На практиці дотримання оптимальної температури на виході з топки пов'язано з рядом труднощів. Дану температуру приймаємо на підставі рекомендацій [1, с.66]. Враховуючи великі розміри даного котла, а також те, що він працює на паливі АШ, температуру газів на виході з топки приймаємо 1050оС. Отримати температуру більш близьку до оптимальної неможливо тому, що теплову напругу топкового об'єму не можна занижати, оскільки необхідно буде знизити ступінь екранованості топки. Це викличе більші втрати з зовнішнім охолодженням, а також збільшить товщину обмуровки.
1.6 Повітряний баланс топки
В залежності від виду спалюємого палива, типу шлаковидалення і конструктивного оформлення огородження топкової камери (газощільна топка чи ні) визначається коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки .
При подачі частини повітря через скидальні сопла, коефіцієнт подачі повітря в пальники визначається за виразом:
,
де [1, табл.XVII, с.200];
- присос повітря в топці;
[1, табл.XVI, с.198];
- доля повітря по відношенню к теоретично необхідному для повного спалювання палива, що подається через скидальні сопла;
.
.
2. Характеристики середовища у газоповітрянному тракті котла
2.1 Вибір температури гарячого повітря
У залежності від виду палива, системи шлаковидалення та пилоприготування потрібен різний підігрів повітря [1. табл.II-10. c.72].
При спалюванні вугілля марок АШ для інтенсифікацїї запалення пилу доцільно пил у топку транспортувати гарячим повітрям, а сушильний агент із млинової системи подавати через скидні пальники. Так як було прийняте рідке шлаковидалення, у [1] рекомендовано підігрівати повітря до 380-4000С. Приймаємо tГП = 4000С.
Температура гарячого повітря визначає компонування конвективної шахти котла. При підігріві повітря до 4000С необхідно застосовувати двоступінчастий повітропідігрівник (ПП). Поміж сходами ПП у розсічку звичайно встановлюється економайзер. Виходячи із цього, компонування горизонтального газоходу й конвективної шахти буде наступним:
1) топкова камера;
2) первинний пароперегрівник ППЕ;
3) вторинний пароперегрівник ППЕ;
4) друга сходинка ПП;
5) экономайзер;
6) перша сходинка ПП.
2.2 Повітряний баланс котла
Загальний вид рівняння для знаходження коефіцієнту надлишку повітря у відходящих газах:
,(2.1)
де - присоси повітря в окремих поверхнях нагріву;
i – індекс поверхні нагріву за ходом димових газів.
Присоси у топці:
Δαт=1,2.
Прийнявши компонування конвективной шахти котла, визначимо присоси і коефіцієнти надлишку повітря в газоходах котла [1, табл.XVI, c.198].
Присоси у системі пилоприготування:
αпл=0,1; присоси в пароперегрівачі ППЕ:
Δαппе= 0,03; присоси у повітропідігрівнику 2-ої сходинки ПП
Δαпп= 0,03; присоси у водяному економайзері ВЕ:
Δαве= 0,02; присоси у повітропідігрівнику 1-ої сходинки ПП:
Δαпп =0,15.
αвід = αт+ Δαппе+ Δαппе+ Δαпп+ Δαве+ Δαпп.+ Δαпл.; (2.2)
αвід=1,2+0,03+0,03+0,03+0,02+0,15+0,1=1,56.
2.3 Розрахунок об’ємів повітря й продуктів згоряння
Розрахунок об'ємів повітря і продуктів згоряння виконується на підставі даних про склад робочої маси палива. Об'єми продуктів згоряння і повітря виражаються в кубічних метрах за нормальних умов на 1 кг твердого палива.
Теоретичні об'єми повітря і продуктів згоряння (коефіцієнт надлишку повітря a = 1) при спалюванні твердого палива визначаються наступним чином.
Теоретична кількість повітря, м3/кг:
; (2.3)
.
Теоретичні об'єми продуктів згоряння, отримані при повному згорянні палива з теоретично необхідною кількістю повітря (α = 1), м3/кг:
теоретичній об'єм азоту, м3/кг:
; (2.4)
.
Теоретичний об'єм трьохатомних газів, м3/кг:
; (2.5)
.
Теоретичний об'єм водяної пари, м3/кг:
; (2.6)
.
Об'єм водяної пари, м3/кг:
; (2.7)
.
Об'єм димових газів, м3/кг:
; (2.8)
.
Об'ємні долі трьохатомних газів:
; (2.9)
;
; (2.10)
.
Об'ємна сумарна частка трьохатомних газів:
; (2.11)
.
Маса димових газів, кг/кг:
; (2.12)
.
Безрозмірна концентрація золи у димових газах:
, (2.13)
[1, табл.XVII, c.200], доля виносу шлаків;
.
Значення об’ємів газів, об’ємних долей на виході з топки і котла для відповідних значень наведені у таблиці 2.1 [1, табл.4-1, с.17].
Таблиця 2.1 – Об'єми газів, об'ємні долі трьохатомних газів, концентрація золи.
|
Величина, що розраховується |
На виході з топки, |
На виході з котла, αвід |
|
Коефіцієнт надлишку повітря |
1,2 |
1,56 |
|
, м3/кг (м3/м3) |
1,197 |
3,35 |
|
Дійсний об'єм водяної пари , м3/кг |
0,354 |
0,388 |
|
Об'єм димових газів , м3/кг (м3/м3) |
7.456 |
9,636 |
|
Об'ємна доля трьохатомних газів |
0,161 |
0,124 |
|
Об'ємна доля водяної пари |
0,045 |
0,053 |
|
Доля трьохатомних газів і водяної пари |
0,206 |
0,177 |
|
Маса димових газів, , кг/кг (кг/м3) |
10,15 |
12,96 |
|
Концентрація золи в димових газах , кг/кг |
0,019 |
0,015 |
2.4 Вибір температур відходящих газів
Температура відхідних газів за котлом tВІД вибирається за умовою ефективного використання тепла палива та витрати металу на хвостові поверхні нагріву. При виборі температури відхідних газів варто враховувати, що при спалюванні високосірчастих та високовологих палив можлива низькотемпературна корозія хвостових поверхонь нагріву і, у першу чергу, повітропідігрівника.
Для повного виключення корозії поверхні нагріву, при відсутності спеціальних мір захисту, температура металевої стінки повинна бути приблизно на 100С вище температури точки роси димових газів, але це призведе до значного превищення температури відхідних газів над економічними їх значеннями, що приведені в [1, табл.II-8, c.71], тобто повинна виконуватися умова:
. (2.14)
Температура точки роси димових газів tР залежить від температури конденсації вологи tКОН при парціальному її тиску у газах та наведеному складу сірки у робочому паливі й золи , розраховується за формулою:
tР = tКОН+Δ tР, (2.15)
, [1, табл.II-8, c.71].
.
Визначимо температуру конденсації водяної пари, димових газів [1. табл.XXIII. c.204] при парціальному тиску водяної пари. Так як топкова камера працює без наддуву, то абсолютний тиск Р=1кгс/см2 або Рн2о=1кгс/см2 і температура конденсації tКОН=99,090С.
.
Рекомендації з вибору температури відхідних газів наведені у [1. табл.II. c.72] і повинна бути не нижче пропонованої.
Оптимальне значення tвід вибирається на основі техніко-економічних розрахунків. Приймаємо tвід =1280С.
Для виключення корозії повітропідігрівника нижній куб виконується змінним.
2.5 Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння
Ентальпії повітря і продуктів згоряння розраховуються на 1 кг твердого палива за нормальних умов (0оС і 101,3 кПа).
Ентальпія газів при a = 1,0 і температурі JоС, кДж/кг:
, (2.16)
де , , – ентальпія відповідно CO2, N2, H2O приймається по [1, табл.XIII, с.179].
Ентальпія теоретично необхідної кількості повітря при температурі JоС, кДж/м3:
, (2.17)
де – ентальпія повітря, приймається по [1, табл.XIII, с.179].
Ентальпія золи розраховується за формулою, кДж/кг:
, (2.18)
де - зольність робочої маси палива; - ентальпія 1 кг золи, приймається по [1, табл.XIII, с.179].
Ентальпія димових газів на 1 кг палива при a >1, кДж/кг:
. (2.19)
Дані розрахунку ентальпій продуктів згоряння зводяться в таблицю (таблиця 2.2). При складанні таблиці для кожного визначаються значення I в області, що перекриває очікуємий діапазон температур у газоході.
Таблиця 2.2 – Ентальпії повітря і продуктів згоряння.
|
|
+, кДж/кг |
|||||||
|
|
αт=1,2 |
αвід=1,56 |
||||||
|
υ , |
, кДж/кг |
, кДж/кг |
, кДж/кг |
, кДж/кг |
I |
ΔI |
I |
ΔI |
|
100 |
875,7 |
800,3 |
80,8 |
18,5 |
1054,2 |
|
1342,36 |
|
|
200 |
1776,5 |
1608,9 |
169,3 |
38,76 |
2137,3 |
1083,1 |
2720,74 |
1378,4 |
|
300 |
2702,2 |
2434,4 |
264 |
60,46 |
3249,9 |
1112,4 |
4123,94 |
1403,2 |
|
400 |
3657,8 |
3276,6 |
360,3 |
82,5 |
4395,7 |
1146 |
5574,89 |
1450,95 |
|
900 |
8807,4 |
7747,3 |
875,7 |
200,53 |
10557,5 |
|
13346,41 |
|
|
1000 |
9896,8 |
8681,7 |
984,6 |
225,5 |
11858,5 |
1301 |
14984,05 |
1637,64 |
|
1100 |
10990,4 |
9645,4 |
1097,8 |
251,3 |
13170,8 |
1312,3 |
16643,42 |
1659,37 |
|
1200 |
12092,3 |
10609 |
1206,7 |
276,3 |
14490,6 |
1319,8 |
18309,64 |
1666,22 |
|
1300 |
13219,4 |
11568,6 |
1361,7 |
311,86 |
15844,9 |
1354,2 |
20009,67 |
1700,03 |
|
1600 |
16655,2 |
14530,9 |
1877,1 |
429,9 |
19991,3 |
|
25222,4 |
|
|
1700 |
17815,9 |
15519,7 |
2065,7 |
473 |
21380,3 |
1401,5 |
26983,94 |
1761,54 |
|
1800 |
18976,5 |
16508,6 |
2187,2 |
500,8 |
22779,7 |
1384,8 |
28722,11 |
1738,17 |
|
1900 |
20155 |
17518,4 |
2388,3 |
546,9 |
24204,4 |
1425,4 |
30512,2 |
1790,1 |
|
2000 |
21322,9 |
18532,4 |
2514 |
575,7 |
25605,1 |
1400,7 |
32276,74 |
1764,54 |
|
2100 |
22508,7 |
19546,3 |
- |
575,7 |
27189,3 |
1583,8 |
34030,32 |
|
|
2200 |
23698,6 |
20556,1 |
- |
|
|
|
|
|
|
2300 |
24880,2 |
21291 |
- |
|
|
|
|
|
|
2400 |
26065 |
22605 |
- |
|
|
|
|
|
