Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

Тепловой баланс котельного агрегата ДЕ-25-14ГМ и

Определение расхода топлива

Тепловой баланс парогенератора характеризует равенство между приходом и расходом тепла. Тепловая эффективность котлоагрегата, совершенство его работы характеризуется коэффициентом полезного действия.

Приходная часть теплового баланса в большинстве случаев определяется по формуле:

, (2.11)

где – располагаемая теплота, ;

– низшая теплота сгорания топлива, для газа принимаем – низшая теплота сгорания сухой массы газа, ; принимаем по исходным данным для газа = 33445 (7988 );

_. – физическое тепло топлива, , принимаем _.= 0, так как топливо-газ;

_. – физическое тепло воздуха, подаваемого в топку котла при подогреве его вне котлоагрегата, ; принимаем _.= 0, так как воздух перед подачей в котлоагрегат дополнительно не подогревается;

– теплота, вносимая в котлоагрегат при поровом распыле жидкого топлива, ; принимаем _.= 0, так как топливо газ.

Располагаемая теплота для котлоагрегата ДЕ-25-14 ГМ составляет:

Расходная часть теплового баланса котлоагрегата складывается из следующих составляющих:

(2.12)

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах от располагаемой теплоты:

(2.13)

Разделив уравнение (2.12) на Q_р^р получим его в следующем виде:

, (2.14)

где q₁ – полезно использованная в котлоагрегате теплота;

q₂ – потеря теплоты с уходящими газами;

q₃ – потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

q₄ – потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

q₅ – потеря теплоты от наружного охлаждения;

- потеря теплоты от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке и от потерь на охлаждение панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла;

q_6шл.= 0, так как топливо газ;

q_6охл= 0, так как охлаждение элементов котлоагрегата ДЕ-25-14 ГМ не предусматривается его конструкцией.

КПД брутто котельного агрегата определяется по уравнению обратного баланса[1]:

,% (2.15)

Потеря теплоты с уходящими газами q₂ рассчитываем по формуле[1]:

, % (2.16)

где Н_ух – энтальпия уходящих газов из котлоагрегата, определяется из таблицы 2.3 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов, ; принимаем предварительно температуру уходящих газов Т_ух= 140 ^оС, ; Н_ух = 3197 ;

Н_х.в.^о – энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 30 ^оС, определяем по формуле:

H_х.в.⁰ = V_в⁰ּс_вּt_х.в. = (2.17)

где с_в – теплоемкость воздуха, с_в=1,327 .

Потери теплоты от химического недожога для природного газа[1]:

q₃ = 0,5 % .

Потери теплоты от механического недожога для природного газа принимаем q₄ = 0. [1].

Определяем q₂:

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅ определяем по [1] для котлоагрегата паропроизводительностью 25 (6,94 ) с хвостовыми поверхностями:

q₅ = 1,2 %

Коэффициент полезного действия котлоагрегата по формуле (2.15):

Суммарную потерю тепла в котлоагрегате определяем по формуле:

(2.18)

Для последующих расчетов определяем коэффициент потери теплоты:

(2.19)

Полное количество теплоты, полезно отданной в котельном агрегате определяем по формуле[1]:

(2.20)

где D – паропроизводительность котлоагрегата, 25 (6,94 );

h_нп – энтальпия насыщенного пара при Р = 1,4МПа;

h_нп=2788,9 [11];

h_пв – энтальпия питательной воды при Р = 1,4МПа и t_пв = 104 ^оС;

h_пв = 436 [11];

h_кв – энтальпия котловой воды при Р = 1,4Мпа и t_кв = 194 ^оС;

h_кв = 829 [11];

π – процент продувки котла, π=3%

Действительный часовой расход топлива:

(2.21) Расход топлива, подаваемого в топку котлоагрегата, определяем по формуле:

(2.22)

Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

В качестве основного вида топлива, используемого на проектируемой котельной, принят природный газ, резервный вид топлива – мазут.

Физико-химические показатели качества природного газа принимаем по данным РПУП «Гомельоблгаз».

Состав природного газа в % по объему приводим в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Состав природного газа

Метан СН4 ,%	Этан С2Н6,%	Пропан С3Н8,%	Бутан С4Н10,%	Пентан С5Н12,%	Азот N2,%	Кислород О2,%
98,251	0,642	0,175	0,055	0,013	0,82	0,006

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Q_н^р = 33445 кДж/м³ (7988 ккал/м³).

При тепловом расчете парового котла определяем теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

Теоретический объем воздуха, необходимого для сгорания топлива при сжигании газа при определяем по формуле:

(2.1)

где m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

Теоретический объем продуктов сгорания:

- объем водяных паров:

(2.2)

где d_г.тл. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³; принимаем равным d_г.тл. = 0 г/м³

- теоретический объем азота:

(2.3)

- теоретический объем трехатомных газов:

(2.4)

- теоретический объем продуктов сгорания:

(2.5)

Действительные объемы продуктов сгорания рассчитываются с учетом коэффициента избытка воздуха в топке и объемов присосов воздуха по газоходам котельного агрегата.

Коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для камерной топки при сжигании газа равным [1, с.43]., величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем в соответствии c рекомендациями таблицы [1, табл.4-2].при номинальной нагрузке:

- первый конвективный пучок котла

- второй конвективный пучок котла

- экономайзер чугунный с обшивкой

Действительный суммарный объем продуктов сгорания природного газа определяем (при среднем коэффициенте избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева) по формуле:

(2.6)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов

Наименование величины	Обозначение	Расчетная формула	Наименование элементов газового тракта
Топка	Конвективный пучок	Конвективный пучок	Экономайзер
Коэффициент избытка воздуха в конце топки			1,05	-	-	-
Присос по элементам тракта			-	0,05	0,1	0,08
Коэффициент избытка воздуха за элементом тракта			1,05	1,1	1,2	1,28
Средний коэффициент избытка воздуха			1,05	1,075	1,15	1,24

Окончание таблицы 2.2

Избыточный объем воздуха, м3/м3			0,476	0,714	1,429	2,286
Действительный объем водяных паров, м3/м3			2,156	2,16	2,17	2,185
Действительный объем продуктов сгорания,м3/м3	Vг		11,168	11,409	12,136	13,007
Объемная доля трехатомных газов			0,09	0,088	0,083	0,077
Объемная доля водяных паров			0,192	0,188	0,177	0,165
Суммарная объемная доля			0,282	0,276	0,26	0,242

Рассчитываем энтальпию воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур.

Энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляем по формуле[1]:

(2.7)

где (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха, принимаем по таблице ХIII [1].

Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяем по формуле:

(2.8)

где - энтальпия 1м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и водяных паров, принимается для каждой выбранной температуры t по таблице 4-3 [1], .

Энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур t определяем по формуле:

(2.9)

Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле:

(2.10)

где Н_зл – энтальпия золы, для газа Н_зл = 0.

Результаты расчетов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.3.

Для составления таблицы интервал температур принимаем равным 100^оС. Интервалы температур для расчета по газоходам принимаем:

- топка котла 2000 – 700 ^оС;

- конвективный пучок 800 – 200 ^оС;

- конвективный пучок 600 – 100 ^оС;

- водяной экономайзер 400 – 100 ^оС.

Таблица 2.3 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

t, оС	, кДж/м3	, кДж/м3
Топка	Конвектив-ный пучок	Конвектив-ный пучок	Экономайзер
, кДж/м3	, кДж/м3	, кДж/м3	, кДж/м3

2.2 Тепловой расчет котельного агрегата ДЕ-25-14ГМ