Лекция 2 Тема 1.2 Методика поверочного теплового расчёта котлоагрегата

1 2 3 4 5 6 7

Количество часов – 6.

Количество лекций – 3 (лекции 2,3,4).

1. Материальный и тепловой баланс котлоагрегата (к.а.).

2. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания.

3. Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

4. Расчёт теплового баланса и расхода топлива.

Материальный баланс котла

Материальный баланс (к.а.). составляют для его газовоздушного и пароводяного трактов.

Материальный баланс преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания:

B + G_B + SG_B= G_Г + SG_ЗЛ, (2.1)

где В – расход топлива [кг/с, м³/с]; G_B- расход окислителя (воздуха) организованно поступающего в топку; SG_B– расход воздуха, присасываемого через неплотности по газовому тракту; G_Г– расход газообразных продуктов сгорания, покидающих котёл; SG_ЗЛ– расход твёрдых минеральных остатков (золы).

SG_ЗЛ=SG_ЗЛ1+SG_ЗЛ2+ SG_ЗЛ3+SG_ЗЛ4 (2.2)

Материальный баланс для пароводяного тракта парового к.а.:

D_ПВ= D + D_ПР., (2.3)

где D_ПВ– расход питательной воды, поступающей в котёл [кг/с]; D – расход пара, выдаваемого из котла [кг/с]; D_{ПР. В}– расход продувочной воды из котла [кг/с].

Тепловой баланс котлоагрегата

Тепловой баланс теплогенератора выражается равенством между введённой и израсходованной теплотой, отнесённой к 1 кг (м³) израсходованного топлива.

Q^r_P= Q_рас (2.4)

где Q^r_P – располагаемая теплота топлива, кДж/кг(м³); Q_рас – израсходованная в к.а.теплота, кДж/кг (м³).

Q^r_P= Q^r_Н+ Q_Ф.Т+ Q_В.ВН+ Q_ПАР+ (Q_ЭКЗ- Q_ЭНД)+ Q_ЭЛ, (2.5)

где Q^r_Н- низшая рабочая теплота сгорания топлива (если без конденсации водяных паров, если высшая, то следует принимать Q^r_В); Q_Ф.Т– физическая теплота топлива, кДж/кг(м³)

Q_Ф.Т=С_Тt_Т;

Q_В.ВН – физическая теплота воздуха, (принимается при подогреве вне котла за счёт постороннего источника).

Q_В_.ВН =b¢ (i^°_Г_.В - i^°_Х_.В);

Q_ПАР– теплота, вводимая в топку паром при паровом распылении мазута или при вводе пара под колосниковую решётку для улучшения процесса горения; Q_ЭКЗ– теплота экзотермических реакций; Q_ЭНД – теплота эндотермических реакций; Q_ЭЛ – при выработке теплоты с использованием электрической энергии.

При отсутствии подогрева топлива и воздуха и выработки пара:

Q^r_Р= Q^r_Н (2.6)

Расходная часть теплового баланса:

Q_РАС= Q₁+ SQ_ПОТ, (2.7)

SQ_ПОТ = Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅+ Q₆+ Q_ОХЛ± Q_АКК, (2.8)

где Q₂,Q₃,Q₄,Q₅,Q₆– соответственно потери теплоты: с уходящими газами, с химической и механической неполнотой сгорания топлива, от наружного охлаждения, с физической теплотой шлаков; Q_ОХЛ– потери теплоты на охлаждение балок, панелей; ± Q_АКК– расход (+) или приход (-) теплоты, связанной с неустановившимся режимом работы котла, кДж/кг (м³).

Принимая располагаемую теплоту за 100%, можно записать:

100 = q₁+ q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆+ q_ОХЛ= Sq, (2.9)

где q_i= (Q_i/ Q^r_P)100% - доля теплоты.

Тепловые потери:

- с уходящими газами q₂= (Q₂/ Q^r_P)100% обычно 5-10% Q^r_P. Зависит от температуры уходящих газов; коэффициента избытка воздуха в уходящих газах a_УХ.

- от химической неполноты сгорания q₃= (Q₃/ Q^r_P)100%.Возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных компонентов (Н₂,СО,СН₄,С_mH_n и др.) вследствие неполного выгорания топлива в топке. Причины появления q₃:плохое смесеобразование, общий недостаток воздуха; низкая температура в топке.

- от механической неполноты сгорания q^пр₄+ q^шл₄+ q^ун₄;

где q^пр₄, q^шл₄, q^ун₄ – потери теплоты с провалом, со шлаками, с уносом.

q^пр₄– зависят от сорта топлива (спекаемости), содержания в топливе мелочи и от конструкции колосниковой решётки;

- q^шл₄ – зависит от зольности топлива.

- от наружного охлаждения q₅= (Q₅/ Q^r_P)100%.Наблюдаются из-за того, что температура наружной поверхности котла всегда выше температуры окружающей среды.q₅уменьшается с увеличением мощности котла.

- с физической теплотой шлаков q₆= (Q₆/ Q^r_P)100%. Образуется в связи с тем, что удаляемый шлак имеет температуру более высокую, чем среда, в которую он отводится.

2 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания.

Рассчитываем теоретический объём воздуха, необходимого для сжигания твёрдого

топлива, м³/кг:

V°=0,0889(C^P+0,375S^P_OP₊_K) + 0,265H^P- 0,0333O^P (2.10)

Для газообразного топлива, м³/ м³:

V°=0,0476[0,5CO+0,5H₂+1,5 H₂S+S(m+0,25n)C_mH_n-O₂] (2.11)

Теоретические объёмы продуктов сгорания топлива:

а) для жидких и твёрдых топлив, м³/кг

- объём двухатомных газов V°_N= 0,79 V°+0,008N^P (2.12)

- объём трёхатомных газов V°_RO=0, 01866(C^P+0,375S^P_OP+K)

- объём водяных паров V°_НO=0,111 H^P+0,0124W^P+0,0161V°

б) соответственно для газообразных топлив, м³/ м³:

- V°_N= 0,79 V°+0,01N^P (2.13)

- V°_RO=0, 01(CО+СО₂+Н₂S+SmC_mH_n)

- V°_Н_O=0,01(H₂+ H₂S+Σ0,5nC_mH_n+0,124d_Г_.ТЛ)+0,0161V°,

где d_Г.ТЛ – влагосодержание топлива, отнесённое к 1м³ сухого газа (г/ м³). При t_Г.ТЛ=10°С можно считать, что d_Г.ТЛ= 10 г/ м³, d_В.ТЛ =13 г/ м³.

При работе теплогенераторов в топку для обеспечения полного сжигания топлива подается, как правило, окислителя (воздуха) в количестве большем теоретического. Отношение действительного объема воздуха к теоретическому в ТГУ называется коэффициентом избытка воздуха.

По данным расчётных характеристик топок (таблицы 4-1, 4-2, 4-3,4-4,4-5 [3]) выбираем коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки a_Т (по табл. 2-2[3]) и присосы воздуха по газоходам Ña_Т. Находим расчётные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a^’’ _i=a _{i –1}+Ña _i. Результаты расчётов сводим в таблицу.

Рассчитываем объёмы газов по газоходам при избытке воздуха a>1 для твёрдых, жидких, и газообразных топлив по формулам – объём V°_ROот α’’ не зависит, так как их во всасываемом воздухе нет.

V_N= V°_N+ (a-1) V°, м³/кг (м³/ м³)

V_НO= V°_НO+0,0161(a-1)V°, м³/кг (м³/ м³)

Суммарный объём дымовых газов при a>1:

V_Г= V°_RO+ V_N+ V_HO, м³/кг (м³/м³)

Рассчитываем объёмные доли 3-х атомных газов при общем давлении 0,1 МПа (парциальное давление):

r_RO= V°_RO/ V_Г; r_НO= V°_НO/ V_Г; r_п= r_RO+ r_HO;

При сжигании твёрдых топлив концентрация золы в дымовых газах (г/ м³) рассчитывается по формуле:

М = 10(А^Р а_УН)/ V_Г, где

а_УН – доля золы топлива, уносимая газами (табл. 4-1, 4-2, 4-3, 4-4[3]).

Полученные результаты сводим в таблицу.

3 Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

1. Удельные энтальпии теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания топлива определяем по формулам, используя данные табл.2-4[ ].

I°_B= V°(ct)_B;

I°= V°_RO(cq)_RO+ V°_N(cq)_N+ V°_{H O}(cq)_{H O},

где (cq)_RO, (cq)_N,(cq)_{H O}, (ct)_В– удельные энтальпии 3-х атомных газов, 2-х атомных газов, водяных паров и воздуха, кДж/м³.

Полученные результаты сводим в таблицу.

2. Определяем энтальпию продуктов сгорания топлива I_Г при a>1 по формулам:

I_Г= I°_Г+(a-1) I°_B, кДж/кг (кДж/ м³)

3. Если приведенная величина уноса золы из топки А^Ра_УН 10³>1, то к энтальпии дымовых газов следует добавить энтальпию золы:

I_ЗЛ=(cq)_ЗЛА^Ра_УН 10³/100, кДж/кг

Полученные результаты сводим в таблицу и строим по миллиметровой бумаге график зависимости энтальпии продуктов сгорания I_Гот температуры q I-q диаграмму.

4 Расчёт теплового баланса и расхода топлива.

Определяем в расчёте к 1кг (м³) располагаемую теплоту топлива Q^Р_Р:

Q^Р_Р = Q^Р_Н + Q^Р_В.ВН +i_ТЛ – для твёрдых и жидких топлив.

Q^Р_Р = Q^Р_Н – для газообразного топлива,

где Q^Р_В.ВН – количество теплоты, вносимое воздухом; i_ТЛ – физическая теплота топлива при подогреве его во внешнем источнике; i_ТЛ =С_Мt_Н; С_М=1,74+0,0025t_Н;

Расчёт выполняем в таблице в следующем порядке:

1. Располагаемая теплота топлива.

2. Потеря теплоты от химического недожога q₃(определяем по таблице 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5[1]).

3. Потеря теплоты от механического недожога q₄(определяем по таблице 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5[1]).

4. Температура уходящих газов (по заданию).

5. Энтальпия уходящих газов I_УХ (определяется по I-q таблице), кДж/кг.

6. Температура воздуха в котельной t_Х,В=25-30°С (по заданию).

7. Энтальпия воздуха в котельной I°_Х.В (по I-q таблице), кДж/кг.

8. Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅(по рисунку 3-1[1] (паровой) или табл. 4-2[2]).

9. Потеря теплоты с уходящими газами:

q₂=[(I_УХ - a_УХ I°_Х.В)(100- q₄)]/ Q^Р_Р, %

10. Сумма тепловых потерь: