|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет теплового баланса производится по уравнению
, (3.1)
где - располагаемая или внесенная в котельный агрегат теплота;
- низшая теплота сгорания топлива;
- полезно использованная в котельном агрегате теплота;
- потери теплоты с уходящими газами;
- потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;
- потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;
- потери теплоты от наружного охлаждения;
- потери с физическим теплом шлака;
Разделив обе части уравнения (3.1) на и умножив на 100, получим уравнение теплового баланса
,
в котором величина
,
численно равна КПД котельного агрегата.
При сжигании газообразного топлива принимаем
;
;
Зная коэффициент αТ=1,20, выбираем горелку. Нам подходит камерная топка для сжигания жидких и газообразных топлив, с потерей теплоты от химической неполноты сгорания q3=2.8%.
По паропроизводительности котельного агрегата, которая равна D=21 т/ч, можно определить потери тепла на наружное охлаждение q5=1,28%.
кДж/нм3
кДж/нм3
кДж/нм3
кДж/нм3
кДж/нм3
кДж/нм3
Потери теплоты с уходящими газами определяем для двух случаев [1]
а. с воздухоподогревателем
,
%.
б. без воздухоподогревателя
,
%.
где при t0=0°C;
КПД брутто котельного агрегата
а. с воздухоподогревателем
,
%.
б. без воздухоподогревателя
,
%.
Часовой расход натурального топлива
а. с воздухоподогревателем
,
м3/ч.
где D – паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч;
- энтальпия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара по и ;
- энтальпия питательной воды при температуре и ;
- энтальпия котловой воды в котельном агрегате, определяется при температуре и ;
б. без воздухоподогревателя [1]
,
м3/ч.
Часовой расход условного топлива
а. с воздухоподогревателем
,
м3/ч
б. без воздухоподогревателя
,
м3/ч.
Диаграмма тепловых потоков
Рисунок 4 - Диаграмма тепловых потоков (кДж/м3) котельного агрегата
3.4 Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата
Эксергия топлива с достаточной для приближенных практических расчетов точностью может быть принята равной низшей теплоте сгорания топлива
,
кДж/м3.
Эксергия теплоты продуктов сгорания топлива, образующихся в топке котла а. с воздухоподогревателем
,
кДж/м3.
где - температура окружающего воздуха, ;
- калориметрическая температура горения, ;
б. без воздухоподогревателя
,
.
Потери при адиабатном горении (без учета потери эксергии за счет теплообмена топки с окружающей средой)
а. с воздухоподогревателем
,
кДж/м3.
б. без воздухоподогревателя
,
кДж/м3.
или в %
а. с воздухоподогревателем
,
%.
б. без воздухоподогревателя
,
%.
Определяем уменьшение эксергия продуктов сгорания за счет [1]
теплообмена в нагревательно – испарительной части котла.
а. с воздухоподогревателем
,
кДж/м3.
б. без воздухоподогревателя
,
кДж/м3.
Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар
а. с воздухоподогревателем
,
кДж/м3.
б. без воздухоподогревателя
кДж/м3.
или в %
а. с воздухоподогревателем
,
.
б. без воздухоподогревателя
,
.
где - удельная энтропия перегретого пара и питательной воды, определяются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара
Потеря эксергии от теплообмена по водопаровому тракту
а. с воздухоподогревателем
,
кДж/м3.
б. без воздухоподогревателя
,
кДж/м3.
или в %
а. с воздухоподогревателем
,
.
б. без воздухоподогревателя
,
.
Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе
,
кДж/м3.
Увеличение эксергии воздуха в воздухоподогревателе
,
кДж/м3.
Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе
,
кДж/м3.
или в %
,
.
Составим эксергетический баланс котельного агрегата и определим эксергию уходящих газов
а. с воздухоподогревателем
,
Отсюда
кДж/м3.
б. без воздухоподогревателя [1]
,
Отсюда
,
кДж/м3.
или в %
а. с воздухоподогревателем
,
.
б. без воздухоподогревателя
,
.
Определим среднетермодинамическую температуру при теплоподводе
,
.
Эксергетический КПД котельного агрегата, оценим через среднетермодинамическую температуру при тепловоде
а. с воздухоподогревателем
,
.
б. без воздухоподогревателя
,
.
Диаграмма потоков эксергии котельного агрегата
Рис. 5. Диаграмма Грассмана – Шаргута для эксергетического баланса котельного агрегата
4. Тепловой расчет котла – утилизатора
4.1 Расход газов через котел – утилизатор
,
кДж/м3.
где - объем газов;
- часовой расход топлива без воздухоподогревателя;
По расходу газов через котел – утилизатор выбираем по каталогу его тип – КУ-40.
; ; ;
где - наружный диаметр дымогарных труб;
- внутренний диаметр дымогарных труб;
- число дымогарных труб;
Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле – утилизаторе
,
°С.
Выписываем теплофизические свойства продуктов сгорания при
; ;;
Вычисляем площадь поперечного (“живого”) сечения дымогарных труб
,
.
Определяем скорость газов в дымогарных трубах
,
м/с.
Условие выполняется, так как рекомендуемая скорость газов от до .
По скорости газов в дымогарных трубах выбираем котел утилизатор. В данном случае нам подходит 2 котла - утилизатора КУ-40.
4.2 Расчет поверхности теплообмена котла – утилизатора
Коэффициент теплоотдачи газов к стенкам дымогарных труб.
,
Вт/(м2*К).
где и - поправочные коэффициенты; [1]
- при охлаждении;
;
при ;
- условие выполняется.
Коэффициент теплопередачи от газов к воде через дымогарные трубы испарительной части котла – утилизатора
,
.
где - коэффициент загрязнения поверхности нагрева;
Теплота, отданная газами в котле – утилизаторе
,
кДж/с.
Выписываем из технической характеристики котла – утилизатора параметры получаемого пара (перегретого), питательной воды и давление в котле утилизаторе ; ; ;
где - температура перегретого пара;
- температура питательной воды;
- давление в котле – утилизаторе;
Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры пара при и ; и питательной воды при и ;
, , hПП=2942,8
; hПВ=210,2
Паропроизводительность котла – утилизатора при 5% потерях теплоты в окружающую среду
а. в случае получения перегретого пара
,
кг/с.
Температура газов на входе в нагревательный участок определяется из теплового баланса последнего
,
Отсюда
,
°С.
где - КПД котла – утилизатора, ;
- теплоемкость воды, равная ;
Температура газов на выходе из участка перегрева определяется по уравнению теплового баланса участка (при получении перегретого пара)
,
Отсюда
,
°С.
Средний температурный напор
а. нагревательного участка
,
°С.
б. испарительного участка
,
°С.
в. участка перегрева [1]
,
°С.
Поверхность нагрева котла – утилизатора
