Пример расчета состава рабочей массы

З а д а ч а.

Определить состав рабочей массы Донецкого угля марки Д, сжигаемого в котельной установке леспромхоза, если состав его горючей массы: С^Г = 75,6 %; Н^Г = 5,5 %; = 4,6 %; N^Г = 1,5 %; О^Г = 12,8 %; зольность сухой массы А^С = 25,0 % и влажность рабочая W^Р = 13,0 %.

Р е ш е н и е: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл. 1.2), определяем зольность рабочей массы топлива

А^Р = А^С · = 25,0 · = 21,75 %.

и находим состав рабочей массы топлива:

С^Р = С^Г · = 75,6 · = 49,33 %;

Н^Р = Н^Г · = 5,5 · = 3,59 %;

= · = 4,6 · = 3,0 %;

N^Р = N ^Г · = 1,5 · = 0,98 %;

О^Р = О^Г · = 12,8 · = 8,35 %.

Для проверки точности вычислений найдем сумму составляющих элементов сухой массы топлива по уравнению (1.4):

C^Р+ H^Р + O^Р + + N^Р + А^Р + W^Р =

= 49,33 + 3,59 + 3,0 + 0,98 + 8,35 + 21,75 + 13 = 100 %.

Приложение 7

Влагосодержание ω (г / нм³сух. газа) при различных температурах

t	ω	t	ω
	4,9		27,6
	5,2		29,3
	5,6		31,1
	6,1		33,1
	6,5		35,1
	7,0		37,3
	7,5		39,6
	8,0		42,0
	8,6		44,5
	9,2		47,3
	9,9		50,1
	10,5		53,1
	11,3		56,2
	12,1		59,6
	12,9		63,1
	13,8		66,8
	14,7		70,8
	15,7		74,9
	16,7		79,3
	17,8		84,0
	19,0		88,8
	20,2		93,0
	21,5		99,5
	22,9		105,0
	24,4		111,0
	26,0		148,0

Приложение 8

Пример расчета рабочего состава природного газа

З а д а ч а.Природный газ Саратовского месторождения.

Состав сухого газа, %

СН	С₂Н	С₃Н	С₄Н	С₅Н	СО	N	Сумма, %
94,0	1,2	0,7	0,4	0,2	0,2	3,3	100,0

Принимаем содержание влаги в газе 1,0 %. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ по формуле (3.7):

= 94,0 · 0,99 = 93,0 %;

= 1,2 · 0,99 = 1,188 ≈ 1,2 %;

= 0,7 · 0,99 = 0,69 ≈ 0,7 %;

= 0,4 · 0,99 = 0,396 ≈ 0,4 %;

= 0,2 · 0,99 = 0,198 ≈ 0,2 %;

= 3,3 · 0,99 = 3,267 ≈ 3,3 %;

Состав влажного рабочего газа ^*, %

СН	С₂Н	С₃Н	С₄Н	С₅Н	СО	N	Н₂О^ВЛ	Сумма, %
93,0	1,2	0,7	0,4	0,2	0,2	3,3	1,0	100,0

__________

^*Точность расчета – один знак после запятой.

Приложение 9

Методика определения теплоты сгорания твердого
и газообразного топлива
(ГОСТ 147 – 95)

Теплоту сгорания топлива определяют экспериментально путем сжигания отобранного топлива в особом приборе, носящим название калориметрической бомбы. Калориметрическая бомба представляет собой стальной сосуд, плотно закрываемый и способный выдержать давление 10 МПа. В этом сосуде сжигается в атмосфере кислорода при давлении 3 МПа брикетик спрессованного топлива массой примерно 1 г. Подсчет выделенного при этом тепла проводится по нагреву воды в калориметре, в который погружена бомба.

Приложение 10

Пример составления теплового баланса КА

З а д а ч а.

Составить тепловой баланс котельного агрегата, если имеются следующие данные о его работе.

Топливо – Донецкий каменный уголь марки Г. Состав рабочей массы: С^Р = 55,2 %; Н^Р = 3,8 %; N^Р = 1,0 %; О^Р = 5,8 %; = 3,2 %; А^Р = 23 %; W^Р = 8,0 %.

Паропроизводительность котельного агрегата D_ПП = 35 кг / с. Расход топлива В_Т = 5 кг / с.

Температура топлива на входе в топку t_Т= 16 ⁰С. Температура воздуха в котельной, который подается в топку t_В= 30 ⁰С. Давление перегретого пара р_ПП = 2,8 МПа, температура перегретого пара t_ПП = 420 ^оС, температура питательной воды t_ПВ = 180 ^оС, величина непрерывной продувки Р = 3,5 %, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода t_ДГ= 200 ^оС. Коэффициент избытка воздуха в топке 1,4; за газоходами 1,55.

Теплоемкость: воды – 4,19 кДж / (кг · К); средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с΄_р_m_В= 1,297 кДж/ (м³∙ К); средняя объемная теплоемкость уходящих газов при постоянном давлении с΄_р_m _ДГ = 1,415 кДж / (м³∙ К).

Содержание в уходящих газах: оксида углерода СО = 0,16 % и трехатомных газов RО₂ = 12 %.

Доля золы: в шлаке a_ПР+ШЛ = 0,81, в уносе a_УН = 0,19. Содержание горючих: в шлаке Г_ПР+ШЛ = 20 %, в уносе Г_УН = 10 %.Температура шлака t_ШЛ = 590 ^оС, теплоемкость шлака с_ШЛ = 0,934 кДж / (кг · К).

Р е ш е н и е:

Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого топлива применительно к установившемуся тепловому режиму котельного агрегата. Уравнение теплового баланса по (9.57) имеет вид:

= Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅+ Q₆, кДж / кг,

или в процентах от располагаемой теплоты топлива (9.58):

q₁+ q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆= 100%,

где – располагаемая теплота; Q₁ – теплота, полезно использованная в котлоагрегате на получение пара; Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; Q₅ – потери теплоты в окружающую среду; Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлака.

Следует отметить, что реальные данные о работе КА получаются путем проведения прямых и косвенных измерений соответствующих величин. Соответственно всегда эти величины определяются с некоторой погрешностью. Это, в свою очередь, приводит к появлению невязки теплового баланса, которая рассчитывается по формуле (9.67):

ΔQ_НЕВ = – (Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆), кДж / кг.

Располагаемая теплота на 1 кг топлива определяется по формуле (9.15):

= + Q_Т+ Q_В, кДж / кг,

где – низшая теплота сгорания рабочей массы твердого топлива, кДж / кг; Q_Т – физическая теплота топлива, т.е. теплота, затраченная на нагрев 1 кг топлива в устройствах, не входящих в состав КА, кДж / кг; Q_В – теплота, вносимая воздухом, кДж / кг.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива определяется по выражению (4.4):

= 338 · C^Р+ 1025 · H^Р – 108,5 · (O^Р – ) – 25 · W^Р, кДж / кг,

где C^Р, H^Р,O^Р, , W^Р– содержание элементов в рабочей массе топлива, %.

Тогда = 338 · 55,2 + 1025 · 3,8 – 108,5 · (5,8 – 3,2) – 25 · 8 =

= 22070,5 кДж / кг.

Физическая теплота топлива по формуле (9.10):

Q_Т = · (t_T – 0) = · t_T,

где – теплоемкость рабочей массы топлива, кДж / (кг ∙ К); t_Т – температура топлива на входе в топку, ^оС.

Теплоемкость рабочей массы топлива рассчитывается как теплоемкость смеси сухого топлива и содержащейся в нем влаги:

, кДж / (кг ∙ К),

где , – теплоемкости сухой массы твердого топлива и воды соответственно, кДж / (кг ∙ К); W^Р– влажность рабочей массы топлива, %.

Теплоемкости сухой массы топлива, в зависимости от типа топлива приведены в прил. 11. Так как по условию задачи топливо – каменный угль, то = 0,962 кДж / (кг ∙ К).

= 1,22 кДж / (кг ∙ К).

Тогда Q_Т= · t_Т = 1,22 · 16 = 19,52 кДж / кг.

В условии задачи не оговаривается, что воздух предварительно нагрет в устройствах, не входящих в КА, тогда в формуле (9.14) Q_В= 0, так как t_В = t_ХВ.

Таким образом, величина располагаемой теплоты рассчитывается по (9.15):

= + Q_Т+ Q_В = 22070,5 + 19,52 + 0 = 22090,02 ≈ 22090 кДж / кг.

Теплота, полезно использованная в котельном агрегатерассчитывается по (9.62),т. к. отсутствует отбор насыщенного пара (т.е. D_НП = 0):

, кДж / кг,

где D_ПП – расход перегретого пара, кг / с; В_Т – расход натурального топлива, кг / с; i_ПП, i_ПВ, i_КВ – соответственно энтальпия перегретого пара, питательной и котловой воды, кДж / кг; Р – коэффициент непрерывной продувки, %.

Энтальпию перегретого пара находим по is-диаграмме при давлении перегретого пара р_ПП = 2,8 МПа и температуре перегретого пара t_ПП = 420 ^оС: i_ПП = 3280 кДж / кг (или по таблицам перегретого пара [19]);

• энтальпию питательной воды находим по таблице насыщенного пара и воды [19] при температуре питательной воды t_ПВ = 180 ^оС: i_ПВ = i ' = 763,1 кДж / кг;

• энтальпию котловой воды находим по таблице насыщенного пара и воды [19] по давлению в котельном агрегате, т.е. при давлении перегретого пара р_ПП = 2,8 МПа: i_КВ = i ' = 990,4 кДж / кг.

= 17681,94 ≈ 17682 кДж / кг.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топливапо (9.39):

1681,70 ≈ 1682 кДж / кг.

= 7,61 %.

, откуда = 0,92.

Это значение будет использовано в дальнейших расчетах.

Потери теплоты с уходящими газамипо (9.44) или (9.45):

, кДж / кг,

где V_Г– объем уходящих газов на выходе из последнего газохода котлоагрегата, нм³/ кг;

с΄_р_m _ДГ – средняя объемная теплоемкость уходящих газов при постоянном давлении, определяемая по t_ДГ, кДж / (нм³ ∙ К);

t_ДГ – температура уходящих газов на выходе из последнего газохода, ^оС;

– действительный объем воздуха, нм³ / кг;

с΄_р_m _В– средняя объемная теплоемкость воздуха, кДж / (нм³ ∙ К);

t_ХВ – начальная температура холодного воздуха, ^оС, принимается в расчете t_ХВ = 30 ^оС [8].

Потери теплоты за счет золы в составе дымовых газов пренебрежительно малы, поэтому в расчете слагаемое не учитывается.

Теоретический объем сухого воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг твердого топлива, определяется по выражению (6.14):

V^О= 0,089 · С^Р+ 0,226 · Н^Р+ 0,033 · ( – О^Р), нм³/ кг,

где С^Р, Н^Р, , О^Р – содержание элементов топлива в % на 1 кг рабочей массы топлива, %.

V^О= 0,089 · 55,2 + 0,226 · 3,8+ 0,033 · (3,2 – 5,8) = 5,68 нм³/ кг.

Определение объема продуктов сгорания ― это сумма объемов сухих газов и водяных паров по (6.31):

V_Г = V_СГ + , нм³/ кг.

Объем трехатомных газов согласно (6.43):

= 1,052 (нм³/ кг).

Теоретический объем азота (при α = 1) по формуле (6.52):

= 4,503 (нм³/ кг).

Действительный объем двухатомных газов, включая избыточный кислород по формуле (6.55):

= (α – 1) · V^О + = (1,55 – 1) · 5,69 + 4,503 = 7,633 (нм³/ кг).

Действительный объем водяных паров по формуле (6.59):

= =

= 0,0124 · (9 · 3,8 + 8) + 0,0161 · 1,55 · 5,69 = 0,665 (нм³/ кг).

Тогда действительный объем продуктов сгорания:

V_Г= V_СГ+ = + + =

= 1,052 + 7,633 + 0,665 = 9,35 нм³/ кг.

Действительный объем воздуха определяем из выражения (6.3):

= α · V^O, нм³ / кг,

где α – коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом; V^О – теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, нм³/ кг (определен по (6.14)).

Таким образом, = 1,55 · 5,69 = 8,82 нм³ / кг.

= (9,35 · 1,415 · 200 + 0 – 8,82 · 1,297 · 30)×0,92 = 2118,63 ≈ 2119 кДж / кг.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива определяются содержанием в продуктах горения СО по (9.53):

Q₃= , кДж / кг,

где C^Р и – содержание углерода и серы в топливе, %; СО – содержание оксида углерода в уходящих газах, %; RO₂ = СО₂+ SО₂ – содержание трехатомных газов в уходящих продуктах сгорания, %.

Q₃= = 175,88 ≈ 176 кДж / кг.

Потери теплоты в окружающую среду определяются с помощью графика зависимости потери теплоты в окружающую среду от производительности котла, рис. 9.3. При производительности котла D = 35 кг / с определяем q₅ = 0,62 %, откуда по (9.58):

= 136,96 ≈ 137 кДж / кг.