Определение тепловосприятий поверхностями нагрева котла

Тепловосприятие поверхностью нагрева котла зависит от способа передачи теплоты, количества газов и их теплофизических параметров.

В топочной камере котла адиабатная температура продуктов горения

J_max = 1000 × Q_т / (V_г × C_г^¢),

где Q_т – полезное тепловыделение в топке, МДж/м³, V_г - действительный объем продуктов сгорания на выходе из топки, C_г^¢ – средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж /(м³×К).

Газообразные продукты сгорания передают большую часть воспринятой ими теплоты экранам топочной камеры. В результате температура газов на выходе из топки снижается до величины J_т^².

Полезное тепловыделение в топке в работе принимается равным низшей теплоте сгорания сухого природного газа Q^с_н (табл. 13), поскольку поступающий в котел природный газ предварительно не подогревается (воздухонагреватель конструкцией не предусмотрен), а теплота холодного воздуха, поступающего за счет присосов по сравнению с Q^с_н достаточно мала, т.е.

Q_т = Q^с_н .

Тепловосприятие поверхностями нагрева топки за счет теплообмена излучением

Q _л = (Q_т – Н"_г) × j , (9.1)

где Н"_г – энтальпия газов на выходе из топки; j - коэффициент сохранения теплоты.

Таблица 13

Расчетные характеристики природного газа «Уренгой – Помары –
Ужгород» по данным паспорта контроля качества газа

№ п/п	Наименование показателя	Ед. измер.	Числ. значение
	Плотность при 20ºС и 101,3 кПа	кг/м3	0,677
	Массовая концентрация сероводорода H2S	г/ м3	отсутствует
	Массовая концентрация меркаптановой серы	г/ м3	отсутствует
	Масса механических примесей	г/ м3	отсутствует
	Компонентный состав: СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 N2 О2 СО2	% объема	98,65 0,40 0,13 0,04 0,73 0,00 0,05
	Теплота сгорания низшая при 200С и 101,3 кПа	МДж/ м3 ккал/ м3	33,37

Энтальпия газообразных продуктов сгорания на выходе из топки

Н"_г = Нº_г + (a_т – 1) × V_вº × (CJ)_в, (9.2)

где Нº_г – энтальпия теоретического объема продуктов сгорания при температуре газов на выходе из топки (определяется по табл. 14); a_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки; V_вº – теоретический объем сухого воздуха, расходуемый на горение (определяется по табл. 3); (CJ)_в – энтальпия холодного воздуха (определяется по табл. 14). Коэффициент избытка воздуха в топке газомазутного котла с металлической обшивкой a_т = 1,05.

Коэффициент сохранения теплоты котлом

j = 1 – q₅ / (h_k + q₅) , (9.3)

где q₅ – потеря теплоты от наружного охлаждения (определяется по графику 2 на рис. 14); h_k – КПД котла брутто.

Таблица 14

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания (a=1 и P=101,3 кПа)

№ п/п	J, ºС	Нºг, кДж/м3	(CJ)в, кДж/ м3
			---
			---
			---
			---
			---
			---
			---
			---

Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания

C_г^¢= C^¢_N2×r _N2 + C^¢_O2× r _O2 + C^¢_RO2× r _O2 + C_H2O×r _H2O,

где C_i^¢, r_i – объемные теплоемкости и доли компонентов в продуктах сгорания, соответственно.

Объемные доли газовых компонентов вычисляются по соотношению

r_i = V_i / V_г ,

где V_i – объем газового компонента, приходящийся на 1м³ газа. На вы-

ходе из топки a = a_т .

Объем азота

V_N2 = Vº _N2 + 0,79 · (a – 1) · Vº_в , (9.4)

объем кислорода

V_O2 = 0,21 · (a – 1) · Vº_в , (9.5)

объем водяных паров (для воздуха с влагосодержанием 13 г/м³)

V_H2O = Vº _H2O + 0,0161 · (a – 1) · Vº_в , (9.6)

Рис. 14. Потери теплоты от наружного охлаждения

Действительный объем продуктов сгорания на выходе из топки

V_г = V_гº + (a – 1) · V º_{в ,} (9.7)

где Vº _N2, Vº_в, Vº_H2O, V_RO2 – берутся по табл. 15.

При расчетах можно принять, что C^¢_RO2 = C^¢_CO2 , т.к. для дымовых газов

V_RO2 » V_CO2.

Значения средних объемных теплоемкостей компонентов дымовых газов представлены в табл. 16.

Таблица 15

Объемы воздуха и продуктов сгорания газа [м³/м³]
при a=1, 20ºС и 101,3 кПа

№ п/п	Параметр	Значение
	Vºв	9,50
	VRO2	1,00
	VºN2	7,51
	VºH2O	2,15
	Vºг	10,66

Таблица 16

Средние объемные теплоемкости компонентов дымовых газов, [кДж/(м³×К)]

J, ºC	C¢N2	C¢O2	C¢CO2	C¢H2O
	1,2946	1,3059	1,5998	1,4943
	1,2958	1,3176	1,7003	1,5052
	1,2996	1,3352	1,7873	1,5223
	1,3076	1,3561	1,8627	1,5424
	1,3163	1,3775	1,9297	1,5654
	1,3670	1,4499	2,1311	1,6680
	1,3796	1,4645	2,1692	1,6957
	1,3917	1,4775	2,2035	1,7229
	1,4034	1,4892	2,2349	1,7501
	1,4143	1,5005	2,2638	1,7769
	1,4252	1,51,06	2,2898	1,8028
	1,4348	1,5202	2,3136	1,8280
	1,4440	1,5294	2,3354	1,8527
	1,4528	1,5378	2,3555	1,8761
	1,4612	1,5462	2,3743	1,8996
	1,4687	1,5541	2,3915	1,9213
	1,4758	1,5617	2,4074	1,9423
	1,4825	1,5692	2,4221	1,9628
	1,4892	1,5759	2,4359	1,9824

Перепады температур газов в топке, конвективном газоходе и экономайзере

DJ_т = J_max – J^²_т ,

DJ_к = J^²_т – J^²_к ,

DJ_э = J^²_к – J_{ух ,}

где J^²_т – температура газов на выходе из топки, J^²_к – температура газов за котлом (перед экономайзером); J_ух – температура уходящих газов (за экономайзером).

Теплота, теряемая с уходящими газами

Q_yx= V_г × C^¢_г × J _ух / 1000 , МДж/м³ (9.8)

где C^¢_г – средняя объемная теплоемкость уходящих газов при температуре J _ух.

Суммарное удельное тепловосприятие поверхностей нагрева котла

q_i = DJ_i / DJ_к ,

где DJ_к=J_max-J_yx, ºC.

Тепловосприятие поверхностей нагрева котла в целом в расчете на 1м³ сжигаемого газа

Q_к = (Q_т – Q_ух) · (1 - q₅ / 100) , МДж/м³ .

Тепловосприятие отдельной поверхности нагрева котла

Q_i = q_i × Q_к .