42939

Топливо и его использование

Книга

Энергетика

Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 сухого газообразного состава топлива при нормальных условиях (0 °С и 101,3 кПа), на что указывает верхний индекс «» в обозначениях величин объемов.

Русский

2013-11-03

569.93 KB

8 чел.

Министерство образования республики Беларусь

Учреждение образования

Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова

Кафедра энергоэффективных технологий

Расчет Суммарного теплообмена в топке

Учебно-методическое пособие по выполнению

курсовой работы по дисциплине «Топливо и его использование»

для студентов специальности

1-43 01 06 Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент

Минск

2011


Составитель: А.А. Бутько, старший преподаватель кафедры энергоэффективных технологий Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова.

рекомендована к утверждению:

Кафедрой энергоэффективных технологий Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова (протокол № ____ от ______________ 2011 г.);

Научно-методическим советом факультета мониторинга окружающей среды Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова (протокол № ____ от ______________ 2011 г.);

Ответственный за редакцию:     А.А. Бутько

Ответственный за выпуск:      В.А. Пашинский


  1.  Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 сухого газообразного состава топлива при нормальных условиях (0 °С и 101,3 кПа), на что указывает верхний индекс «» в обозначениях величин объемов.

Объемы и массу воздуха и продуктов сгорания при сжигании твердых и жидких топлив в атмосферном воздухе определяются по приведенным ниже формулам:

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания , м3/кг или , кг/кг (при коэффициенте избытка воздуха ):

;  (1.1)

.  (1.2)

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

  1.  азота, , м3/кг:

;    (1.3)

  1.  трехатомных газов, , м3/кг:

;   (1.4)

  1.  водяных паров, , м3/кг:

.   (1.5)

При наличии парового дутья или парового распыления мазута с расходом пара , кг/кг, к величине добавляется величина .

При избытке воздуха () расчет ведется по следующим формулам:

  1.  объем водяных паров , м3/кг:

;    (1.6)

  1.  объем дымовых газов , м3/кг,

;   (1.7)

  1.  объемные доли трехатомных газов и водяных паров равные парциальным давлениям газов при общем давлении смеси 0 °С и 101,3 кПа:

;     (1.8)

и

;     (1.9)

  1.  концентрация золы в продуктах сгорания , кг/кг:

,     (1.10)

где – доля золы топлива, уносимой газами; при твердом шлакоудалении; – масса продуктов сгорания, кг/кг, определяемая по формуле:

.    (1.11)

При наличии парового дутья или парового распыления мазута к величине , добавляется расход пара .

Объемы и массу воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1м3 сухого газообразного топлива в атмосферном воздухе определяются по следующим формулам:

  1.  теоретическое количество воздуха , м33:

, (1.12)

где – число атомов углерода; – число атомов водорода;

  1.  теоретический объем азота , м33:

;    (1.13)

  1.  объем трехатомных газов, , м33:

;   (1.14)

  1.  теоретический объем водяных паров, , м33:

,  (1.15)

где  – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3.

Объемы и объемные доли газов при () рассчитываются по аналогии с формулами (1.6-1.9).

Масса дымовых газов , кг/м3, определяется по формуле:

,    (1.16)

где  – плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/м3, определяется по формуле:

.  (1.17)

Избыточное количество воздуха для каждого газохода определяется по формуле:

,     (1.18)

где  – средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева.

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу. Расчет объемов продуктов сгорания рекомендуется вести согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1. Объемы газов, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы

№ п./п.

Величина

Размерность

Теоретические объемы:

=      м3/кг; м33

=      м3/кг; м33

=      м3/кг; м33

=      м3/кг; м33

Газоход

1.

Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева

2.

3.

м3/кг,

м33

4.

м3/кг,

м33

5.

м3/кг,

м33

6.

7.

8.

9.

кг/кг

10.

кг/кг

  1.  Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия дымовых газов на 1 кг или 1 м3 топлива, кДж/кг (кДж/м3), определяется по формуле:

,    (2.1)

где  – энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха и температуре , °С, кДж/кг, (кДж/м3); – энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре , °С, кДж/кг, (кДж/м3).

Энтальпию газов  при коэффициенте избытка воздуха и температуре , °С, кДж/кг (кДж/м3), определяют по формуле:

,   (2.2)

где , , – теоретические объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара, м3/кг (м33); , , – энтальпии 1м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров, (кДж/м3)

Энтальпию теоретически необходимого количества воздуха  при температуре , °С, кДж/кг (кДж/м3), определяют по формуле:

,     (2.3)

где – теоретический объем сухого воздуха, м3/кг (м33);  – энтальпия 1 м3 воздуха кДж/кг (кДж/м3).

Теоретические объемы сухого воздуха и газов, , вычисляют по (1.1-1.5) для твердого (жидкого) и (1.12-1.15) для газообразного.

Энтальпии 1 м3 влажного воздуха , углекислого газа , азота и водяных паров определяются по табл. 1.2.

Таблица 1.2. Энтальпия 1 м3 воздуха, газообразных продуктов сгорания, кДж/м3 и 1 кг золы, кДж/кг.

, °С

, °С

кДж/м3

кДж/кг

кДж/м3

кДж/кг

100

171,7

130,1

150,5

132,7

80,8

1400

3239

2009

2559

2076

1583

200

360

261

304

267

169

1500

3503

2166

2779

2236

1759

300

563

394

463

403

264

1600

3769

2324

3002

2403

1879

400

776

529

626

542

360

1700

4036

2484

3229

2567

2064

500

999

667

795

685

458

1800

4305

2644

3458

2732

2186

600

1231

808

969

830

560

1900

4574

2804

3690

2899

2387

700

1469

952

1149

979

662

2000

4844

2965

3926

3066

2512

800

1712

1098

1334

1129

767

2100

5115

3127

4163

3234

900

1961

1247

1526

1283

875

2200

5386

3289

4402

3402

1000

2213

1398

1723

1438

984

2300

5658

3452

4643

3571

1100

2458

1551

1925

1595

1097

2400

5930

3615

4888

3740

1200

2717

1705

2132

1754

1206

2500

6203

3778

5132

3910

1300

2977

1853

2344

1914

1361

К энтальпии дымовых газов следует добавлять энтальпию золы , кДж/кг, определяемую по формуле:

,     (2.4)

где – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг; – доля золы топлива, уносимой газами, принимаемая по табл. 1.4, 1.5, 1.7.

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу. Расчет энтальпий продуктов сгорания рекомендуется вести согласно табл. 1.3.

Таблица 1.3. Энтальпия продуктов сгорания ( – таблица)

№ п./п.

,

°С

,

кДж/кг

(кДж/м3)

,

кДж/кг

(кДж/м3)

,

кДж/кг

,

кДж/кг (кДж/м3)

При составлении – таблицы для каждого определяются значения в области, перекрывающей ожидаемый диапазон температур в газоходе, и – приращение энтальпии для заданного интервала температур.

Данные табл. 1.3 позволяют с помощью линейной интерполяции в интервале 100 °С в следующих расчетах по температуре продуктов сгорания определять их энтальпию по формуле:

   (2.5)

или, наоборот, по энтальпии продуктов сгорания – их температуру:

,    (2.6)

где , – энтальпии, соответствующие большей и меньшей температурам искомого интервала температур, приведенным в табл. 1.3; – температура, для которой рассчитывается энтальпия, °С; – температура, соответствующая меньшей энтальпии искомого интервала, °С; – энтальпия, по значению которой определяется температура.

  1.  Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициент избытка воздуха в топке , соответствующий составу газов в конце топки, принимается в зависимости от типа топочного устройства и рода сжигаемого топлива по данным табл. 1.4-1.7.

Коэффициенты избытка воздуха  заданы, исходя из величин потерь от механического недожога, приведенных в табл. 1.4-1.7.

При сжигании пыли в смеси с газом или мазутом коэффициент избытка воздуха принимается, как для твердого топлива.

Величина коэффициента избытка воздуха в сечении газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, определяемая по формуле:

,     (3.1)

где – номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания; коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.

Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Поэтому прежде всего следует выбрать способ сжигания топлива и конструкцию принимаемой к установке топки.

При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха принимаются нормативными данными. Значения расчетных присосов воздуха для промышленных паровых и водогрейных котлов приведены в табл. 1.8.

Таблица 1.8. Присосы воздуха в котлах при номинальной нагрузке

№ п./п.

Элементы газового тракта котла

Присос воздуха

1.

Топочные камеры пылеугольных и газомазутных котлов

Газоплотные

0,02

С металлической обшивкой труб экрана

0,05

С обмуровкой и металлической обшивкой

0,07

С обмуровкой и без обшивки

0,10

2.

Топочные камеры слоевых топок

Механические

0,10

Полумеханические

0,30

3.

Газоходы конвективных поверхностей нагрева

Газотопливный газоход от топки до воздухонагревателя (величина присоса распределяется равномерно по расположенным в газоходе поверхностям нагрева)

0,02

Негазоходные газоходы:

Фестон, ширмовый пароперегреватель,

0,00

Первый котельный пучок производительностью > 50 кг/с

0,05

Второй котельный пучок производительностью ≤ 50 кг/с

0,10

Первичный перегреватель

0,03

Промежуточный перегреватель

0,03

Переходная зона прямоточного котла

0,03

Экономайзер котлов производительностью > 50 кг/с (на каждую ступень)

0,02

Экономайзер котлов производительностью ≤ 50 кг/с:

стальной

0,08

чугунный с обшивкой

0,10

чугунный без обшивки

0,20

Трубчатые воздухоподогреватели:

для котлов производительностью > 50 кг/с

0,03

для котлов производительностью ≤ 50 кг/с

0,06

Регенеративные воздухоподогреватели (вместе «горячая» и «холодная» набивки)

для котлов производительностью > 50 кг/с

0,15

для котлов производительностью ≤ 50 кг/с

0,20

Пластинчатые воздухоподогреватели (каждая ступень)

0,10

4.

Золоуловители

Электрофильтры

для котлов производительностью > 50 кг/с

0,10

для котлов производительностью ≤ 50 кг/с

0,15

Циклонные и батарейные

0,05

Скрубберы

0,05

5.

Газоходы за котлом

Стальные (на каждые 10 погонных метров)

0,01

Кирпичные борова (на каждые 10 погонных метров)

0,05

Расчетная величина присоса воздуха в газоходах котла при пониженной нагрузке определяется по формуле:

.     (3.2)

Присос воздуха в топку при пониженной нагрузке определяется по формуле:

,    (3.3)

где , – значения номинальной и пониженной нагрузок; , присосы при номинальной нагрузке.

Значения коэффициента избытка воздуха в топке , приведенные в таблицах 1.4-1.7, принимаются при производительности котла:

  1.  100-70 % при сжигании твердого топлива;
  2.  100-50 % при сжигании мазута и газа.

При работе котла на твердом топливе и производительностью от 70 до 50 %:

.    (3.4)

При работе котла на газе и мазуте производительностью от 50 до 30 %:

.    (3.5)


Таблица 1.4. Расчетные характеристики камерных топок с твердым ш2лакоудалением для котлов производительностью ≥ 10 кг/с

п./п.

Топливо

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, 

Тепловое напряжение объема по условиям горения, , кВт/м3

Тонкость пыли

Потеря тепла от механической неполноты сгорания

Доля золы уносимая газами

,

%

, %

в зоне активного горения , %

в топке  ,

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Антрацитовый штыб

1,20-1,251)

140

6-7

0

15

7-8

0,95

2.

Тощие угли

1,20-1,251)

160

8-10

0

10

5

0,95

3.

Каменные угли с выходом летучих веществ ≥ 25 %

1,15-1,201)

175

20-25

0

8

1,0-1,52)

0,95

4.

Отходы обогащения и ОК-II

1,15-1,201)

160

20

0

10

2-32)

0,95

5.

Бурые угли:

5.1.

малозольные с  ≤ 1кг∙%/МДж

1,20-1,253)

180

40-50

0,8-1,0

3-4

0,5

0,95

5.2.

многозольные с  >

1 кг∙%/МДж

1,20-1,253)

180

40-50

0,8-1,0

5

1-22)

0,95

5.3.

многозольные с теплотой сгорания < 20 МДж/кг

1,20-1,253)

180

40-50

0,8-1,0

10

3-4

0,95

6.

Фрезерный торф

1,20

160

0,5-1,0

0,95

7.

Сланцы

1,15-1,201)

120

35

0

3

0,5

0,95

1) Меньшее значение – для топок с газоплотными экранами;

2) Меньшее значение – для малозольных топлив с ≤ 1,4 кг∙%/МДж, большее для топлив повышенной зольности; 

3) Большее значение – при газовой сушке и низкотемпературном сжигании углей.


Таблица 1.5. Расчетные характеристики камерных топок с жидким шлакоудалением для котлов производительностью ≥ 45 кг/с

Топливо

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, 

Тепловое напряжение сечения зоны активного горения,

, МВт/м2

Тепловое напряжение объема

Потеря тепла от механической неполноты сгорания

Доля золы уносимая газами

Тонкость пыли

,

%

топки по условиям горения,

, кВт/м3

камеры сгорания, , кВт/м3

в зоне активного горения

, %

в топке

,

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

  1.  Открытые топки

1.1.

Антрацитовый штыб

1,20-1,25

3,8-4,0

145

450-500

12

6

0,90

6-7

1.2.

Тощие угли

1,20-1,25

5,2

185

600-700

10

4

0,85

8-10

1.3.

Каменные угли

1,15-1,20

5,2

185

600-700

8

0,5

0,80

20-25

1.4.

Бурые угли

1,15-1,20

5,2

210

700-800

5

0,3

0,65-0,80

40-50

  1.  Полуоткрытые топки

2.1.

Антрацитовый штыб

1,20-1,25

4,8-5,0

170

600-700

12

6

0,90

6-7

2.2.

Тощие угли

1,20-1,25

5,7

200

600-700

10

4

0,85

8-10

2.3.

Каменные угли

1,20-1,25

5,2

200

700-800

8

0,5

0,70-0,80

20-25

2.4.

Бурые угли

1,20

5,2

230

700-800

5

0,3

0,65-0,70

40-50

1) При открытых топках – зоны ошипованного пояса;

2) Меньшее значение – для топок с газоплотными экранами;

3) Меньшее значение – для топочных устройств с тангенциальным расположением горелок.

Таблица 1.6. Расчетные характеристики камерных топок газомазутных котлов производительностью ≥ 45 кг/с

п./п.

Топливо

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки,

Тепловое напряжение объема топки по условиям горения,

, кВт/м3

Суммарный недожог , %

при нагрузках котла в процентах от номинальной

 = 100

70 ≤  < 100

 < 70

1.

Мазут

1,02-1,031)

200-220

0,10-0,15 (0,15-0,20)2)

0,15-0,20 (0,20-0,25)2)

0,30-0,40(0,40-0,50)2)

2.

Природный газ

1,03-1,051)

200-220

0,05-0,07

0,05-0,10

0,10-0,15

1) Меньшее значение – для топок с газоплотными экранами;

2) Значение в скобках – для топок, не оборудованных газоплотными цельносварными экранами.


Таблица 1.7. Расчетные характеристики слоевых топок для котлов производительностью 1 кг/с

№ п./п.

Топливо

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, 

Видимое

теплонапряжение

Потери тепла

Доля золы уносимая газами

Температура дутьевого воздуха

, °С

зеркала горения,

, кВт/м2

объема

топки,

, кВт/м3

от химической неполноты сгорания

, %

со шлаком , %

с уносом , %

суммарная от механического недожога

, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

  1.  Топки с пневмомеханическими забрасывателями и цепными решетками обратного хода

1.1

Каменные угли:

1.1.1.

- типа донецкого, печерского и др. марок Г, Д, Ж = 5,5

1,3-1,61)

1390-1750

290-470

до 0,1

2,5

4,5

7,0

15,0

30

1.1.2.

- типа сучанского марок Г, Д, = 6,5

1,3-1,61)

1270-1520

290-470

до 0,1

3,0

5,0

8,0

15,0

30

1.1.3.

- кузнецкие марок Г, Д,

= 2,7

1,3-1,61)

1390-1750

290-470

до 0,1

1,5

2,0-5,02)

4,0-7,02)

15,0

30

1.1.4.

- кузнецкие марок ГСС,

= 2,2

1,3-1,61)

1390-1750

290-470

до 0,1

3,0

12,0

15,0

35,0

30

1.2.

Бурые угли:

1.2.1.

- типа ирша-бородинского

= 1,8, = 8,9

1,3-1,61)

1390-1750

290-470

до 0,1

0,5

4,0

4,5

50,0

до 200

1.2.2.

- типа назаровского

= 2,4, = 12,5

1,3-1,61)

1270-1520

290-470

до 0,1

1,0

4,0

5,0

50,0

до 200

1.2.3.

- типа азейского

= 4,0, = 6,5

1,3-1,61)

1390-1750

290-470

до 0,1

1,5

4,0

5,5

50,0

до 200

  1.  Топки с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками

2.1.

Антрацит:

2.1.1

- донецкий марок АС, АМ,  АО

= 4,0

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

5,0

6,0

11,0

15,0

30

2.2..

Каменные угли:

2.2.1.

- типа донецкого, печерского и др. марок Г, Д, Ж = 5,5

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

4,0

4,0

8,0

15,0

30

2.2.2.

- кузнецкие марок Г, Д,

= 2,7

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

3,5

3,0

6,5

20,0

30

2.2.3.

- кузнецкие марок Г, СС,

= 2,2

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

4,0

8,0

12,5

20,0

30

2.3.

Бурые угли:

2.3.1.

- типа ирша-бородинского

= 1,8, = 8,9

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

2,0

3,0

5,0

20,0

до 200

2.3.2.

- типа назаровского

= 2,4, = 12,5

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

20,0

до 200

2.3.3.

- типа азейского

= 4,0, = 6,5

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

3,0

3,5

6,5

20,0

до 200

  1.  Топки с цепной решеткой прямого хода

3.1.1

Антрацит: донецкий марок

АС, АМ,  АО = 4,0

до 1,6

900-1200

290-470

до 0,1

5,0

5,0

10,0

10,0

30

  1.  Шахтные топки с наклонной решеткой

4.1.1

Торф кусковой

= 2,6, = 40,0

1,4

1100

300

2,0

1,0

1,0

2,0

200-250

4.1.2

- древесные отходы

= 50,0

1,4

500

300

2,0

2,0

2,0

200-250

  1.  Шахтно-цепные топки

5.

Торф кусковой

= 3,0, = 40,0÷50,0

1,3

1500-1900

250-400

1,0

2,0

250

  1.  Топки скоростного горения

6.1.

Щепа = 50,0

1,2

5000-6000

300

1,0

2,0

2,0

200-250

6.2.

Дробленые отходы и опилки= 50,0

1,3

2000-4000

300

1,0

2,0/4,03)

2,0/4,03)

200-250

1) Большее значение – для котлов производительностью менее 3 кг/с;

2) Большее значение – для углей марки Г;

3) При наличии на котле устройств возврата уноса принимается меньшая величина.


  1.  Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла , и тепловых потерь , , , и . На основании теплового баланса вычисляют КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива при 0 °С и 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид, кДж/кг (кДж/м3):

.   (4.1)

Располагаемое тепло 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива определяется соответственно по формулам:

  1.  для твердого (жидкого) топлива:

,    (4.2)

  1.  для газообразного топлива:

.     (4.3)

где ,  – низшая теплота сгорания рабочей массы твердого (жидкого) и сухой массы газообразного топлива, кДж/кг (кДж/м3);  – физическое тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3);  – тепло, затраченное на разложение карбонатов при сжигании сланцев, кДж/кг;  – коэффициент разложении карбонатов.

Физическое тепло топлива , кДж/кг (кДж/м3) определяют по формуле:

,     (4.4)

где  – температура рабочего топлива, °С. Учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогрето посторонним источником тепла, а также при сушке по разомкнутому циклу;  – теплоемкость рабочего топлива, кДж/(кг∙К), определяемая по формулам: 

  1.  для твердого топлива:

,    (4.5)

где  – теплоемкость сухой массы топлива, кДж/(кг∙К), принимается по табл. 1.9.

Таблица. 1.9. Теплоемкость сухой массы твердого топлива, кДж/(кг∙К),

№ п./п.

Топливо

Температура, °С

0

100

200

300

400

1.

Антрацит и тощий уголь

0,92

0,96

1,05

1,13

1,17

2.

Каменный уголь

0,96

1,09

1,26

1,42

3.

Бурый уголь

1,09

1,26

1,47

4.

Сланцы

1,05

1,13

1,30

5.

Фрезерный торф

1,30

1,51

1,80

  1.  для мазута при температуре :

при < 100 °С  ;   (4.6)

при = 100-150 °С ;   (4.7)

  1.  для газообразного топлива, отнесенная к 1 м3 сухого газа:

. (4.8)

Тепло, затраченное на разложение карбонатов при сжигании сланцев , кДж/кг, определяют по формуле:

,     (4.9)

где  – коэффициент разложении карбонатов: при слоевом сжигании 0,7; при камерном – 1,0.

Потеря тепла с уходящими газами определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и холодного воздуха, %:

,   (4.10)

где  – энтальпия уходящих газов при избытке воздуха и температуре , кДж/кг (кДж/м3), определяется по диаграмме;  – энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, на входе в воздушный тракт, кДж/кг (кДж/м3);  – потеря от механической неполноты сгорания, %.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха  на входе в воздушный тракт, кДж/кг (кДж/м3), определяют по формуле:

,   (4.11)

где  – влагосодержание воздуха, в обычных условиях принимаемое 10 г/кг; , – средние весовые теплоемкости водяного пара и сухого воздуха для заданных условий, кДж/кг К;  – температура воздуха в котельной, °С.

Температура холодного воздуха принимается равной 30 °С, если не задана другая величина.

Потеря тепла от химической неполноты сгорания , %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в уходящих газах, определяется по формуле:

.     (4.12)

При сжигании твердых топлив камерных топках принимается по табл. 1.4-1.5, при сжигании жидких и газообразных топлив – по табл. 1.6, при сжигании твердых топлив в слоевых топках – по табл. 1.7.

Потеря тепла от механической неполноты сгорания определяется недожогом топлива в шлаке, провале и уносе (при частичном возврате последнего в топку учитывается унос, не уловленный устройствами для возврата).

Величина, %, рассчитывается по формуле:

,  (4.13)

где , – доли золы топлива в шлаке, провале и уносе, %; , – содержание горючих в шлаке, провале и уносе, %.

Значения для камерных топок с твердым и жидким шлакоудалением даны в табл. 1.4-1.5, в табл. 1.7  и и суммарные значения для слоевых топок. При значительном отклонении зольности от указанной в табл. 1.7 при сжигании в слоевых топках, а также при надежных данных о значениях  и , рассчитывается по формуле (4.13).

Потеря тепла от наружного охлаждения зависит от большого числа факторов и главным образом от размеров и конструкции котла и топки, теплопроводности материала и толщины стенок обмуровки, тепловой производительность котлоагрегата, температуры наружного слоя обмуровки и окружающего воздуха и т. д.

Потеря тепла от наружного охлаждения для стационарных паровых котлов принимается по табл. 1.10.

Таблица 1.10. Потеря тепла от наружного охлаждения для стационарных котлов, %.

№ п./п.

Номинальная

производительность котла

Потеря теплоты, %

кг/с

т/ч

Собственно котел

Котел с хвостовыми поверхностями

1.

0,55

2

3,4

3,8

2.

1,11

4

3,1

2,9

3.

1,67

6

1,6

2,4

4.

2,22

8

1,2

2,0

5.

2,78

10

1,7

6.

4,16

15

1,5

7.

5,55

20

1,3

8.

8,33

30

1,2

9.

11,11

40

1,0

10.

16,66

60

0,9

11.

22,22

80

0,8

12.

27,77

100

0,7

13.

55,55

200

0,6

14.

83,33

300

0,5

Потеря тепла от наружного охлаждения для водогрейных котлов принимается по табл. 1.11. или рис. 1.

Таблица 1.11. Потеря тепла от наружного охлаждения для стационарных водогрейных котлов, %.

№ п./п.

Номинальная мощность котла, МВт

Потеря теплоты, %

№ п./п.

Номинальная мощность котла, МВт

Потеря теплоты, %

1.

1

5

6.

20

1,2

2.

2

3

7.

30

1,0

3.

3

2

8.

40

0,9

4.

5

1,7

9.

60

0,7

5.

10

1,5

10.

100

0,5

Рис. 2.1. Потери тепла от наружного охлаждения:

1 – котельный агрегат (с хвостовыми поверхностями); 2 – собственно котла (без хвостовых поверхностей).

При нагрузках, отличающихся от номинальной более чем на 25 %, величина пересчитывается по формуле:

  1.  для парового котла:

;     (4.14)

  1.  для водогрейного котла:

,    (4.15)

где , – потеря тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового и водогрейного котла, % (принимаемая по табл. 2.2, 2.3); , , ,  – номинальная и фактическая нагрузка парового и водогрейного котла соответственно, кг/с (т/ч), МВт.

Разбивка потери тепла от наружного охлаждения котла по отдельным газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Доли этой потери, приходящиеся на отдельные газоходы, для упрощения принимаются пропорционально количеству тепла, отдаваемого газами в соответствующих газоходах. Поэтому при определении количества тепла, отданного газами, потери наружного охлаждения учитываются введением коэффициента сохранения тепла определяемого по формуле:

.     (4.16)

Потеря с теплом шлака вводится в расчет для всех твердых топлив при камерном сжигании с жидким шлакоудалением и слоевом. При камерном сжигании с твердым шлакоудалением может не учитываться при .

Потеря тепла определяется по формуле:

,    (4.17)

где ;  – находится по данным табл. 1.4, 1.5 и 1.7.

Температура золы (шлака) принимается равной:

  1.  при твердом шлакоудалении принимается равной – 600 °С;
  2.  при жидком шлакоудалении – температуре начала нормального жидкого шлакоудаления ;
  3.  при отсутствии данных – температуре жидкоплавного состояния золы увеличенной на 100 °С.

Суммарная потеря тепла в топке определяется по формуле, %:

.   (4.18)

КПД парового или водогрейного котла (брутто) по уравнению обратного баланса имеет следующий вид, %:

.    (4.19)

Полное количество тепла , полезно использованное в котельном агрегате определяется по формуле: 

  1.  для парового котла:

,   (4.20)

где – количество (расход) выработанного перегретого пара, кг/с; где – количество (расход) выработанного насыщенного пара, кг/с; , , , – энтальпия перегретого пара, питательной воды, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг; – расход воды на продувку котла, кг/с, (для прямоточных сепараторных котлов – продувка сепаратора), с энтальпией при кипении , кДж/кг, подсчитываемой по давлению в барабане (сепараторе) котла , где – процент продувки, %. При величине продувки меньше 2 % тепло продувочной воды может не учитываться;

  1.  для водогрейного котла:

,     (4.21)

где – расход воды через водогрейный котел, кг/с; , – энтальпия холодной и горячей воды (на входе и выходе водогрейного кола, кДж/кг.

Расход топлива , кг/с (м3/с), подаваемого в топку, определяют по формуле:

,     (4.22)

где – тепло, внесенное в топку паровым дутьем (форсуночным паром) определяемое по формуле:

,     (4.23)

где , – расход и энтальпия пара на дутье или распыление топлива, кг/кг и кДж/кг.

Определение объемов продуктов сгорания и воздуха, а также тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива , кг/с (м3/с), вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания, определяется по формуле:

.     (4.24)

При сжигании газообразного и жидкого топлив = 0 и значение , (м3/с), (кг/с).

  1.  Расчет суммарного теплообмена в топке

Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основывается на приложении теории подобия к топочным процессам. Для расчета теплообмена в однокамерных  полуоткрытых топках используется формула, связывающая безразмерную температуру газов на выходе из топки , с критерием Больцмана , степенью черноты топки и параметром , учитывающим характер распределения температур по высоте топки.

Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры  определяется по формуле:

.

Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры  представляет собой отношение действительной абсолютной температуры на выходе из топки  к абсолютной теоретической температуре продуктов сгорания .

Под теоретической температурой сгорания (адиабатной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экранными поверхностями нагрева.

Критерий Больцмана представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение между конвективным переносом теплоты и излучением абсолютно черного тела при температуре рассматриваемого элемента.

Критерий Больцмана определяют по формуле:

,

где  – коэффициент сохранения теплоты;  – расчетный расход топлива, кг/с;  – площадь поверхности стен топки, м2;  – среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;  – средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур , кДж/(кг∙К); 5,67∙10-8 – коэффициент абсолютно черного тела, Вт/(м2∙К4);  – абсолютная теоретическая температура продуктов сгорания, К.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1м3), кДж/(кг∙К) (кДж/(м3∙К)), топлива определяется по формуле:

,

где – энтальпия продуктов сгорания 1 кг (1м3) топлива при температуре , избытке воздуха на выходе из топки .

Адиабатическая температура горения, определяется по полезному тепловыделению в топке при избытке воздуха .

Полезное тепловыделение в топке , кДж/кг (кДж/м3) определяется по формуле:

,

где – располагаемое тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3); , , – потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей и воды, %; – тепло, вносимое в топку паровым дутьем, кДж/кг; – тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/кг (кДж/м3).

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана  на коэффициент , учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией:

.

Угловым коэффициентом называется отношение количества энергии, посылаемой на облученную поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене.

Угловой коэффициент экрана определяется по формуле:

,

где – относительный шаг труб настенного экрана.

Коэффициент , учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией, принимается по табл. 1.12.

Таблица 1.12. Условный коэффициент загрязнения поверхности

№ п./п.

Пит экрана

Топливо

  1.  Настенные гладкотрубные и мембранные цельносварные экраны в камерных топках

1.1.

Газообразное

0,65

1.2.

Мазут

0,55

1.3.

Пыль тверых топлив:

1.3.1.

антрацитовый штыб, тощий уголь;

0,45

1.3.2.

каменные и бурые угли средней шлакующей способности;

0,45

1.3.3.

каменные и бурые угли высокой шлакующей способности;

0,35-0,40

1.3.4.

фрезерный торф

0,45

1.3.5.

сланцы

0,25

  1.  Настенные гладкотрубные и плавнековые экраны в слоевых топках

2.1.

Все топлива

0,60

  1.  Ошипованные экраны, покрытые огнеупогной массой

3.1.

Все топлива

0,20

  1.  Экраны, закрытые шамотным кирпичом

4.1.

Все топлива

0,10

Эффективная толщина излучающего слоя в топке , м, определяется по формуле:

,

где и – объем и поверхность стен топочной камеры, м3 и м2.

При сжигании мазута и газа коэффициент поглощения топочной среды рассчитывается с учетом относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами сажи), характеризуемым коэффициентом . Расчет производится по формуле:

.

При сжигании мазута в газоплотных котлах ; для негазоплотных котлов . При сжигании природного газа и для других газов , кроме доменного, для которого

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи , 1/(м∙МПа), определяется по формуле:

,

где – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки; – соотношение атомов углерода и водорода в рабочей массе топлива.

При сжигании газа:

,

где и – количество атомов углерода и водорода в соединении.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по формуле:

,

где – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания определяемый по формуле:

,

где – суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания; – давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов работающих без наддува, принимается = 0,1 МПа);  – температура газов на выходе из топки, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент поглощения лучей частицами золы определяется по формуле:

,

где – концентрация золы в продуктах сгорания, кг/кг; – коэффициент для топок с твердым шлакоудалением принимается по табл. 1.13.

Таблица 1.13. Коэффициент  для топок с твердым шлакоудалением

п./п.

Вид топлива

1.

АШ

1,00

2.

Каменный уголь и тощий уголь

0,80

3.

Бурый уголь

0,75

4.

Сланец

0,75

5.

Торф

0,60

Коэффициент поглощения лучей частицами кокса  принимается по табл. 1.14.

Таблица 1.14. Коэффициент поглощения частицами кокса

п./п.

Вид топлива

, 1/(м∙МПа)

1.

АШ, тощий уголь

0,25

2.

Каменный уголь

0,20

3.

Бурый уголь, сланец, торф

0,10

Для слоевых топок принимается .

Степенью черноты топки  называют отношение излучательной способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты зависит от излучательной способности пламени факела (слоя горящего топлива), конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.

Степень черноты факела определяется по формуле:

  1.  для твердого топлива: 

,

  1.  для жидкого и газообразного топлива: 

,

где  – коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимаемая по табл. (1.15); , – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами.

Таблица 1.15. Доля топочного объема, заполненная светящейся частью факела

Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объема

Коэффициент

Газ при сжигании светящимся факелом с ≤ 400 кВт/м2

0,1

То же при ≥ 1000 кВт/м2

0,6

Мазут при ≤ 400 кВт/м2

0,55

То же при ≥ 1000 кВт/м2

1,0

Примечание. При удельных нагрузках топочного объема больше 400 и меньше 1000 кВт/м2 коэффициент определяется линейной интерполяцией.

Удельная нагрузка топочного объема определяется по формуле:

.

Значения и определяются по формулам:

;

.

Степень черноты топки определяется по формуле:

  1.  для слоевых топок

,

где  – площадь зеркала горения (м2), определяемая по формуле:

,

где  – удельная нагрузка зеркала горения, принимается по табл. (1.5, 1.7) в зависимости от конструкции топки, кВт/м2;

  1.  для камерных топок при сжигании твердого топлива:

;

  1.  для камерных топок при сжигании жидкого топлива и газа:

.

Параметр , учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максимума температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Завит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на стенах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры. Под относительным расположением горелок понимают отношение высоты расположения осей горелок (отсчитываемой от пода топки или от середины холодной воронки) к общей высоте топки.

Для однокамерных топок параметр  определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки .

При сжигании мазута и газа:

.

При камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив:

.

При камерном сжигании малореакционных твердых топлив (АШ и Т), а также каменных углей с повышенной зольностью:

.

Значение характеризует относительную высоту положения зоны максимальных температур в топке. Для большинства видов топлив максимум температур по высоте топочной камеры практически совпадает с уровнем расположения горелок, тогда:

,

где  – высота размещения горелок от пода топки (при жидком шлакоудалении) или от середины холодной воронки (при твердом шлакоудалении); – расчетная высота заполняющего топку факела от низа топки до середины выходного газового окна.

Действительная температура газов на выходе из топки , °С, определяется по формуле:

.

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой ранее. Если расхождение между полученной температурой  и ранее принятой на выходе из топки не превысит ± 5 %, то расчет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточненным, значением температуры на выходе из топки и весь расчет повторяется.

ЛИТЕРАТУРА:

  1.  Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. Наука, 1971. – 358 с.
  2.  Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред проф. К.Ф. Роддатиса. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.
  3.  Тепловой расчет котлов (нормативный метод). Издание третье, переработанное и дополненное. Под ред. С.И. Мочана и др. Спб.: – 1998, С. 257.
  4.  Щеголев М.М. Топливо, топки и котельные установки. – М.: Изд-во литературы по строительству и архитектуре, 1953. – 544 с.
  5.  Эстеркин Р.С. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 280 с.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59556. Видозміна та декоративна обробка об’ємної форми 48.5 KB
  Виконати ескіз предмета побуту на вибір: підсвічник; ваза; чайник із чашкою; світильник з видозміною форми: у вигляді рослини тварини або іншого предмету з урахуванням принципу підходу до виготовлення творів декоративноприкладного мистецтва.
59557. Виховуємо на традиціях рідного народу 46 KB
  Для мене особисто стало доброю традицією розповідати кожному поколінню моїх вихованців про рушники. І вже на конкретних прикладах можна показати різні за призначенням рушники: утирачі стирки покутники плечові подарункові весільні.
59558. Голодомор. Сценарій уроку 79.5 KB
  То ж пом’янемо хоч сьогодні із запізненням у декілька довгих десятиліть мовчання тих великомучеників нашої тяжкої історії мільйони українських селян жертв небаченого в історії людської цивілізації голодомору. Та забути жахи голодомору люди не могли.
59559. Інтегрований урок з основ економіки. Гроші, їх види та функції 71 KB
  Механізми що приводять у дію економіку досить складні але один з найдавніших і важливих гроші. Як економічний механізм гроші відомі нам з раннього дитинства з першої монетки чи банкноти. Рольова гра учні класу виступають у ролі представників наукових і фінансових структур.
59560. Гурток англійської мови 75 KB
  People of different countries celebrate Christmas in various ways. But some traditions of celebrating it are common for all the countries. Two of them should be mentioned here. They are to decorate Christmas tree and to light candles.
59561. Засоби масової інформації 39 KB
  Мета та завдання: познайомити учнів із поняттям засобів масової інформації її інформаційними функціями розвивати вміння знаходити інформацію та користуватись нею аналізувати її розвивати критичне ставлення до подачі інформації.
59562. Здоров’я — мудрих гонорар день здоров’я для вчителів 70.5 KB
  Учителям пропонується пройти стежиною здоров’я. Маршрут стежки здоров’я Перша зупинка Канони здоров’я знайомство з основними заповідями Салернського кодексу здоров’я медичного трактату XIV століття. Друга зупинка Сонячна вибір із палітри фарб кольору здоров’я відбиття власного настрою у виборі вираження обличчя.
59563. Здрастуй, рідна школо! 76.5 KB
  Обладнання: прапори країн; карта світу; стенд присвячений організації ЮНЕСКО; стенди із символікою школи гімн герб прапор з історією виникнення розвитку й досягнень школи; на партах література книги журнали країн світу магнітофон музичні записи; різні сувеніри на яких написано...
59564. Знайомство з історією 38.5 KB
  Знаряддя праці зброя місце поховань храми фундаменти будівель це: а речові історичні джерела; б писемні історичні джерела; в усні історичні джерела. Які історичні джерела допомагають відтворити побачити минуле...