Теплогенерирующие установки

Ентальпія продуктів  спалювання(I-t-таблиця)

За даними табл.6.1 будуємо графік залежності ентальпії продуктів  спалювання від температури (I-t-діаграму). Масштаб для температури 10мм=200˚С, для ентальпії 10мм=2000кДж/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Тепловий баланс теплогенератора та витрати пального

Тепловий баланс теплогенератора э рівністю теплоти, яка надійшла до агрегату, сумі корисно використаної роботи та усіх теплових витрат, які є при його роботі.

Q^p_p=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q_6шл,

де Q^p_p- розпологаєма теплота; Q₁-корисно використана теплота; Q₂-витрати теплоти з сходячими газами; Q₃-витрати теплоти від хімічної неповноти спалювання;  Q₄ витрати  теплоти від механічної неповноти спалювання Q₄=0; 

Q₅-витрати теплоти усіма елементами теплогенератора в навколишнє середовище; Q_6шл- втрати теплоти у вигляді фізичної теплоти шлаку.

Якщо тепловий баланс виразити у  відносних величинах,тоді

100=q₁+q₂+q₃+q₅,

7.1 Витрати з сходячими газами

де I_ух- ентальпія сходячих газів, кДж/кг (кДж/м³) при відповідному надлишку повітря α_ух та температурі сходячих газів t_ух; α_ух- коефіцієнт надлишкового повітря в сходячих газах, береться в перерізі газоходу після останньої поверхні нагріву; I⁰_хв- ентальпія теоретичного об’єму холодного повітря,кДж/кг (кДж/м³).

I⁰_хв=V⁰(ct)_хв.,

де (ct)_хв. - ентальпія 1м³ холодного повітря, кДж/м³, визначається за дод.7 в залежності від температури холодного повітря t_хв, яку приймають t_хв=30˚C.

I⁰_хв=10*39=390 (кДж/м³),

Ентальпію сходячих димових  газів  I_ух знаходять за I-t-діаграмою при відповідному надлишку повітря α_ух та температурі сходячих газів t_ух=160˚С, I_ух=3000 кДж/кг.

7.2 Розрахункові витрати від хімічної q₃=1%, механічної неповноти спалювання палива q₄=0%.

7.3 Витрати палива до навколишнього середовища q₅,% для стаціонарних теплогенераторів приймають по графіку в залежності від паровиробничості котельного агрегату та наявності хвостової поверхні, q₅=3,5%.

7.4 Коефіцієнт корисної дії теплогенератора (брутто) визначають з рівняння оберненого балансу,%

n_бр= q₁=100- q₂-q₃-q_5,

n_бр= q₁=100-6,77-1-3,5=88,73%

7.5 Номінальний розхід палива визначають по формулі, кг/ч(м³/ч)

де Д_нп- кількість вироботаної насиченої пари,кг/ч, приймають згідно завдання; Д_пр- розхід води на продувку теплогенератора,кг/ч, причому

Д_пр=P/100*Д_нп,

де P- неперервна продувка,%, P=2…7%, і_нп- ентальпія сухої насиченої пари при тиску в барабані котла,кДж/кг, визначають за дод.9; і^´- ентальпія киплячої рідини при тиску в барабані котла,кДж/кг, визначають за дод.9, і_пв- ентальпія живильної води,кДж/кг, визначають за її температурою та тиском на вході в теплогенератор за дод.10.

Д_пр=5/100*10000=500(кг/ч);

 (кг/ч);

7.6 Розрахунковий розхід палива визначають за формулою,кг/ч,(м³/ч)

В_p=Вн*(100-q₄)/100,

В_p=741,7*(100/100)=741,7 (кг/ч).

 

8. Розрахунок теплообміну в топці

 

8.1 Спочатку перевіряють топку на теплову напругу топічного об’єму,кВт/м³,

q_v=B_p*Q^p_н/(3600*V_m),

де V_m- об’єм топічної камери, м³, приймають за дод.1.

q_v=741,7*36869,13/(3600*35,7)=212,77(кВт/м³),

q_v≤[ q_v],

де [ q_v]- рекомендоване теплова напруга топочного об’єму,кДж/кг(за дод.5)

212,77≤300

8.2 Корисне тепловиділення в топці,кДж/кг(кДж/м³),

де Q_в- теплота, яка виноситься в топку повітрям, кДж/кг(кДж/м³).

Для теплогенераторів, які не мають повітропідігрівача (t^´´_в=t_хв)

Q_в=α^´´_mV⁰C_вt_хв

де C_в- об’ємна теплоємність повітря,кДж/(м³К), C_в=1,3 кДж/(м³К), t_хв- температура холодного повітря,˚С, t_хв=30˚С.

Q_в=1,15*10*1,3*30=448.5(кДж/кг),

Q_m=36869.13 (100-1)/100+448.5=36948.9 (кДж/кг),

За I-t-діаграмою за значенням I = Q_m визначимо теоретичну (адіабатичну) температуру спалення палива t_а=1800˚С,T_а=2073К

8.3 Визначаємо параметр М, що залежить від відносного положення максимуму температури полум’я по висоті топки при спалюванні газу

М=0,54-0,2X_m,

де  X_m- відносне положення максимуму температури топічних газів, яке визначається по формулі

X_m=h₁/h₂,

де h₁- відстань від нижньої площини топки до площини максимальних температур,м;  h₂- відстань від фронтової стіни до вихідного вікна топки,м.

X_m=1/1,56=0,64

М=0,54-0,2*0,64=0,412

8.4 Визначаємо середнє значення коефіцієнта ефективності промінево сприймаючої поверхні топки

Ψ_ср=(ξH_л)/F_ст,

де H_л- повна промінево сприймаюча поверхня топки, м², приймають за дод.1.; F_ст- повна поверхня стін топки, м², приймають за дод.1.; ξ- коефіцієнт забруднення промінево сприймаючої поверхні нагріву, ξ=0,65.

Ψ_ср=0,65*16,7/36,4=0,298

8.5 Задамо температуру продуктів спалювання на виході з топічної камери

t^´´_m=940˚C, T^´´_m=1213K.

8.6 Визначаємо ефективну товщину випромінюючого шару,м       

S=(3,6*V_m)/F_ст,

де V_m- об’єм топічної камери,м³, приймають за дод.1.     

S=(3,6*35,7)/36,4=1,03(м),

8.7 Визначаємо коефіцієнт послаблення промінів топічним середовищем,(м*МПа)^-1

k=k_гr_n+k_c,

де r_n- сумарна об’ємна частка трьохатомних газів(з таблиці).

Коефіцієнт послаблення  промінів трьохатомними газами визначають за формулою,(м*МПа)^-1

^,

де r_H2O- об’ємна частка водяної пари, з таблиці; P_n- сумарний парціальний тиск трьохатомних газів,МПа, P_n= r_nP; P- тиск в топічній камері теплогенератора,МПа, P=0,1МПа.

P_n=0,236*0,1=0,0236(МПа),

 (мМПа)^-1,

Коефіцієнт послаблення  промінів сажними частками визначаємо для газоподібного палива за формулою,(м*МПа)^-1

де C^p,H^p- вміст відповідно вуглеводню та вуглеводу в робочій масі палива.

C^p/H^p=0,12∑m/nC_mH_n,

де C_mH_n- відсотковий склад вуглеводних з’єднань , які входять до складу газоподібного палива.

C^p/H^p=0,12(1/4*91,4+2/3*4,1+3/8*0.6+4/10*0+5/12*0,1)=3.11,

k_c=0,3(2-1,15)(1,6*1213/1000-0,5)*3.11=1,53(м*МПа)^-1

k=10,74*0,266+1,53=4.38 (м*МПа)^-1

8.8 Визначаємо ступінь чорноти топки для камерних топок

де α_ф- ефективна ступінь чорноти факелу, яка залежить від виду спалюваного палива. Для газоподібного палива

α_ф =ma_св+(1-m)a_нс,

де  m- коефіцієнт, який враховує заповнення об’єму топки сяючим полум’ям, по таблиці; a_св, a_нс- ступінь чорноти відповідно сяючої частини факелу та не сяючих трьохатомних газів, визначають за формулами

α_св =1-е^-(kг

^+kc)PS,

α_св =1-е^{-(4.38)*0,1*1,03}=0,3645

α_нс =1-е^-kг

^PS ,

α_нс =1-е^{-10,74*0,266*0,1*1,03}=0,56

α_ф =0,1*0,3645+(1-0,1)*0,255=0,31695

α_m =0,31695/(0,31695+(1-0,1* 0,31695)*0,298)=0,7581

8.9 Визначаємо середню сумарну теплоємність продуктів спалювання,кДж/кг (кДж/м³)

VC_cp=(Q_m-I^´´_m)/(T_a-T^´´_m),

де Q_m- корисне тепловиділення в топці,кДж/кг (кДж/м³); T_a- теоретична температура горіння,К; I^´´_m- ентальпія продуктів спалювання полива при температурі T^´´_m та надлишку повітря α^´´_m на виході з топки,кДж/кг (кДж/м³), визначають за I-t-діаграмою.

(кДж/кг).

8.10 Визначаємо дійсну температуру на виході з топки за формулою,˚С

t^´´_m=

де φ- коефіцієнт збереження теплоти, визначається по формулі

φ=1-q₅/(η_бр+q₅),

φ=1-3.5/(88.73+3.5)=0,962,

Розрахункові витрати  палива B_p в кг/с (м³/с).

t^´´_m=

˚С

8.11 Визначають теплоприйняття топки,кДж/кг (кДж/м³)     

Q_л=φ(Q_m-I^´´_m)

Q_л=0,962(36869.13 -20000)=18372.94(кДж/кг).

 

9. Розрахунок конвективного пучка

 

9.1 Температуру, ˚С  та ентальпію,кДж/кг димових газів  на вході в перший газохід  приймають рівною значенням цих  параметрів на виході з топки.

t^´₁=t^´´_m=1200 ,(˚С),  I^´₁=I^´´_m =20000 (кДж/кг) .

9.2 Задаються двома  значеннями температури димових газів на виході з першого газоходу і потім ведуть два паралельних розрахунку для цих двох температур

t^´₁=500˚C,  t^´´₁=300˚C.

9.3 Визначають за I-t-діаграмою  ентальпію димових газів на  виході з першого газоходу I^´´₁, кДж/кг (кДж/м³) для двух значень температури t^´´₁.

t^´₁=500˚C,     I^´´₁=9000, кДж/кг

t^´´₁=300˚C,     I^´´₁=4604,09, кДж/кг

9.4 Визначають ентальпію  присасуємого повітря,кДж/кг (кДж/м³)

∆I_в=∆α₁V⁰c_вt_хв,

де ∆α₁- присоси повітря в перший газохід, приймають за дод.6.

∆I_в=0,05*10*1,3*30=19.5 (кДж/кг).

9.5 Визначають теплоприйняття  першого газоходу за рівнянням  теплового балансу, кДж/кг (кДж/м³)

Q_δ=φ(I^´₁-I^´´₁+∆I_в),

Q_δ(500)=0,962*(20000-9000+19.5)=8468.75 (кДж/кг),

Q_δ(300)=0,962(20000-4604,09+19.5)=11697.22 (кДж/кг),

9.6 Визначать поверхню нагріву газоходу. В конвективних пучках розрахункову поверхню нагріву приймають рівною повній поверхні труб з зовнішньої (газової) сторони,м²

H₁=πd_н1Z₁l_об1,

де  d_н1- зовнішній діаметр конвективних труб,м, приймають за дод.1; Z₁- кількість труб в першому газоході, визначають за кресленням теплогенератора; l_об1- довжина труби, яка обігрівається,м, визначається за кресленням теплогенератора.

H₁=3,14*0,051*120*2, 75=52.846(м²).

9.7 Визначають середній  температурний напір,˚С

∆t=

де ∆t_б- найбільша різниця температур середовищ (димових газів та теплоносія) ,˚С; ∆t_м- найменша різниця температур середовищ,˚С;

Для конвективних поверхонь  нагріву температура води є величиною  постійною, яка залежить тільки від  тиску та рівній температурі насичення t_н,˚С, яку визначають за дод.9.

∆t_б=t^´₁- t_н,

∆t_б=1200-212,77=987,2,˚С,

∆t_м= t^´´₁- t_н,

∆t_м=500-212,77=287,23,˚С,

∆t_м=300-212,77=87,23,˚С,

∆t(500)= ,(˚С).

∆t(300)= ,(˚С).

9.8 Визначають середню температуру димових газів, ˚С

t_cр= (t^´₁+ t^´´₁)/2,

t_cр= (1200+500)/2=350,(˚С).

t_cр= (1200+300)/2=450,(˚С).

9.9 Визначають розрахункову швидкість руху димових газів,м/с

ω=

,

де F₁- площа живого перерізу для димових газів,м², визначають за формулою

F₁=(2F^´₁F^´´₁)/ (F^´₁+F^´´₁)

де F^´_1,F^´´₁-площі відповідно вхідного та вихідного живих перерізів газоходу,м².

F^´₁=a^´b^´-Z^´d_н1l_об1,

F^´´₁=a^´´b^´´-Z^´´d_н1l_об1,

де a^´, a^´´, b^´,b^´´- поперечні розміри першого газоходу відповідно на вході і виході з газоходу,м, приймають по кресленню теплогенератора; Z^´ ,Z^´´- кількість труб в одному ряду відповідного перерізу,шт., приймають по кресленню.