Производственно-отопительная котельная установка с паровым котлом … и водяным экономайзером

 

7.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

     Количество  теплоты, содержащееся в воздухе  или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха  или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха  и продуктов сгорания относить к 1 кг твердого топлива (мазута) или к 1 м³ природного газа.

     Расчет  энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах  избытка воздуха после каждой поверхности нагрева (значения коэффициента избытка воздуха после поверхности  нагрева берутся из табл. 5).

     Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производится в такой последовательности:

     1) энтальпия теоретического объема  воздуха для всего выбранного  диапазона температур:

где - энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/м³, принимается для каждой выбранной температуры по [12, табл.XIII, С.179]; V⁰ – теоретический объем воздуха, необходимого для горения, принимается по табл. 4, м³/м³ (м³/кг).

     Примечание. Энтальпии 1 м³ влажного воздуха , углекислого газа и др. в Нормативном методе указаны в ккал/м³, в расчётах перевести в кДж/м³. 

     2) Определяем энтальпию теоретического  объема продуктов сгорания для  всего выбранного диапазона температур:

где - энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров, принимаются по [12, табл.XIII, С.179 или 13, табл.3.4, С.41], кДж/м³; - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара, берутся из табл. 5, м³/м³ (м³/кг). 

     3) Определяем энтальпию избыточного  количества воздуха для всего выбранного диапазона температур:

 

     4) Определяем энтальпию продуктов  сгорания при коэффициенте избытка  воздуха  :

     К энтальпии дымовых газов при  сжигании твёрдого топлива или мазута добавляем энтальпию золы:

     Примечание. А^r подставлять в %, а_ун – как коэффициент. При приведённой величине уноса золы из топки значением энтальпии золы можно пренебречь.

     Результаты  расчета энтальпии продуктов  сгорания по газоходам котлоагрегата  сводятся в таблицу (см. табл. 5).

     По  данным таблицы строим график (см. рис. 3). 
 
 
 

Таблица 5

Расчет  энтальпий воздуха и продуктов сгорания (Н-θ таблица)

 

     Примечание: ориентировочный температурный  диапазон:

   - при сжигании газа и мазута: топка 2000-900°С; I конвективный пучок 1000-400°С; II конвективный пучок 600-200°С; водяной экономайзер 400-100°С.

 

Рис. 3. Энтальпия продуктов сгорания в реперных точках 
газовоздушного тракта котельного агрегата

 

8 Тепловой баланс котельного агрегата

     При работе котельного агрегата вся тепловая энергия, образовавшаяся при сжигании топлива, расходуется на выработку  полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты: с уходящими газами (q₂), от химической (q₃) и механической (q₄) неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения (q₅) (потери теплоты в окружающую среду) и потери теплоты со шлаком (q₆).

     Потери теплоты с уходящими газами (q₂) обусловлены тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. q₂ зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха поступающего на горение. Минимизация потерь теплоты q₂ ведёт к снижению парникового эффекта вследствие уменьшения выброса углекислого газа, сокращению теплового загрязнения атмосферы в результате снижения температуры уходящих газов.

     Потери  теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлены появлением в продуктах сгорания горючих газов СО, Н₂, СН₄ и др. q₃ зависит от вида топлива и содержания в нём летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере). Потери теплоты с химическим недожогом ведут к повышению загрязнения атмосферы такими токсичными веществами.

     Потери  теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдаются только при сжигании твёрдого топлива и обусловлены наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Потери (q₆) в виде физической теплоты шлаков имеют место при жидком шлакоудалении, а иногда и при сухом, если сжигается высокозольное топливо.

     Потери  теплоты от наружного  охлаждения (q₅) обусловлены передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потери теплоты от наружного охлаждения зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности парового или теплопроизводительности водогрейного котла.

     Снижения потерь теплоты q₅ можно добиться герметизацией газовоздушного тракта. Необходимо следить за герметичностью обмуровки котлоагрегата, не допускать поступление неорганизованного воздуха в топку и газоходы. Т.к. повышение коэффициента избытка воздуха на 0,1 % вызывает снижение КПД установки на 0,6 %. 
 

8.1 Выбор и обоснование принимаемой температуры уходящих газов

     Температура уходящих газов после последней поверхности нагрева (водяного экономайзера или воздухоподоревателя) выбирается по условию эффективного использования теплоты топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Оптимальное её значение выбирается на основе технико-экономического расчёта.

     θ_ух определяется точкой росы водяных паров и паров серной кислоты (при наличие серы в топливе) и составляет от 120°С до 230°С в зависимости от вида сжигаемого топлива. θ_ух должна быть выше точки росы, чтобы не допустить конденсацию водяных паров в уходящих дымовых газах.

     Согласно [10, табл. 9-28, С. 174] и [11, табл. 9.12, С. 324] по характеристикам котла и установленного водяного экономайзера выбираем значение θ_ух.

     При сжигании сернистого мазута температура  уходящих газов составляет

     160-180°С [11, табл. 9.12, С. 324]. Принимаем для марки котлоагрегата ДКВр-2,5-13 и установленного водяного экономайзера ЭП2-94: θ"_ВЭ = 170°С [11, табл. 8.20, С. 250 

8.2 Расчёт потерь теплоты в котельном агрегате

     Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают . Располагаемая теплота определяется по формуле:

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива; - теплота, внесенная поступающим в котлоагрегат воздухом; - физическая теплота топлива, учитывается только при сжигании мазута при предварительном подогреве его от постороннего источника теплоты, а также при отсутствии постороннего подогрева для топлива влажностью , % где Q_i^r в ккал/кг); - теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива (мазута).

     Определение низшей теплоты сгорания рабочей массы топлива

     Для мазута низшая теплота сгорания рабочей массы топлива определяется по формуле:

 

     Определение теплоты, внесённой поступающим в котлоагрегат воздухом

     При отсутствии воздухоподогревателя теплота, внесённая поступающим в КА воздухом определяется по формуле:

     

     

 
 

     Определение физической теплоты топлива