Сгорания в поверхностях нагрева котла

 

Расчет теоретически необходимого воздуха и продуктов сгорания, образующихся при горении, производится по стехеометрическим уравнениям.

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха α=1):

V_в⁰=0,0476(0,5СО+0,5Н₂+1,5Н₂S+2CH₄+3.5C₂H₆+5C₃H₈+6.5C₄H₁₀+8C₅H₁₂-O₂)=0.0476(2∙62.4+3.5∙3.6 +5∙2.6+6.5∙0.9+8∙0.2)=7. 513       (3.1)

 

 

Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1):

V⁰_N2= 0.79 V_в⁰+ N₂/100=0.79∙7.513+30.2/100=6.328;

V⁰_RO2=0.01(CO₂+CO+H₂S+CH₄+2C₂H₆+3C₃H₈+4C₄H₁₀+5C₅H₁₂=0.0476   (62.4+2∙3.6 +3∙2.6+4∙0.9+5∙0.2)=0.821;

V⁰_H2O=0.01(H2S+H2+ 2CH₄+3C₂H₆+4C₃H₈+5C₄H₁₀+6C₅H₁₂+0.124α)+

+0.0161V_в⁰=(2∙62.4+3∙3.6 +4∙2.6+5∙0.9+6∙0.2)+0.0161∙7.513=1,517;

 

V⁰_Г= V⁰_N2+ V⁰_RO2+ V⁰_H2O = 6.328+0.0476+0.821=7,513.  

 

При избытке воздуха (α>1) расчет ведется по следующим формулам:

объем водяных паров

             (3.5)

объем дымовых газов

           (3.6)

Расчет продуктов сгорания сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Средние характеристики продуктов сгорания

В поверхностях нагрева

Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.

Наименование величин	размерность	Vв0=7,513м3/м3;VRO2=0,821м3/м3;VN20=6,238м3/м3; VH2O0=1,517м3/ м3;Vг0=8,576м3/ м3
		Топка и фестон	Пароперегреватель	II ступень водяного экономайзера	II ступень воздухоподогревателя	I ступень водяного экономайзера	I ступень воздухоподогревателя	За котлом
Коэффициент избытка воздуха за газоходом		1,05	1,08	1,1	1,16	1,2	1,25
Средний коэффициент избытка воздуха		1,05	1,06	1,08	1,15	1,18	1,23	1,25
		1,523	1,524	1,527	1,535	1,539	1,545	1,547
		8,951	9,027	9,177	9,703	9,928	10,30	10,45
		0,0917	0,0910	0,0895	0,0846	0,0827	0,0797	0,0785
		0,170	0,169	0,166	0,158	0,155	0,150	0,148
		0,262	0,260	0,256	0,243	0,238	0,230	0,227

 

Энтальпия дымовых газов J_Г, ккал/кг:

                                (3.7)

где - энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α=1 и температуре газов ν, ºC, ккал/кг,

                     (3.8)

- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при нормальных условиях, ккал/кг,

                                                                              (3.9)     

Энтальпию 1 м³ влажного воздуха , углекислого газа , азота  и водяных паров  определяем по таблице XIII [4]

Теплосодержание продуктов сгорания, кДж
v	I0Г	I0В	αГ=αФ=1,05		αПП=1,1		αВП2=1,16		αВЭ=1,2		αВП1=1,25
			I	ΔI	I	ΔI	I	ΔI	I	ΔI	I	ΔI
100	1181	238,0	1193	1292	1205	1381	1219	1487	1228	155 8	1240	1646
200	2385	2006	2485	1289	2585	1340	2706	1401	2786	1442	2886	1493
300	3622	3028	3774	1316	3925	1369	4107	1431	4228	1473	4379	1525
400	4887	4072	5090	1354	5294	1408	5538	1472	5701	1515	5905	1569
500	6187	5147	6444	1405	6701	1459	7010	1525	7216	1568	7474
600	7537	6236	7849	1406	8161	1462	8535	1529	8784	1574
700	8887	7356	9255	1447	9623	1504	10064	1571	10359
800	10278	8483	10702	1483	11127	1541	11636	1610
900	11703	9640	12185	1506	12667	1564	13246	1634
1000	13151	10805	13691	1521	14232	1580	14880
1100	14613	11984	15212	1547	15811
1200	16100	13179	16759	1518
1300	17557	14381	18278	1575
1400	19073	15598	19853	1591
1500	20603	16823	21444	1604
1600	22145	18055	23048	1623
1700	23707	19288	24671	1628
1800	25273	20527	26299	1634
1900	26844	21782	27933	1647
2000	28428	23037	29580	1656
2100	30020	24299	31235
2200	31616	25561	32894

 

Таблица 3.3

Тепловой баланс котла

 

№ п/п	Наименование	Обозначение	Размерность	Формула	Величина
1	2	3	4	5	6
1	Низшая теплотворная способность топлива		ккал/кг	задано	9260
2	Коэффициент воздуха в топке		-	табл. XX [4]	1,05
3	Присосы воздуха в топку		-	Принимаем табл. XVI, [4]	0
4	Присосы в системе пылеприготовления с учетом возможных нарушений плотности во время эксплуатации		-	табл. XVI, [4] присос в разомкнутых пылесистемах не учитывается	0
5	Количество воздуха на выходе из воздухоподогревателя, отнесенное к теоретически необходимому		-		1,05-0-0=1,05
6	Перетечка воздуха с воздушной стороны в газовую		-	Принимаем равной присосу воздуха в ВП	0,03
7	Количество воздуха на входе в ВП, отнесенное к теоретически необходимому		-		1,05+0,03=1,08
8	Теплоемкость мазута	стл		0,415+0,0006· tтл	0,415+0,0006·100= =0,475
9	Физическое тепло топлива	iтл	ккал/кг		0475 × 100 = 47,5
10	Температура мазута	tтл	°С	Рис. 3.2, [4]	100
11	Температура холодного воздуха	tхв	°С	Принимаем условно без спец. указаний	30
12	Теплосодержание холодного воздуха	Jсхв	ккал/кг	По J-υ табл.	96,75
13	Температура воздуха перед воздухоподогревателем	t¢хв	°С	Принимаем согласно ПТБ	110
14	Теплосодержание воздуха перед воздухоподогревателем	J¢хв	ккал/кг	По I-v табл.	354,8
15	Тепло, внесенное подогретым в калорифере воздухом	Qв.вн	ккал/кг		1,08·(354,8- -96,75)=278,6
1	2	3	4	Продолжение табл. 3.3 5	6
16	Располагаемое тепло топлива	Qрр	ккал/кг		9260+278,6+47,5=9586
17	Температура уходящих газов	υух	°С	принимаем	191
18	Теплосодержание уходящих газов	Jух	ккал/кг	по J-υ табл.	768,7
19	Потери тепла от механического недожига	q4	%	по табл. XX, [4]	0
20	Потери тепла от химического недожига	q3	%	табл. XX, [4]	0,5
21	Потери тепла с уходящими газами	q2	%
22	Потери тепла в окружающую среду	q5	%	рис. 5-1 [4]	0,93
23	Суммарная потеря тепла в котле	Σqi	%	q2+ q3+ q4+ q5	6,93+0,5+0+0,93=8,36
24	КПД котельного агрегата (брутто)	ηк.а.	%	100-Σq	100-8,36=91,64
25	Коэффициент сохранения тепла	J	-
26	Давление за котельным агрегатом	Pпп	кгс/см2	задано	40
27	Теплосодержание перегретого пара	iпп	ккал/кг	iпп=f(tпп; Pпп)	790,5
28	Температура перегретого пара	tпп	ºC	задано	440
29	Температура питательной воды	tп.в.	ºC	задано	145
30	Давление питательной воды	Pп.в.	кгс/см2	задано	48
31	Теплосодержание питательной воды	iп.в.	ккал/кг	табл. XXIV [4]	146,5
32	Тепло, затраченное на получение пара	Qпп	ккал/кг	Д(iпп; iп.в.)	50 000·(790,5- -146,5)=32,2·106

В парогенераторе при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота за вычетом потерь передается рабочему веществу – теплоносителю, в результате получается полезная продукция – водяной пар.

Цель теплового баланса котла заключалась в определении суммарного количества полезно использованного в установке тепла Q_ка = 32,53 ккал/кг и полный и расчетный расход топлива В = В_р =3699кг/ч

Таблица 3.4

Расчет теплообмена в топке

 

№№ п/п	Наименование	Обозначение	Размерность	Формула	Величина
1	2	3	4	5	6
1	Объем топочной камеры	Vт	м	По конструктивной характеристике	152
2	Полная лучевоспринимающая        поверхность	Hлст.т	м	конструктивно	172,1
3	Полная поверхность стен топки	Fст	м	конструктивно	179,9
4	Степень экранирования топки	X	-	конструктивно
5	Лучевоспринимающая поверхность  экранов топки	Hтл	м	конструктивно	179,3
6	Эффективная толщина  излучающего слоя	Sэф	м	См. конструктивный расчет	3,04
7	Давление в топке	P	кгс/см2	Для котлов, работающих без наддува	1,00
8	Суммарная объемная доля трехатомных газов	Pп	-	Табл.	0,255
9	Суммарное парциальное давление газов	Pп	кгс/см2	Рּrn	1,00·0,255=0,255
10	Температура горячего воздуха	tгв	˚С	См. аэродинамический расчет	193
11	Теплосодержание горячего воздуха	I0́"гв	ккал/кг	По I-v таблице	625,8
12	Тепло, вносимое воздухом в топку	Qв	ккал/кг		(1,05-0-0)·625.8+ +(0+0)·96,75= =753.84
1	2	3	4	Продолжение табл. 3.4 5	6
13	Полезное тепловыделение в топке на 1 кг топлива	Qт	ккал/кг
14	Теоретическая температура горения	vа	˚С	По I-v таблице	1998
15	Температура газов на выходе из топки	v́"т	˚С	принимаем	1075
16	Теплосодержание газов на выходе из топки	Í"т	ккал/кг	По I-v таблице	5024.0
17	Средняя суммарная теплоемкость  продуктов сгорания на 1 кг топлива	Cср	ккал/кг
18	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	kг	-	Номограмма 3, [4]	0,5
19	Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами	kс
20	Степень черноты светящегося пламени	асв	-
21	Степень черноты несветящихся  трехатомных газов	ач	-
22	Коэффициент  усреднения	m	-	Зависит от теплового напряжения топочного объема Продолжение табл. 3.4 п.6-06 [4]	0,55
23	Эффективная степень черноты факела	aф	-		0,55·0,74+(1- -0,55)·0,32= =0,54
1	2	3	4	5	6
24	Средний коэффициент тепловой эффективности	ψф	-	См. конструктивный расчет	0,497
25	Степень черноты топочной камеры	aт	-
26	Общая высота топки	Hт	м	Общий вид котла	7,94
27	Высота  расположения осей первого и второго рядов горелок	Hг	м	См. конструктивный расчет	1,73
28	Относительное положение максимума температуры пламени по высоте топки	xт	-	hг/НТ	1,73/7,94=0,218
29	Параметр, учитывающий характер распределения температуры по высоте топки	M	-	См. конструктивный расчет	0,496
30	Температура газов на выходе из топки	v́"т	˚С
31	Теплосодержание газов на выходе из топки	Í"т		По I-v таблице	5014,0
32	Количество тепла, воспринятое в топке на 1 кг топлива	Qтл			0,99·(10089,9- -5014)=5028,3

Таблица 3.5