параметрам пара: t_п.п=455 ^ОС

Р_п.п=4,5 Мпа

i_п.п=3335.73 кДж/кг

Энтальпию питательной воды находим по таблицам теплофизических свойств воды, по заданным параметрам воды: t_п.в=104,2 ^ОС

Р_п.в=1,08∙Р_б=1,08∙4,95=5,346 Мпа

i_п.в=440.71 кДж/кг

Вычисляем: Q_пк=D_ном∙(i_п.п–i_п.в)=9,75∙(3335,73-440,71)=28226,4 кДж/с

Расход каменного угля: В=100∙Q_пк / (Q^P_P∙η_пк)=1,31 кг/с

Расход бурого угля: В=100∙Q_пк / (Q^P_P∙η_пк)=2,39 кг/с

3.8 Расход фактически сгоревшего топлива (с учётом потерь от механического недожога).

Для каменного угля: В_р=В∙(1– ( q₄/100))=1,31∙(1-0,05)=1,24 кг/с

Для бурого угля: В_р=В∙(1– ( q₄/100))=2,39∙(1-0,03)=2,32 кг/с

Коэффициент сохранения тепла:

Для каменного угля:φ=1–[ q₅ / (q₅+ η_пк)]=1–[1/(1+87.46)]=0,9887

Для бурого угля:φ=1–[ q₅ / (q₅+ η_пк)]=1–[1/(1+87.97)]=0,9888

3.9 Для сравнения экономичности работы котла на различных видах топлив, их потребление пересчитываем в условное топливо (Q_у.т.=29,33 МДж/кг)

Тепловой эквивалент каменного угля : Э= Q^P_Н / Q_у.т.=24,6/29,33=0,839

Тепловой эквивалент бурого угля : Э= Q^P_Н / Q_у.т.=13,32/29,33=0,454

Расход каменного угля в пернсчёте на условное топливо: В_у.т.=В_р∙Э=1,24∙0,839=1,04 кг/с

Расход бурого угля в пернсчёте на условное топливо: В_у.т.=В_р∙Э=2,32∙0,454=1,05 кг/с

3.10 Стоимость годового расхода топлива

А_м=В_год∙R_м , где R_м–стоимость топлива, (руб/кг)

В_год­=2376∙10⁴∙В (кг/год)

2376∙10⁴–условное число секунд работы котла в течение года, приведённое к номинальной нагрузке.

Для каменного угля: А_м=31,125∙10⁶∙ R_м

Для бурого угля: А_м=56,786∙10⁶∙ R_м