Расчет объемов продуктов сгорания и КПД-брутто котлоагрегата

В данной работе предполагаем, что в котлах сжигается метан с низшей теплотой сгорания 35800 кДж/ .

 

6.1.1 Выбор коэффициента избытка воздуха

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1  топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:

(29)

где  — действительный объем воздуха, доданного в топку на 1  топлива.

Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают . Для используемой горелки принимаем .

 

6.1.2 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1  природного газа (при =1):

	(30)

Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1  природного газа:

Теоретический объем азота в продуктах сгорания:

(31)

Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:

	(32)

Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:

	(33)

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

	(34)

Энтальпия теоретического объема воздуха:

(35)

Энтальпия продуктов сгорания:

(36)

где  – энтальпия золы, при сжигании природного газа не учитывается;

– коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

 

 

6.1.3 Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата:

(37)

Или

(38)

где  – располагаемая теплота, ;

   – полезно использованная теплота, ;

 - суммарные потери, ;

   – потери теплоты с уходящими газами, ;

   – потери теплоты от химического недожога, ;

   – потери теплоты от механической неполноты сгорания, ;

   – потери теплоты в окружающую среду, ;

   – потери теплоты с физической теплотой шлаков .

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (38) является суммой следующих величин:

(39)

где  – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1  топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;

   – теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);

 – физическая теплота 1  топлива.

Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (39) принимает вид:

		(40)
	(41)

где - энтальпия 1  воздуха, кДж/ .

Тогда

Коэффициентом полезного действия водогрейного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку горячей воды, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.

В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – коммерческую экономичность. КПД-брутто котельного агрегата определяется по уравнению прямого баланса:

(42)

где  – количество полезно используемой теплоты, кДж/ ;

 – располагаемая теплота, кДж/ .

То же по уравнению обратного баланса:

(43)

где  – относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

(44)

где  – энтальпия холодного воздуха:

    – потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %

Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис.8.1 [11] =3%.

Потери теплоты от химического недожога определяются по таблице 3.1 [5] =0,5%.

КПД-брутто котельного агрегата:

(45)

6.1.4 Расчет количества топлива, сжигаемого в котельном агрегате

Общий расчет топлива, подаваемого в топку котельного агрегата:

(46)

где   - полезная мощность котла:

(47)

где – расход воды через котельный агрегат, кг/с;

  – энтальпия горячей и холодной воды (на выходе и входе водогрейного котла) [12], кДж/кг

Таким образом,

 

Список использованных источников

1. Строительная климатология. СНиП 23-01-99.

2. Котельные установки. СНиП II-35-76.

3. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите. ТСН 23-341-2002 Рязанской области Администрация Рязанской области г. Рязань – 2002.

4. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-86.

5. Тепловой расчет котельных установок. Методические указания для выполнения расчетной работы №1. Мордовский государственный университет им.Н.П.Орагева. Саранск, 2005.

6. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. Для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.

7. Выбор и расчет теплообменников. Учебное пособие. Пензенский государственный университет. Пенза, 2001.

8. Роддатис К.Ф. Котельные установки. Учебное пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. – М.: «Энергия», 1977.

9. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

10. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я.. Производственные и отопительные котельные 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

11. Справочник эксплуатационника газифицированных котельных. Л.Я.Порецкий, Р.Р.Рыбаков, Е.Б.Столпнер и др. – 2-е изд., перераб. и доб. - Л.: Недра,1988.

12. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 – М.: Издательство МЭИ. 1999.

13. Сайт компании «Виссманн» www.viessmann.ru 

14. Сайт компании «Grundfos» www.grundfos.ru

15. Сайт компании «Ридан» www.ridan.ru

16.   http://www.ekran21.ru/produkcija/kotly/gazovye-kotly/