Тепловий баланс парогенератора

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ПАРОГЕНЕРАТОРА

Паровий котел БГ-20 з камерною топкою для спалювання газу - котел однобарабанний вертикально-водотрубний, виконаний у П-подібною компонуванні (рис. 1.1). Котел складається з двох вертикальних газоходів: переднього підйомного 20 і заднього опускного 15, з'єднаних у верхній частині горизонтальним газоходом 12.

Рис. 1.1 Паровий котел БГ-20 з камерною топкою для спалювання газу

1 — пальник;

2 — бічний екран топки;

3 — фронтовий екран топки;

4 — повітропровід;

5 — водоспускні труби;

6. — каркас;

7 — виносний паросепараційний циклон;

8 — барабан;

9 — труби для підводу живильної води;

10 — камера перегрітої пари;

11 — поверхневий регулятор перегріву пари (пароохолоджувач);

12 — горизонтальний газохід;

13 — пароперегрівач;

14 — водяний економайзер;

15 — опускний (задній) газохід;

16 — повітропідігрівач;

17 — задній екран;

18 — фестон;

19 — камера фронтового екрану;

20 — паливна камера (підйомний газохід).

Передній вертикальний газохід утворює паливну камеру, в якій спалюється газоподібне паливо. Стіни камери горіння щільно екрановані трубами діаметром 51х3 мм, виготовленими зі сталі марки 20. Труби заднього екрану 17 топки у верхній своїй частині розведені і утворюють фестон 18, через який продукти згоряння проходять в горизонтальний газохід. Нижні кінці екранних труб приварені до камер, а верхні развальцьовані в барабані 8 котла.

Котел виконаний за двоступеневою схемою випаровування. У першу ступінь випаровування входить чистий відсік барабана, фронтовий 3 і задній 17 екрани. Друга ступінь випаровування складається з лівого і правого солоних відсіків барабана і бічних екранів 2 топки. Чистий відсік барабана підживлюється живильною водою, а солоні відсіки - котловою водою, що надходить з чистого відсіку. На кожному з трьох відсіків встановлені водовказівні прилади, не менше одного на кожному.

Барабан котла встановлений на роликових опорах, а камери екранів - на пружинних. Завдяки цьому трубна система котла при нагріванні може вільно переміщатися вниз.

Вертикальний пароперегрівач 13, що складається з двох частин, розміщений в горизонтальному газоході. Перша (задня) частина працює за схемою противотока, а друга (передня) частина - за змішаною схемою струму. Між першою і другою частинами пароперегрівача встановлений поверхневий регулятор перегріву пари (пароохолоджувач) 11. Змійовики пароперегрівача виготовлені із сталевих труб діаметром 32х3 мм.

У другому вертикальному газоході (опускному) - розміщені хвостові поверхні нагрівання: трисекційний змієвиковий водяний економайзер 14, виготовлений із сталевих труб діаметром 32х3 мм, і трубчастий повітропідігрівач 16, виготовлений з тонкостінних сталевих труб діаметром 40х1, 5 мм.

Поживна вода надходить у нижню секцію водяного економайзера 14, піднімається по змеевикам назустріч газам, нагрівається і прямує в чистий відсік барабана котла.

У повітропідігрівачі гази рухаються всередині тонкостінних труб назустріч повітрю, яке проходить між трубами в поперечному напрямку до руху газів, роблячи два ходи. Для організації поперечного струму повітря повітропідігрівач має металевий кожух і розділову перегородку.

ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ПАРОГЕНЕРАТОРА

2.1. Розрахунок об’ємів повітря та продуктів згорання палива

Паропродуктивність:

Тиск пари на виході з котла:

Температура перегрітої пари:

Температура живильної води:

Склад природнього газу харківського родовища у відсотках:

CH₄ – 98,9 %;

С₂Н₆ – 0,3 %;

С₃Н₈ – 0,1 %;

С₄Н₁₀ – 0,1 %;

С₅Н₁₂ – 0 %;

N₂ – 0,4%;

СО₂ – 0,2%;

Нижча теплота згорання газу:

Теоретично необхідна кількість повітря для повного згорання палива, :

де m – число атомів вуглецю;

n – число атомів водню.

Теоретично необхідний об’єм азоту в продуктах згорання палива, :

Об’єм трьохатомних газів:

Теоретичний об’єм водяних парів:

= 0,01

Дійсний об’єм водяних парів при коефіцієнті надлишку повітря 1,1:

Дійсний об’єм азоту в продуктах згорання при коефіцієнті надлишку повітря 1,1:

Сумарний об’єм димових газів при коефіцієнті надлишку повітря 1,1:

Об’ємні долі трьохатомних газів та водяних парів:

Результати розрахунків продуктів згорання, об’ємних долей трьохатомних газів та інші характеристики зводимо в таблицю 2.1

Таблиця 2.1 – Характеристика продуктів згорання у поверхнях нагріву

парогенератора.

Величина	Топка	Ділянки конвективних поверхонь нагріву
Коефіцієнт надлишку повітря в газоході,	=1,1	=1,15	=1,2	=1,28	=1,34
,	1,004	1,004	1,004	1,004	1,004
,	8,477	8,523	9,429	10,19	10,762
,	2,165	2,174	2,181	2,193	2,203
	11,647	12,13	12,614	13,388	13,968
	0,086	0,0828	0,0796	0,075	0,0719
	0,186	0,179	0,173	0,164	0,158
	0,272	0,262	0,253	0,239	0,23

2.2 Ентальпія теоретичного об’єму повітря та продуктів згорання

Ентальпія теоретичного об’єму повітря:

Продукти згорання розраховуються за наступними формулами:

1. Для трьохатомних газів, кДж/м³:

2. Для азоту, кДж/м³:

3. Для водяної пари, кДж/м³:

4. Для продуктів згорання, кДж/м³:

де , , , – питома теплоємність продуктів згорання, що визначаються в залежності від температури.

Таблиця 2.2 – Значення питомої ентальпії повітря, трьохатомних газів, азоту та водяної пари.

Температура t, °С	Питома ентальпія, кДж/м3
	(CV)п	(CV)R02	(CV)N2	(CV)H20

Таблиця 2.3 – Значення ентальпії та в залежності від температури

Температура t, °С
	1256,64	169,676	978,224 978,224	324,727312	1472,627312
		358,428	1956,448	653,755648	2968,631648
	3836,56	561,236	2949,7216	995,687056	4506,644656
	5159,84	775,088	3965,5696	1346,220512	6086,878112
	6483,12	999,984	4996,4672	1707,506528	7703,957728
	7901,6	1226,888	6049,9392	2079,545104	9356,372304
	9320,08	1469,856	7118,4608	2466,637264	11054,95406
	10757,6	1710,816	8224,6064	2870,93352	12806,35592
	12195,12	1958,804	9353,3264	3277,380288	14589,51069
	13670,72	2210,808	10489,5712	3709,6332	16410,0124
	15184,4	2466,828	11625,816	4141,886112	18234,53011
	16669,52	2727,868	12754,536	4582,741072	20065,14507
	18383,12	2987,904	13920,88	5040,800128	21949,58413
	19763,52	3252,96	15117,3232	5501,009696	23871,2929
	21315,28	3518,016	16261,0928	5976,272848	25755,38165
	22876,56	3782,068	17480,1104	6453,686512	27715,86491
	24428,32	4051,14	18676,5536	6939,702224	29667,39582
	25980,08	4320,212	19880,5216	7436,470496	31637,2041
	27579,44	4589,284	21107,064	7931,088256	33627,43626
	29169,28	4862,372	22303,5072	8442,910112	35608,78931
	30835,28	5135,46	23530,0496	8948,280432	37613,79003
	32358,48	5408,548	24756,592	9460,102288	39625,24229

Визначення ентальпії продуктів згорання , :

Результати розрахунку ентальпій продуктів згорання для різних ділянок газоходу парогенератора в залежності від температури та коефіцієнту надлишку повітря зводимо до таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 – Значення ентальпій продуктів згорання

t,°C	α=1,1	α=1,15	α=1,2	α=1,28	α=1,34
	1598,29		1661,12		1723,96		1824,49		1899,88
	3159,03		3254,23		3349,43		3501,75		3615,99
	4890,30		5082,13		5273,96		5580,88		5811,08
	6602,86		6860,85		7118,85		7531,63		7841,22
	8352,27		8676,43		9000,58		9519,23		9908,22
	10146,53		10541,61		10936,69		11568,82		12042,92
	11986,96		12452,97		12918,97		13664,58		14223,78
	13882,12		14420,00		14957,88		15818,48		16463,94
	15809,02		16418,78		17028,53		18004,14		18735,85
	17777,08		18460,62		19144,16		20237,81		21058,06
	19752,97		20512,19		21271,41		22486,16		23397,23
	21732,10		22565,57		23399,05		24732,61		25732,78
	23787,90		24707,05		25626,21		27096,86		28199,84
	25847,64		26835,82		27824,00		29405,08		30590,89
	27886,91		28952,67		30018,44		31723,66		33002,58
	30003,52		31147,35		32291,18		34121,30		35493,90
	32110,23		33331,64		34553,06		36507,33		37973,02
	34235,21		35534,22		36833,22		38911,63		40470,43
	36385,38		37764,35		39143,32		41349,68		43004,45
	38525,72		39984,18		41442,65		43776,19		45526,34
	40697,32		42239,08		43780,85		46247,67		48097,79
	42861,09		44479,01		46096,94		48685,62		50627,13

2.3 Тепловий баланс котла

Складання теплового балансу полягає у встановленні рівності між кількістю тепла, яке поступає в агрегат, сумою корисно використаного тепла та теплових втрат. На основі теплового балансу розраховується ККД агрегату та витрат палива.

Загальне рівняння теплового балансу котла:

Де Q₁ – корисно використане тепло;

Q₂ − теплові втрати з уходящими газами;

Q₃ – теплові втрати через хімічну неповноту згорання;

Q₄ – теплові втрати через механічну неповноту згорання;

Q₅ – теплові втрати через зовнішнє охолодження;

Q₆ – теплові втрати з фізичним теплом шлаку;

Рівняння теплового балансу у відносних величинах:

Сумарну втрату тепла в парогенераторі розраховують по формулі:

ККД котла брутто:

Втрати тепла з газами, що відходять:

де − ентальпія газів, що відходять при коефіцієнті надлишку повітря та температур газів υ_ух , кДж/м³.

− ентальпія холодного повітря при t_хп = 30⁰С, кДж/м³.

– коефіцієнт надлишку повітря.

q₃ − теплові втрати через хімічну неповноту згорання, q₃=0,5%; [1]

q₄ − теплові втрати через механічну неповноту згорання, =0;

q₅ – теплові втрати через зовнішнє охолодження, q₅ =1,3% ; [1]

∑ =

Коефіцієнт збереження тепла:

2.4 Витрати палива

Витрата палива, яке подається в паливну камеру, м³/с

де Q_ка – повна кількість тепла, яке корисно використовується в парогенераторі, кВт:

де D_пе – кількість виробленої перегрітої пари, кг/с;

По І-S діаграмі водяної пари визначимо ентальпію перегрітої пари:

Ентальпії живильної води та кипіння ( ) визначаємо за формулами:

де — теплоємність води при температурі живильної води на при температурі насиченої пари, кДж/( кг·К). ,

− температура насиченої пари, яка одержана за допомогою І-S діаграми водяної пари при заданому тиску Р=4 МПа.

− температура живильної води.

– витрата води на продувку парогенератора, кг/с:

де – продув котла, яку приймаеємо 3%;