Приводится расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной гидролизного производства

Подставляя  эти значения в формулу (3.23), получим:

 

D_псв2= 11,83 (125,66 – 29,09) /((2683,8 - 439,36)∙0,98) = 0,52 кг/с.

 

3.6 Расчет деаэратора

 

В принципе действия смешивающих подогревателей имеется  одно существенное свойство. Это свойство заключается в том, что в воде, нагретой до температуры насыщения при данном давлении, резко снижается растворимость газов. Снижение растворимости, проявляющееся в выделении растворенных в воде газов из воды, носит название термической деаэрации.

Целью деаэрации  является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования, кислорода и угольной кислоты.

Для термической  деаэрации следует подводить  к воде пар необходимого потенциала (давления) в количестве, обеспечивающем подогрев до температуры насыщения, и предусмотреть соответствующую поверхность соприкосновения между паром и водой.

Смешивающий подогреватель, предназначенный для  термической деаэрации, называется деаэратором. Пример схемы деаэратора представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Подогреватель-деаэратор

 

Деаэратор состоит из деаэрационной колонки (1) и бака деаэрированной воды (2). В деаэрационной колонке установлены тарелки с отверстиями 5 - 6 мм. Вода подается в верхнюю часть деаэратора и, стекая тонкими струйками, обогревается потоком пара, поступающего снизу колонки. Интенсивное выделение из воды растворенных газов обеспечивается разделением воды на тонкие струйки. Получаемая внизу колонки деаэрированная вода имеет обычно остаточное содержание кислорода 0,02 - 0,03 мг/л и ниже. Газы удаляются через верхнюю часть колонки в виде выпара, т.к. вместе с газами может отводиться и некоторое количество водяного пара.

При расчете  деаэратора составляют два уравнения: уравнение материального баланса и уравнение теплового баланса.

В уравнении материального баланса необходимо учитывать все входящие и выходящие потоки. Сумма входящих потоков должна равняться сумме выходящих потоков. Допустимое расхождение составляет не более 3%.

В общем виде уравнение материального баланса  можно представить как

 

D_д+ ΣG_дпi+ G_хов+G_ктп+…+ = G_пв+ D_вып+…+,      (3.24)

 

где D_д - расход деаэрирующего пара, кг/с;

     ΣG_дпi - расход потоков дренажей, кг/с;

     G_хов - расход химочищенной воды, кг/с;

     G_ктп - расход конденсата технологического пара, кг/с;

     G_пв - расход питательной (деаэрированной) воды, кг/с;

     D_вып - величина выпара деаэратора, кг/с.При выполнении расчета эта величина принимается в пределах D_вып = 0,004 D_кот.р.

Вид этого  уравнения и количество потоков, учитываемых материальным балансом деаэратора, зависит от конкретных условий работы его в тепловой схеме.

Уравнение теплового  баланса деаэратора имеет следующее  общее выражение

 

D_д∙h_д+ ΣG_дпi∙ h_дпi+ G_хов∙h_хов+ G_ктп∙h_ктп+…+ =                        

= G_пв∙h_пв+ D_вып∙h_вып +…+,                         (3.25)

 

где h_д , h_дпi , h_хов , h_ктп , h_пв , h_вып -энтальпии соответствующих потоков

              соответственно пара и воды, поступающих в деаэратор и выходящих из него, кДж/кг.

Совместное решение  уравнений (3.24) и (3.25) позволяет найти абсолютные значения D_д и G_пв.

Принемаем D_вып =0,004 · D ^{р а с}_{к   о т}=0,208 кг/с; G_пв= D ^{р а с}_{к   о т}; G_{п п}= 0,06 ·D_{в е н т+с е т}; G_cп= 0,02D_cп

Подставляя эти значения в формулу (3.25), получим:

 

D_д · 2683 + 5404,052 + 16,471 + 875,1428 + 3746,53 = 22297,839 + 4867,22 + 558,064

 

Тогда :

D_д=6,589 кг/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчёт тепловой эффективности  котельной

 

1. Расчёт состава топлива

 

 

Для данной паропроизводительности котельной находящейся в г. Иркутске выбирается твердое топливо уголь, Черемховское месторождение.

Состав топлива, на рабочую  массу (в процентах), %:

 

C^Р + H^Р + N^Р + O^Р + S^РП + A^Р + W^Р = 100%,                                        (4. 1)

 

Принимая  значения, в % [1]

W^Р = 33,0

А^Р = 6,03

S^РП = 0,18

         О^Р = 13,54

N^Р = 0,61

Н^Р = 3,05

С^Р = 43,59

Подставляя эти значения в формулу (4.1), получим:

 

43,59 + 3,05 + 0,61 + 13,54 + 0,18 + 6,03 + 33 = 100%

 

2. Расчёт теплоты сгорания топлива

 

 

Высшая теплота  твёрдого и жидкого топлива, Q_рв, кДж/кг, определяется по уравнению:

 

Q_рв= Q_рн+ 25 11 (9∙H^Р/100+ W^Р/l00) ,                            (4.2)

 

где Q_pн - низкая теплота сгорания твердого и жидкого топлива, кДж/кг.

Принимаю Q_pн= 15660 кДж/кг [1].

Подставляя эти значения в формулу (4.2), получим:

 

Q_рв= 15660 + 2511∙ (9 ∙3,05/100 + 33/100) = 17177,9 кДж/кг.

 

4.3 Определение  объёмов и энтальпии воздуха  и продуктов сгорания

 

4.3.1 Расчёт  теоретических объёмов воздуха  и продуктов сгорания

 

 

Теоретический объём воздуха, V_во , м³ /кг, необходимо для полного сгорания топлива (при коэффициенте избытка воздуха ά = 1), для твёрдого и жидкого топлива:

 

V_во = 0,0889 ∙(C^P+ 0,375 ∙ S^ПР) - 0,265 - H^Р - 0,0333 ∙O^Р,                      (4.3)

 

Подставляя эти значения в формулу (4.4), получим:

 

V_во= 0,0889 ∙(43,59 + 0,375 ∙ 0,18) - 0,265 ∙3,05 - 0,0333 ∙13,54 = 4,24   м³/кг.

 

Весовое количество теоретически необходимого воздуха для сгорания 1кг твёрдого и жидкого топлива, L⁰ , кг/кг, определяется по формуле:

 

L⁰ = 0,115∙(C^P + 0,375∙S^ПР) + 0,342∙H^P + 0,0431∙O^Р,                               (4.4)

 

Подставляя эти значения в формулу (4.5), получим:

 

L⁰ = 0,115∙(43,59 + 0,375 ∙0,18) + 0,342 - 3,05 + 0,0431∙13,54 = 6,64 м³/кг.

 

Теоретические объёмы продуктов  сгорания, получаемые при полном сгорании топлива с теоретически необходимым  объемом воздуха.

Для твёрдого и жидкого топлива объём водяных паров, Vh₂o, м³/кг, определяется по формуле:

 

Vh₂o = 0,111 ∙Нр + 0,0124 - Wp + 0,016 ∙V_во,                         (4.5)

 

Подставляя эти значения в формулу (4.6), получим:

 

Vh₂o = 0,111 ∙3,05 + 0,0124 ∙33 + 0,016 ∙4,24 = 0,82, м³/кг.

 

Объём трёхатомных газов VRO₂ ,m /кг, определяется по формуле:

 

VRO₂ = 1,866 - (С^Р + 0,375 ∙S^РП)/100 ,                                   (4.6)

 

Подставляя эти значения в формулу (4.7), получим:

 

VRO₂ = 1,866 - (43,59 + 0,375∙ 0,18)/100 = 0,82 м³/кг.

 

Объём азота VN₂, м /кг, определяется по формуле:

 

VN₂ = 0,79 ∙V_bo+ 0,008 ∙ N_p    ,                                (4.8)

 

Подставляя  эти значения в формулу (4.8), получим:

 

VN₂ = 0,79 ∙ 4,24 + 0,008 ∙0,61 = 3,36 м³/кг.

 

4.3.2 Определение  действительных объёмов продуктов сгорания

 

 

Полный объём газообразных продуктов сгорания топлива состоит  из объёмов продуктов сгорания , которые получились бы приходном  сгорании топлива и объема избыточного воздуха , V_г, м³/кг, определяется по формуле:

 

V_г= VRO₂ + VN₂ + Vh₂o + (α - l)∙V_во  ,                                       (4.9)

 

где (α - 1) ∙ V_во - объем избыточного воздуха ;

       α- коэффициент избытка воздуха;

Принимая значения,  α =1,2 [2] Подставляя эти значения в формулу (4.9), получим:

 

V_r= 0,82 + 3,36 + 0,82 + (1,2 - 1) - 4,24 = 5,85 м³/кг.

 

Действительный  объем водяных паров, Vh₂o , м³/кг, определяется по формуле:

 

Vh₂o = V⁰H₂О + 0,0161∙(α - l)∙V_Bo,                                      (4.10)

 

Подставляя  эти значения в формулу (4.10), получим:

 

Vh₂o = 0,693 + 0,0161 ∙(1,2 - 1) ∙ 4,24 = 0,83 м³/кг.

 

Кроме объёмов  продуктов сгорания вычисляют объёмные доли трёхатомных газов и их парциальные давления. Объёмные доли трёхатомных газов:

 

rRО₂ = VRО₂/V_г ,                                              (4.11)

 

rh₂o = Vh₂o/V_г,                                                         (4.12)

 

Подставляя  эти значения в формулу (4.11), получим:

 

rro₂= 0,82/5,85 = 0,14.

 

Подставляя эти значения в формулу (4.12), получим:

 

rh₂o = 0,83/5,85 = 0,142.

 

Парциальные давления Pro₂ и Рн₂о , мПа, определяется по формуле:

 

Pro₂ = rro₂ ∙ 0,0981 ,                                      (4.13)

 

Рн₂о = rh₂o ∙ 0,0981 ,                                     (4.14)

 

Подставляя  значения в формулу (4.13), получим:

 

Pro₂   = 0,14 0 ∙0981 = 0,0137, МПа.

 

Подставляя  значения в формулу (4.14), получим:

 

Рн₂о = 0,142 ∙ 0,0981 = 0,0139, МПа.

 

Масса продуктов сгорания при сжигании твёрдого и жидкого топлива, G_r, кг/кг, определяется пб формуле:

 

G_г = l – A^Р/100 + l,306 ∙α ∙V_во,                              (4.15)

 

Подставляя значения в формулу (4.15), получим:

 

G_г = l - 6,03/100 + l,306 ∙1,2 - 4,24 = 7,5 кг/кг.

 

4.3.3 Расчёт  энтальпий воздуха и продуктов  сгорания

 

 

Энтальпия теоретически необходимого воздуха при нормальных условиях ,      Н _ов, кДж/кг, определяется по формуле:

 

Н_во= V_во∙(Ć ∙t),                                        (4.16)

 

Подставляя  значения в формулу (4.16), получим:

 

Н _во= 4,24 ∙198 = 839,52 кДж/кг.

 

Энтальпия продуктов  сгорания при нормальных условиях, Н _го, кДж/кг, определяется по формуле:

 

Н _uo = Vro₂ ∙(Ć ∙t)CO₂ + VNo₂     ∙ (Ć ∙t)N₂ + VH₂O  (Ć ∙t) H₂O ,               (4.17)

 

Принимая  значения при t =150°C, (Ć ∙t)CO₂ = 263,5 кДж/м³, (Ć ∙t)N₂ = 195,0 кДж/м³, (Ć ∙t) H₂O  = 226,5кДж/м³ [5]

Подставляя значения в формулу (4.17), получим:

 

Н _го= 0,82 ∙263,5 + 3,36 ∙195,0 + 0,83 ∙226,5 = 1050,51, кДж/кг

 

Энтальпия дымовых  газов , Н_г, кДж/м³, определяется по формуле:

 

H_ух= Н_{гух о}+ (α_ух - 1) ∙V_во,                                        (4.18)

 

Подставляя значения в формулу (4.18), получим:

 

H_г  = 1050,51 - ( 1,2 - 1 ) ∙839,52 = 1218,4, кДж/м³

 

Энтальпия уходящих продуктов сгорания Н_ух, кДж/м³, определяется по формуле

 

H_yx = H_{гух о}+(α_yx - l) ∙V_во,                                         (4.19)

 

Энтальпия уходящих газов Нгу_{Х 0}, кДж/м , определяется по формуле

 

H_{гух о} = Vro₂ ∙(Ć ∙t)RO₂ + VNo₂     ∙ (Ć ∙t)N₂ + VH₂O  (Ć ∙t) H₂O,                      (4.20)

 

Принимая  значения при t_ху= 180°С,(Ć∙t)RO₂= 320,26;(Ć∙t)N₂= 234,04 кДж/м³,         (Ć ∙t) H₂O = 273,848 кДж/м³ [5].

Подставляя эти значения в формулу (4.20), получим

 

H_{гух о} = 0,82 - 320,26 + 3,36 - 234,04 + 0,83 - 273,848 = 1276,28, кДж/м³

 

Коэффициент избытка воздуха по газоходам, а_ух, определяется по формуле

 

α_ух=∆α_т+ ∆α_ср+ ∆α_пп + ∆α_{эк II}+ ∆α_{в/п II} + ∆α_{эк I} + ∆α_{в/п I} ,                                  (4.21)

 

где ∆α_т - присосы воздуха в топке;

        ∆α_ср -присосы воздуха по фестонам;

     ∆α_пп -присосы воздуха по пароперегревателям;

     ∆α_{эк I}; ∆α_{эк II} -присосы воздуха по экономайзерам первой и второй ступени;

        ∆α_{в/п I}; ∆α_{в/п II} -присосы воздуха по воздухоподогревателям первой и второй ступени.

Принимая  значения ∆α_т = 0,05; ∆α_ср = 0; ∆α_пп = 0,03; ∆α_{эк I} = 0,02; ∆α_{эк II} = 0,02;           ∆α_{в/п I} = 0,03; ∆α_{в/п II} = 0,03. [2], показано на рисунке 1.

Подставляя эти значения в формулу (4.21),получим