 |
|
Тепловой баланс котла
Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступлением в котел количеством тепла QP и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 . На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.
Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1м3 газообразного топлива при 
С и 101,3кПа
4.1Общее уравнение теплового баланса имеет вид [1,с.28]
Qp+Qв .вн+QФ=Q1+Q2+Q3+Q4.+Q5+Q6, кДж/м3
4.2 Коэффициент полезного действия
При расчете котла коэффициент полезного действия определяется из обратного баланса по выражению
, % ,
где 
- потери тепла в котлоагрегате, %.
4.3 Потеря тепла с уходящими газами
Потеря тепла с уходящими газами q2 определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и холодного воздуха [1,с.29]
, %
где 
- энтальпия уходящих газов при избытке воздуха 
и температуре 
=130 оС;
- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт. Температура холодного воздуха принимается равной 30оС.
Энтальпия уходящих газов при избытке воздуха (по формуле интерполяции)
,кДж/кг
кДж/м3(по I-V таблице)
Энтальпия холодного воздуха
, кДж/м3,
, %
Величину 
принимаем равной 0 [1, табл. XX].
4.4 Потери тепла от химической 
и механической неполноты сгорания топлива принимаются по Нормам [1,табл.XX] в зависимости от сжигаемого топлива, типа топочного устройства и способа сжигания.
Суммарный недожог:q3+q4=0,15%.
4.5 Потеря тепла от наружного охлаждения котла
Потеря тепла от наружного охлаждения q5 для стационарных котлов принимается по рисунку.2 
% ,т.к. D=19 т\ч.
Рис.2 Потери тепла от наружного охлаждения
1 - котельный агрегат (с хвостовыми поверхностями);
2 - собственно котел (без хвостовых поверхностей).
4.6 Суммарные потери тепла в котле
, % 
%
4.7 КПД котла
,%.
4.8 Коэффициент сохранения тепла
После определения коэффициента полезного действия котлоагрегата следует определить коэффициент сохранения тепла, который используется
Расход топлива, подаваемого в топочную камеру парового котла, определяем из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле.
4.9 Полное количество тепла, полезно использованное в котле, определим по следующему уравнению [1,стр31]:
третий член формулы учитывается только при впрыске в первичный тракт «сторонней» воды с энтальпией iвпр, отличной от iпв;
Dпе-количество выработанного перегретого пара, кг/с;
Dобв- расход питательной воды, кг/с, подаваемой в котел мимо регенеративных подогревателей(Dобв=0,т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена);
Iобв=0,т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена;
iпе-- энтальпия перегретого пара, кДж/кг, определяется по давлению и температуре перед главной паровой задвижкой;
iпв- энтальпия питательной воды, кДж/кг, определяется по давлению и температуре на входе в первую поверхность котла;
Dнп-- количество насыщенного пара, кг/с с энтальпией 
, отданного до перегревателя, определяется по давлению в барабане котла(Dнп=0,т.к. отбор насыщенного пара до перегревателя не предусмотрен);
Dпр-- расход воды на продувку котла, кг/с (для прямоточных сепараторных котлов - продувка сепаратора) сэнтальпией кипящей воды is, при давлении в барабане (сепараторе). При величине продувки меньше 2 % тепло продувочной воды может не учитываться;
Dпп- расходы пара на входе в промежуточные перегреватели, кг/с с начальной 
и конечной 
энтальпией(Dпп=0,т.к. промежуточный перегрев пара не предусмотрен);
-расходы впрысков в промперегреватели, включая впрыски питательной воды с энтальпией 
,( =0);
Qотв- тепло воды, подогреваемой в котле и отдаваемой «на сторону», кВт
(Qотв=0,т.к. отпуск не предусмотрен);
Qизб- тепло избыточного воздуха (Qизб=0 т.к. отпуск не предусмотрен).
После упрощений формула определения полного количества тепла, полезно использованного в котле, принимает вид:
, где
Паропроизводительность Dпе=19 т/ч (по заданию).
Температура перегретого пара tпе=380 
(по заданию)
Давление перегретого пара Рпе=2,4, МПа (по заданию).
Энтальпия перегретого пара определяется по Рпе и tпе в таблице для перегретого пара при докритическом давлении [1,табл. XXV] Iпе=3196,8 кДж/кг.
Температура питательной воды tпв=105 (по заданию)
Давление в барабане Рб=1,5 , МПа (по заданию)
Давление питательной воды на входе в экономайзер Рпв=Рб+0,1 
Рб , МПа
Рпв=1,5+0,1 1,5=1,65 , МПа
Энтальпия питательной воды определяется в таблицах удельных объемов и энтальпий воды по Рпв и tпв[1,табл. XXIV] Iпв=440,588, кДж/кг
Величина продувки р=4, % (по заданию)
Расход воды на продувку 
Энтальпия продувочной воды
Определяется для состояния кипения по давлению в барабане из таблиц воды и сухого насыщенного пара на кривой насыщения [1,табл. XXIII] 
=844,717, кДж/кг
4.10 Полный расход топлива
Расход топлива, подаваемого в топку, определяется [1,с.32]
м3/кг,
м3/кг
4.11 Расчетный расход топлива
Для определения тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания [1,с.33]
, м3/с
, м3/с.
В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количеств тепла подставляется величина Вр.
Расчет топки
Задачей расчета топки является определение расчетных параметров работы топки в непроектных условиях при неизменной её конструкции: температуры газов на выходе из топки; лучистого тепла, воспринимаемого поверхностями нагрева топки; теплового напряжения топочного объема; теплового сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения, а также теплового напряжения стен топочной камеры.
Поверочный расчет топки проводится в следующем порядке:
- определяются конструктивные характеристики топки;
- рассчитываются (или принимаются по Нормам), тепловые характеристики топки, следует отметить, что при определении некоторых из них, в частности, средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания и критерия поглощательной способности;
- рассчитывается температура газов на выходе из топки по формуле полученное значение сравнивается с принятым. Если температура газов на выходе из топки, полученная расчетом не будет отличаться от принятой ранее больше, чем на ± 100°С, то расчет на этом заканчивается[1, с.104], в противном случае необходимо повторить расчет;
Конструктивными характеристиками топки являются: поверхность стен топочной камеры 
, сечение топки 
, ее объем 
, эффективная толщина излучающего слоя 
. Для удобства расчетов разбиваем топочное пространство на топочную камеру, фестон, камера догорания.
5.1Расчет топочной камеры
Эффективная толщина излучающего слоя объема топки [2, стр.36]
5.2 Тепловые характеристики топки
К тепловым характеристикам топки относят: коэффициент тепловой эффективности экранов 
, среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 
; параметр 
, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена уровня расположения горелок, критерий поглощательной способности (критерий Бугера) 
.
5.2.1 Коэффициент тепловой эффективности экранов
Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана 
на коэффициент 
, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией:
Если стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности , или экраны покрывают часть поверхности стен, то среднее значение коэффициента тепловой эффективности равно:
,
где 
– коэффициент тепловой эффективности отдельных поверхностей топки;
– полная (суммарная) поверхность стен топки, м2.
В данном случае следует определить следующие коэффициенты тепловой эффективности: для экранных стен топочной камеры 
, выходного газового окна 
.
Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции по номограмме 1а, кривая 3 [1]:
Для нашего случая: 
Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией
Коэффициент , учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией, принимается по табл. 6.3. [1]:
Для газообразного топлива: 
= 0,65.
; 
.
5.2.2 Параметр , учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов, определяется по [1,с.39].
Для камерных топок параметр рассчитывается по формуле:
где 
- принимается [1,с.40], для газомазутных топок при настенном расположении горелок: 
;
- величина, характеризующая относительный уровень расположения горелок в топке.
,
где 
- расчетная высота топки, определяется как расстояние от пода до середины выходного газового окна, 4.75 м;
- средний уровень расположения настенных и угловых горелок, м.
При одноярусном расположении горелок производится усреднение высот по выражению:
,
где 
– число горелок: 
,
– уровень расположения осей горелок в ярусе,
,
–расход топлива, подаваемого в горелку
=0,332 ,м3/c.
- параметр забалластированности топочных газов
.
5.3.3 Адиабатическая температура горения
Адиабатическая температура горения 
– это такая температура газов, которая была бы в топке, если бы в ней отсутствовал какой-либо теплообмен, и все выделяющееся тепло затрачивалось на нагрев дымовых газов, т.е. в адиабатных условиях горения.
Адиабатическая температура горения 
,°С определяется по полез- ному тепловыделению в топке 
при избытке воздуха 
по[1 табл. XIV]