2020-09-24
1541
Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1м3 газа.
Vв0=0,0476(∑(m+0,25n)СmНn+0,5(СО+Н2)+1,5Н2S-O2)
Где m-число атомов углерода
n-число атомов водородаво=0,0476×(1+0,25×4)×94,08+(2+0,25×6)×2,8+(3+0,25×8)×0,73+(4+0,25×10)×0,3+(5+0,25×12)×0,09= 9,72м3/м газа.
Теоретический объем азота в продуктах сгорания.
VоN2=0,79 Vв0+N2/100=0,79×9,72+0,7÷100=7,68м3/м3газа.
Теоретический объём трехатомных газов в продуктах сгорания.
VoRO2=0,01(СО2+СО+Н2S+∑mCmHn)=0,01×(0,6+1×94,08+2×2,8+3×0,73+4×0,3+5×0,09=1,04 м3/м3 газа.
Теоретический объём водяных паров в продуктах сгорания.
VoH2O=0,01(H2S+H2+∑n/2CmHn+0,124dг)+0,0161 Vв0
VoH2O=0,01×(0,5×4×94,08+0,5×6×2,8+0,5×8×0,73+0,5×10×0,3+0,5×12×0,09)+0,124×10)+0,0161×9,72=2,18 м3/м3 газа.
Для расчета действительных объёмов продуктов сгорания применяется коэффициент избытка воздуха в топочном устройстве αт и присосы воздуха в отдельных поверхностях нагрева ∆α.
Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от типа топочного устройства и вида топлива(таблицы XVIII-XXI «Нормативный метод»). Так как котельный агрегат работает на мазуте и газе, целесообразным является режим сжигания с пониженным избытком воздуха αт= 1,05.
|
|
|
Таблица 1 Избытки воздуха и присосы по газоходам
| № п/п | Газоход | Коэффициент избытка воздуха за газоходом α″ | Величина присоса ∆α | Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе αср |
| 1 | Топочная камера | α″т= αт+∆αт=1,1 | ∆αт=0,05 | αср т=(αт+α″т)/2=1,075 |
| 2 | Конвективная часть | α″к= αт+∆αт+∆αк=1,2 | ∆αк=0,1 | αср к=(α″т+α″к)/2=1,15 |
Определяем объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов и другие характеристики продуктов сгорания в участках нагрева котельной установки.
Таблица 2
| Величина и расчетная формула | Топочная камера | Конвективная часть |
| Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α″i= αт+∑∆αi | 1,1 | 1,2 |
| Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе αср | 1,075 | 1,15 |
| Объем водяных паров VH2O= VH2Oо+0,0161(αср-1) Vв0 м3/м3 | 2,19 | 2,2 |
| Объём дымовых газов Vr= VoRO2+ VоN2+ VoH2O+(αср-1) Vв0 | 11,62 | 12,35 |
| Объёмная доля трехатомных газов rRO2= VoRO2/ Vг | 0,089 | 0,084 |
| Объёмная доля водяных паров rH2O= VoH2O/ Vг | 0,187 | 0,17 |
| Суммарная доля водяных паров и трёхатомных газов rп= rRO2+ rH2O | 0,276 | 0,254 |
Определяем энтальпии теоретических объёмов воздуха для выбранного диапазона температур.
I0в= Vв0×Iв , КДж/м3
где Iв-энтальпия 1м3воздуха для каждой выбранной температуры
Определяем энтальпию теоретических объёмов продуктов сгорания для выбранного диапазона температур.
Iг= VoRO2(υc)RO2+ VH2Oо(υc)H2O+ VоN2(υc)N2 , КДж/м3
|
|
|
где СRO2, CH2O,CN2- теплоёмкости трёхатомных газов, водяных паров и азота при постоянном давлении (таблица XIII «Нормативный метод»)
Определяем энтальпию продуктов сгорания.
I= Ioг+(α-1) I0в, КДж/м3
Таблица 3 Энтальпии теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания
| Температура оС | I0в= Vв0(ct)в КДж/м3 (Vв0=9,72 м3) | I0RO2=VoRO2(cυ)RO2 КДж/м3 (VoRO2=1,06м3) | I0N2=VоN2(cυ)N2 КДж/м3 (VоN2=7,68 м3) | I0H2O=VH2Oо(cυ)H2OКДж/м3 (VH2Oо=2,18м3) | I0г=I0RO2+ I0N2+ I0H2OКДж/м3 |
| 100 | 1292,76 | 176,8 | 998,4 | 329,18 | 1504,38 |
| 200 | 2595,24 | 373,36 | 2004,48 | 664,9 | 3042,74 |
| 300 | 3926,88 | 583,44 | 3018,24 | 1011,52 | 4613,2 |
| 600 | 8087 | 1275 | 6190 | 2114,6 | 9579,72 |
| 800 | 11024,5 | 1777,4 | 8417,3 | 2921,2 | 13115,84 |
| 1000 | 13996,8 | 2297,4 | 10736,6 | 3771,4 | 16805,4 |
| 1100 | 15552 | 2563,6 | 11904 | 4211,8 | 18679,4 |
| 1200 | 17107,2 | 2835 | 13063,7 | 4660,8 | 20559,6 |
| 1300 | 18652,7 | 1305,4 | 14254 | 5127,4 | 22486,9 |
| 1600 | 23434,9 | 3931,2 | 17902 | 6564 | 28397,3 |
| 1800 | 26613,4 | 4489,7 | 20352 | 7562,4 | 32404,1 |
| 1900 | 28246,3 | 4769,4 | 21611,5 | 8066 | 34447 |
| 2000 | 29879,3 | 5053,4 | 22832,6 | 8587 | 36473 |
Энтальпии продуктов сгорания при α > 1
Iг= I0г+(α-1) I0в, КДж/м3
Таблица 4
| Поверхности нагрева котельного агрегата | t,0С | I0в КДж/м3 | I0г КДж/м3 | Iг КДж/м3 |
| Топка αт=1,1 | 2000 | 29879,3 | 36473 | 39461 |
| 1900 | 28246,3 | 34447 | 37271,6 | |
| 1800 | 26613,4 | 32404 | 35065,4 | |
| 1500 | 21840,8 | 26409 | 28592 | |
| 1300 | 18652,7 | 22486,9 | 24352 | |
| 1200 | 17107,2 | 20559,6 | 22270,3 | |
| 1100 | 15552 | 18679,4 | 20234,6 | |
| Конвективная часть αк=1,2 | 1300 | 18652,7 | 22487 | 26217,4 |
| 1200 | 17107,2 | 20559,6 | 23981 | |
| 1100 | 15552 | 18679,4 | 21789,8 | |
| 800 | 11022,5 | 13115,8 | 15320,5 | |
| 600 | 8087 | 9579,7 | 11197 | |
| 300 | 3926,9 | 4613,2 | 5398,6 | |
| 200 | 2595,2 | 3042,7 | 3561,8 | |
| 100 | 1292,7 | 1504,4 | 1763 |
Тепловой баланс котла
Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.
Тепловой баланс составляется на 1м3газообразного топлива. Уравнение теплового баланса имеет вид:
Qрр= Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
Где Qрр- располагаемая теплота сгорания топлива;
Q1- полезно использованная теплота для нагрева воды
Q2- потери теплоты с уходящими газами
Q3- потери теплоты от химической неполноты сгорания
Q4- потери теплоты от механической неполноты сгорания
Q5- потери теплоты в окружающую среду
Q6- потери с физической теплотой шлаков
Если отнести все слагаемые теплового баланса к располагаемой теплоте и выразить их в процентах, то уравнение теплового баланса примет вид:
100 = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6, %
Коэффициент полезного действия (КПД) котельного агрегата(брутто) определяется из данного уравнения:
ηбр = q1=100-(q2+ q3+ q4+ q5+ q6), %
4 и q6- учитывается только для твердого топлива.
Располагаемая теплота газообразного топлива определяется по уравнению:
Qрр= Qcн = 36760 КДж/м3
Потери теплоты от химической неполноты сгорания:
q3 = 0,5% (таблица ХХ «Нормативный метод»)
Потери теплоты с уходящими газами:
| q2 = | Iух- αухI0в | (100- q4)= (2482,5-(1,2×384,9)/36760=5,49% |
| Qрр |
I0хв= Vв0Свtхв=9,72×1,32×30= 384,9 КДж/м3
Iух=Iг.м.+(tизв-tм)(Iб-Iм)/100= 1763+(140-100)×(3561,8-1763)/100=2482,5 КДж/м3
Потери от наружного охлаждения.5ном = 0,5% (П-5«В. М. Фокин Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения»)
5 = q5ном (Qном/Qвк)= 0,5(116207/114973,6) = 0,5%
Qном = 100Гкал/ч = 116207, КДж/с
Qвк = Gвк (Iʺк-I′к) = 343(628,5- 293,3) =114973,6 КДж/с
Gвк- расход воды через котёл 343 кг/с
Iʺк-энтальпия воды при t=150 оС=628,5 КДж/кг
I′к- энтальпия воды при t=70 оС=293,3 КДж/кг
Сумма тепловых потерь.
∑q = q2+ q3+ q5 = 5,49+0,5+0,5= 6,49%
Определяем КПД брутто котла.
ηбр= q1=100-∑q= 100-6,49= 93,51%
Определяем расход топлива водогрейного котла.
Вр= (Qвк/ Qрр ηбр)100= (114973,6/36760×93,51)×100 = 3,34 м3/с
Определяем коэффициент сохранения тепла.
φ = 1- 0,01 q5 = 1- 0,01×0,5 = 0,995
Расчёт топочной камеры
- объём топочной камеры Vт =388 м2
площадь радиационной поверхности нагрева Fл =325 м2
|
|
|
площадь стен топки Fст= 6 Vт0,667=319,81 м2
- температура дымовых газов на выходе из топки υ″т=1200 оС
энтальпия газов на выходе из топки I″т = 22270,3 КДж/ м3
- объёмная доля водяных паров rH2O = 0,187
объёмная доля водяных паров и трёхатомных газов rп = 0,276
Коэффициент тепловой эффективности экранов.
Ψср= (Fл/ Fст)ξ =(325/319,81)×0,65=0,66
Где ξ-условный коэффициент загрязнения экранов, для газа ξ =0,65
(таблица 6-2 «Нормативный метод»)
Эффективная толщина излучающего слоя.
S= 3,6 Vт / Fст = 4,36 м
Суммарная поглощательная способность rH2O и r RO2
РпS = p rп S = 0,1×0,276×4,36=1,2 (м∙МПа)-1
Где p- давление газов в топочной камере принимаем равным 0,1 МПа
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами.
К г= 4,2(м∙МПа)-1 ( номограмма 3 «Нормативный метод»)
Коэффициент ослабления лучей несветящихся газов.
Кнс = К г rпc= 4,2×0,276 = 1,1 (м∙МПа)-1
Сила поглощения потока
КрS= К г rпc р S= Кнс р S= 1,1×1×4,36 = 0,48
Степень черноты топочной среды для несветящихся газов.
