Состав топлива, объёмы воздуха и продуктов сгорания
2.1 Определение состава топлива
Для оценки топлива используют приведённые характеристики влаги, золы и серы, определяемые по рабочим характеристикам топлива по формулам, кг/кДж,
Расчётные характеристики твёрдого топлива
| Место- рождение | Марка Топлива, класс | Состав рабочей массы топлива | Выход летучих, в % |  кДж/кг | ||||||
| WР | АР | SР | СР | НР | NР | ОР | ||||
| Боготольское | Б1, Р | 44,0 | 6,7 | 0,5 | 34,3 | 2,4 | 0,4 | 11,7 | 48,0 |
2.2 Выбор коэффициентов избытка и присосов воздуха в газоходах котельного агрегата
Для эффективного и более полного сжигания топлива в топочных камерах котельного агрегата приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо
Vд=αт·Vо=1,2·3,3468=4,0161 м3,
где Vд – объём подаваемого в топку воздуха в м3 на рассчитываемую единицу топлива 1 кг;
Vо – объём теоретически необходимого для горения воздуха в 1м3 на рассчитываемую единицу топлива, м3/кг;
αт – коэффициент избытка воздуха на входе из топочной камеры.
Для того чтобы вычислить средний коэффициент избытка, надо определит чему будет равен коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры (αТ). Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топочной камеры. Так как в нашем случае мы рассматриваем котёл с камерной топкой, а топливом является природный газ, αТ принимаем равным 1,4.
При тепловом расчёте котла определяется теоретический объём воздуха Vо, необходимый для горения, а также действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания. Это производится в следующей последовательности:
Коэффициенты избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева i после топочной камеры подсчитываются прибавлением к αТ суммы коэффициентов присосов воздуха в этих поверхностях нагрева
где j – номер поверхности нагрева по ходу продуктов сгорания.
По известным значениям коэффициентов избытка воздуха перед поверхностью нагрева αj и газоходов αi+1 вычисляется среднее значение для каждой поверхности нагрева
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания
При тепловом расчёте котельного агрегата определяется теоретический объём воздуха Vо, необходимый для горения, а также действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания. Эти расчёты производятся в следующей последовательности.
Определяется теоретический объём воздуха:
=
= 0,0889× (34,3+0,375×0,5)+0,265 × 2,4 – 0,0333 × 11,7 = 3,3468 м3/кг.
Находится теоретический объём азота 
, трёхатомных газов 
и водяных паров 
по формулам:
Вычисляют средний коэффициент избытка воздуха 
для каждой поверхности нагрева.
Определяется избыточное количество воздуха для каждой поверхности нагрева, м3
Находится действительный объём водяных паров, м3
Вычисляется действительный суммарный объём продуктов сгорания, м3
2.2.7. Рассчитываются объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также их суммарные доли:
При сжигании твёрдого топлива следует определить дополнительно концентрацию золовых частиц в продуктах сгорания, г/м3,
где αун – доля золы топлива в уносе; Ар – процент золы в топливе, %.
Все результаты сведены в таблице №2.1.
Таблица № 2.1
Объёмы воздуха и продуктов сгорания при горении, объёмные доли
трёхатомных газов, концентрации золы в дымовых
| Величина | Расчёт-ная фор мула | Теоретические объёмы на единицу топлива в м3/кг   | |||
| Газоход | |||||
| Топ ка | Кон век тив ный пучок 1 | Кон век тив ный пучок 2 | |||
| Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева αi | 2.3 | 1,5 | 1,55 | 1,65 | |
| Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева αср | 2.4 | 1,5 | 1,525 | 1,6 | |
Избыточное количество воздуха на ед. топлива  , м3/м3 | 2.7 | 1,6734 | 1,7570 | 2,0080 | |
| Объём водяных паров на ед. топлива VН2О, м3/м3 | 2.8 | 0,8925 | 2,9257 | 3,2189 | |
| Полный объём продуктов сгорания на ед. топлива Vг, м3/м3 | 2.9 | 5,8565 | 7,9733 | 8,5175 | |
| Объёмная доля трёхатомных газов, rRO2 | 2.10 | 0,1098 | 0,0807 | 0,0755 | |
| Объёмная доля водяных паров, rН2О | 2.10 | 0,1462 | 0,1085 | 0,1016 | |
| Суммарная объёмная доля, rп | 2.10 | 0,2566 | 0,1892 | 0,1771 | |
| Концентрация золы в продуктах сгорания μзл, г/м3 | 2.11 | 1,3728 | 1,0083 | 0,9439 |
2.4 Расчёт энтальпии воздуха и продуктов сгорания
Вычислить энтальпию теоретического объёма воздуха на единицу топлива для своего выбранного диапазона температур можно по формуле, кДж/кг
где IВ – энтальпия 1м3 воздуха в кДж/м3, принимаемая соответствующей температуры по таблице № 2.1
Расчёт энтальпии теоретического объёма продуктов сгорания на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур можно провести по формуле, кДж/м3 или кДж/кг.
где 
– энтальпии 1м3 трёхатомных газов, азота и водяных паров, принимаемые для соответствующей температуры по таблице №2.2, кДж/м3.
Энтальпии избыточного количества воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур может быть рассчитана по формуле
Вычислить энтальпию продуктов сгорания на единицу топлива при коэффициенте избытка воздуха α›1 можно по формуле
где 
- энтальпия золы, учитываемая только при αунАп>0,14 кг/кДж;
здесь Iзл – энтальпия 1 кг золы.
Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания в рассматриваемых интервалах температур поверхностям нагрева котельного агрегата сводим в таблицу № 2.3. Эта таблица позволяет в последующих расчётах по известной температуре продуктов сгорания υБ и υМ, определять их энтальпию, используя формулу линейной интерполяции:
или, наоборот, по известной энтальпии продуктов сгорания найти их температуру
Таблица №2.7
Энтальпия 1м3 газов, воздуха (кДж/м3) и 1кг золы (кДж/кг)
| ט, ОС | IRO2 | IN2 | IО2 | IH2O | Iв | Iзл |
| - - |
Таблица №2.8
Энтальпия продуктов сгорания I = f(ט), кДж/м3
| Поверхность нагрева | Температура за поверхностью нагрева  |  , формула (2.19) |  , формула (2.20) |  , формула (2.21) |  , формула (2.22) |
Верх топочной камеры, фестон   | 11412,588 10850,3256 10288,0632 9725,8008 9163,5384 8614,6632 869,1348 7520,2596 6971,3844 6422,5092 5890,3688 5354,88 4819,392 4300,638 3975,2712 3286,5576 | 16037,8358 15221,1097 14611,3098 13603,4904 12796,2647 12000,2709 11209,7439 10123,4728 9650,2142 8870,8708 8107,9786 7361,9581 6619,9713 5871,2014 5161,1351 4452,0047 | 5706,294 5425,1628 5144,0316 4862,9004 4581,7692 4307,3316 4034,5674 3760,1298 3485,6922 3211,2546 2945,184 2677,44 2409,696 2150,319 1987,6356 1643,2788 | 21744,9338 20647,0765 21781,4214 20342,9268 19140,4019 17971,8825 16756,6355 15301,8586 15233,4938 13179,5848 12025,1986 10923,7981 9823,2153 8727,4324 7677,0467 6629,1395 | |
1-й конвективный пучок   | 5354,88 4819,392 4300,638 3975,2712 3286,5576 2784,5376 2295,9048 1817,3124 1352,1072 | 7361,9581 6619,9713 5884,0714 5161,1351 4452,0047 3762,3196 3095,8768 2439,4602 1803,045 | 2677,44 2530,1808 2257,8349 1987,6356 1643,2788 1392,2688 1147,9524 908,6662 709,8562 | 11057,6701 9943,7001 8847,8183 7767,0467 6629,1395 5606,4364 4613,6692 3683,7932 2725,1572 | |
2-й конвективный пучок   | 2784,5376 2295,9048 1817,3124 1352,1072 893,5596 445,1244 | 3762,3196 3095,8768 2430,4602 1803,045 1185,9786 584,2538 | 1670,7225 1377,5428 1090,3874 811,2643 446,8798 222,5622 | 5884,8901 48433,2596 3957,4196 2826,5653 1802,7584 887,816 |