Составление теплового баланса прямоточного котла передвижной парогенераторной установки

1 СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПРЯМОТОЧНОГО 
КОТЛА ПЕРЕДВИЖНОЙ ПАРОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Составить и начертить схему теплового  баланса прямоточного парового котла  передвижной парогенераторной установки, паропроизводительностью Dп.п, работающей на топливе заданного состава. Давление перегретого пара Рп.п, температура перегретого пара tп.п, температура питательной воды tп.в, температура окружающей среды tв. Температура уходящих газов tух, коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом aух.

1.1 Исходные данные

Марка топлива                                                                               MC

Температура топлива                                                                  tT = 86 °C

Расход топлива                                                                              B = 100 кг/ч

Паропроизводительность                                                           Dпп = 1,2 т/ч

Давление  перегретого пара                                                       Рпп = 8 МПа

Температура перегретого пара                                                  tпп = 340°С

Температура питательной воды                                                tпв = 15°С

Температура окружающей среды                                             tв = 16°С

Температура уходящих газов                                                    tух = 170°С

Коэффициент избытка воздуха                                                 α =1,43

    1. Располагаемая теплота топлива

Для мазута сернистого (С) элементарный состав определяем в процентах (таблица 6).

Таблица 6 – Элементарный состав рабочей массы некоторых жидких топлив, %

Топливо

Марка

Wр

Aр

Sрк

Sрл

CP

Hр

Nр

Oр

Мазут малосернистый

MC

3,0

0,05

  

0,3

84,7

11,7

–

0,3

Мазут сернистый

C

3,0

0,1

  

1,4

83,8

11,2

–

0,5

Мазут  высокосернистый

BC

3,0

0,1

  

2,8

83,0

10,4

–

0,7


 

    
   
   
   

Тепловые  потери в парогенераторной установке достигают 20%. Для расчета потерь составляется тепловой баланс парогенераторной установки.

Тепловым  балансом называют распределение теплоты, вносимое в котлоагрегат при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (жидкого) топлива или на 1     газообразного топлива применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.  

Уравнение теплового баланса имеет вид :


 

 

или в процентах  от величины

q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 100%

  • где  – располагаемая теплота топлива;
  •     (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 механического недожога топлива;
  •   (q5) – потери теплоты в окружающую среду через ограждение топки    и конвективные газоходы.

Располагаемое количество тепла, вносимое в топку  , складывается из  низшей теплотворной способности    топлива   и физического тепла топлива  :

Низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива определяется  по формуле Менделеева, с использованием  данных по составу топлива (по таблице 6  приложения).

Физическая теплота топлива:    

, где

 ст - теплоемкость топлива,  для жидкого топлива: ст = 2,1 кДж/кг С               

            tт  = 84 C - температура топлива (исходные данные).

Теплота, полезно использованная в котлоагрегате, т.е. расходуемая  на  получение  пара: 

 , где

Dпп=1200, – паропроизводительность котельного агрегата пара    (исходные данные), кг/с;

  • В =100 – расход натурального топлива, кг/с (исходные данные).;
  • iпл, iпв – соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды,  кДж/кг (iпл выбирается  по диаграмме – iS или по справочным  данным iпв – рассчитывается как произведение массовой изобарной  теплоемкости питательной воды ср = 4,19 кДж/кг×С на температуру  питательной воды).

Определим энтальпию перегретого пара при Р= 8,5 МПа и температуре t=360 градусов Цельсия (таблица 4):

Таблица 4 – Значения удельных объемов u  м3/кг, удельных энтальпий i, кДж/кг, удельных энтропий s, кДж/(кг×К), для перегретого пара при различных значениях температуры t,0С и давления Р, МПа

 

 

 

 

Р, МПа

Параметры

240 0С

300 0С

360 0С

400 0С

1,0

u

0,2271

0,2578

0,2871

0,3065

i

2918

3177

3263

3349

s

6,877

7,116

7,330

7,461

1,6

u

0,1384

0,1585

0,1775

0,1899

i

2893

3030

3164

3253

s

6,662

6,877

7,098

7,233

2,0

u

0,1084

0,1255

0,1410

0,1511

i

2875

3019

3156

3246

s

6,491

6,757

6,985

7,122

6,0

u

–

0,03620

0,04334

0,04742

i

–

2880

3067

3174

s

–

6,060

6,371

6,535

7,0

u

–

0,02948

0,03630

0,03997

i

–

2835

3042

3155

s

–

5,925

6,270

6,442

8,0

u

–

0,02429

0,03098

0,03438

i

–

2784

3017

3135

s

–

5,788

6,177

6,358

9,0

u

–

–

0,02678

0,03001

i

–

–

2989

3114

s

–

–

6,089

6,280

10,0

u

–

–

0,02337

0,02646

i

–

–

2958

3093

s

–

–

6,002

6,207


 

1.3 Теплота  q1  (%) полезно используемая в котлоагрегате

  • численно  равна  коэффициенту  полезного  действия     q1 = ηк.а.
  • где ηк.а – к.п.д. котельного агрегата.

Потери теплоты q2 в (%) с уходящими газами

Потери теплоты q2 в (%) с уходящими газами определяются, как разность между энтальпией продуктов сгорания, покидающих агрегат, и энтальпией холодного воздуха, поступающего в топку агрегата  с поправкой на механический недожог.

Энтальпию продуктов сгорания Iуx  при температуре уходящих газов

tух =160 (исходные данные)   находим по формуле:

Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания Iг0   при tух :

Объем трехатомных газов VСO2  находим  по формуле:

Объем азота VN2 определяем по формуле:

Объем водяных паров Vн2o находим по формуле:

 

Теоретический объем воздуха V0, необходимый для сгорания 1кг топлива, определяется  по  формуле:

Значения объемных энтальпий iCO2, iNO2 и iн2о для 1куб.м газа находим по  справочным данным (таблицы 2).

Т, 0С

100

169

130

132

151

132

200

357

260

267

304

266

300

559

392

407

463

403

400

772

527

552

626

542

500

996

664

699

794

684

600

1222

804

850

667

830

700

1461

946

1005

1147

979

800

1704

1093

1160

1335

1130

900

1951

1243

1319

1524

1281

1000

2202

1394

1478

1725

1436

1100

2457

1545

1637

1926

1595

1200

2717

1695

1800

2131

1754

1300

2976

1850

1963

2344

1913

1400

3240

2009

2127

2558

2076

1500

3504

2164

2294

2779

2239


Находим методом интерполяции:

Энтальпию воздуха  при α = 1 и tух  определяем по формуле:

Энтальпию холодного воздуха  определяем по формуле:

Потери теплоты q3 от химической неполноты сгорания топлива

Потери теплоты q3 (%) от химической неполноты сгорания топлива определяются содержанием в продуктах горения СО и принимаются в зависимости от вида топлива и типа топки согласно таблиц  7,8.

 

 

 

 

 

 

Таблица  7 – Типы топок, рекомендуемые для котельных  агрегатов

Вид топлива

Паропроизводительность D, т/ч

Топка

Бурый уголь 

(Wп  £  4,7, т.е. кроме сильновлажных)

£ 10

 

15...35

 

35...75

> 75

С забрасывателем и неподвижным слоем

С забрасывателем и цепной решеткой

Шахтно-мельничная

Пылеугольная

Мазут и газы

при всех значениях

Камерная


 

Таблица 8 – Основные расчетные  характеристики камерных топок с  твердым шлакоудалением

Тип

топлива

Наименование

топлива

Коэффициент избытка в топке

aт

Потери теплоты

от химической неполноты сгорания q3, %

от механической неполноты сгорания q4, %

Котлы

D < 75,

т/ч

котлы

D ≥ 75,

т/ч

котлы

D < 75,

т/ч

котлы

D ≥ 75,

т/ч

Камерные для сжигания жидких и  газообразных топлив;

Мазут, газ (смесительные горелки)

1,1

0,5

0,5

–

–

Экранирован-ные

Газ (безфакельные горелки при D£ 20 т/ч)

1,1

0,5

0,5

–

–


 

 

 

Потери теплоты q4 от механической неполноты сгорания топлива

Потери теплоты  q5 в окружающую среду

Потери теплоты q5 в окружающую среду зависят от размеров поверхности котлоагрегата, качества обмуровки и тепловой изоляции. В данном случае:

q5 =  100 – (q1+q2 + q3+ q4)=100-(88,2+7,6+0,5+0)=3,7%

Численные значения теплоты:

ЗАДАНИЕ 2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ НАЗЕМНОГО ПАРОПРОВОДА

Для подачи пара имеется  паропровод диаметром Dнар/Dвн и длиной L. Начальная температура пара t1 при давлении Р1. Требуется рассчитать δиз изоляции так, чтобы у потребителя температура пара была не ниже t2 при Р2, если температура окружающей среды τ0,  скорость протекания пара  w.

2.1 Исходные данные

Внутренний диаметр пваропровода                                    Dвн =150 мм

Наружный диаметр паропровода  без изоляции                 Dнар= 160 мм

Скорость движения пара                                                      w = 10 м/с

Количество арматурных соединений                                 n = 6 шт

Вид изоляции                                                                        Совелит А

Коэффициент теплопроводности изоляции                       0,065 + 0,00009

Длина паропровода                                                               L = 180 м

Начальная температура пара                                               t1= 330 °C

Конечная температура  пара                                                 t2 = 285 °C

Начальное давление пара                                                     P1 = 1,6 МПа

Конечное давление пара                                                       Р2 = 1,3 МПа

Температура окружающей среды                                        τ0 = 16 °С

Тепловые  потери в наземных паропроводах достигающие 5 – 6 % от общего количества транспортируемого тепла понижают температуру теплоносителя. Если потери велики, требуется дополнительный расход топлива. Зависят теплопотери от физических свойств теплоизоляции, перепада температур между теплоносителями и окружающей средой, от наличия соединительных фланцев, задвижек и других деталей, которые невозможно покрыть равномерным слоем тепловой изоляции

Для расчета  тепловой изоляции применяются обычные  формулы теплопередачи.

При расчете  изоляции следует придерживаться следующего порядка. Сначала устанавливаются  допустимые тепловые потери объекта  при наличии изоляции. Эти потери определяются, исходя из технических  условий процесса.

Если  теплоноситель – пар с массовым расходом Gp (расчетные данные), то тепловые  потери Q можно определить исходя из заданного падения температуры и давления пара по диаграмме i-S или по справочным данным  для определения изменения энтальпии пара Δi.

2.1 Допустимые тепловые потери при наличии изоляции

Тепловые  потери рассчитывается по формуле

где Gp – расход пара, кг/с;

       Δi – изменение энтальпии пара определяется по таблице 4 в зависимости от параметров пара на входе и выходе:

– определим  энтальпию на входе при  P1 = 1,6 МПа; t1= 330°C:

– определим  энтальпию на выходе при  Р2 = 1,3 МПа;  t2 = 285°C: