ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2 Исходные данные: 

D=40 т/ч – паропроизводительность;

 – давление перегретого  пара;

 – давление пара в котле-утилизаторе;

 – температура перегретого пара;

 – температура питательной воды;

 – температура уходящих  газов;

;

Δα = 0,30 – присос воздуха;

вид топлива – саратовский природный газ.

 

3 Расчёт котельного агрегата

3.1 Расчёт процесса горения топлива

3.1.1 Для обеспечения полного горения топлива практически в котельный агрегат подаётся воздух с избытком по сравнению с теоретическим. Это характеризуется коэффициентом избытка воздуха за установкой:

 

                                             (1)

 

      

 

3.1.2 Теоретическое количество  воздуха, необходимого для полного  сгорания 1 нм газообразного топлива:

 

          (2)

  

    

3.1.3 Объём трёхатомных газов:

 

                                (3)

 

 

3.1.4 Теоретический объём  азота:

 

                                          (4)

                                    

 

3.1.5 Объём избытка воздуха:

 

                                                                               (5)                           

                  

   

 

3.1.6 Объём водяных паров: 

 

                              (6)

 

                      

 

 

3.1.7 Объём продуктов сгорания, образующихся  при сжигании 1 м³ (при н.у.) топлива:

     

              

                                (7)

 

 

3.1.8 Плотность топочного  газа (при н.у.):

 

               (8)

 

      

 

                                  

3.1.9 Масса дымовых газов при  сжигании газообразного топлива: 

 

                                                                      (9)

 

                                         

  3.1.10 Определяем теоретическую  температуру горения, для чего  вычисляем энтальпию продуктов сгорания при произвольных температурах (например, 1500 и 1600 °С) по формуле

 

              (10)

 

При t=1400⁰С

 

 

При t=2000⁰С

 

 
По подсчитанным значениям при 1400⁰С и при  2000⁰С строят в масштабе

зависимость энтальпии продуктов сгорания  от температуры

=f (t)

Рисунок 3.1 - График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры hnc=f(t)

Энтальпию продуктов  сгорания (кДж/м³) при теоретической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки

 

                                                                              (11)

 

где (физическое тепло топлива);

      физическое тепло воздуха.

Физическое тепло воздуха определяем по формуле:

 

                                                                               (12)

 

    

                                                                           

Вычисляем энтальпию продуктов  сгорания при теоретической температуре

 

 

По ht-диаграмме определяем теоретическую температуру горения

 

t =1580°C.

 

3.1.11 Энтальпию уходящих газов  (кДж/м³) определяем:

3.1.11.1 С воздухоподогревателем:

         (13)

 

 

3.1.11.2 Без воздухоподогревателя

 

               (14)   

 

Для этого случая определим  приближённое значение температуры  уходящих газов  без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего

 

             (15)

 

где средняя изобарная массовая теплоёмкость газов, принимаем

средняя изобарная массовая теплоёмкость воздуха, принимаем  [1] .

Откуда:

                                     (16)

 

                                            

 

Энтальпия равна

 

 

3.2 Тепловой баланс  котельного агрегата 

 

Тепловой баланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характеризуется равенством между количествами подведённой (располагаемой) и расходуемой теплоты: . Обычно тепловой баланс составляют на единицу количества сжигаемого топлива: 1 кг твёрдого или жидкого, либо 1 м³ газообразного топлива, взятого при нормальных условиях. С учётом этого и пренебрегая физической теплотой топлива и холодного воздуха, можно считать, что  низшая теплота сгорания единицы топлива в рабочем состоянии).

Тепловой баланс котельного агрегата рассчитывается по уравнению

 

                                                                               (17) 

Или по уравнению

 

              ,                                (18)

 

где полезно использованная в котельном агрегате теплота; потери теплоты с уходящими газами; потери теплоты от химической неполноты сгорания ( ); потери теплоты от механической неполноты сгорания, принимаем равными нулю; потери теплоты от наружного охлаждения ( ); потери с физическим теплом шлака, принимаем равными нулю [1].

3.2.1 Потери теплоты  с уходящими газами определяем  для случаев:

3.2.1.1 С воздухоподогревателем:

 

                                                                              (19)

                                 

.

 

3.2.1.2 Без воздухоподогревателя:

 

                                                                              (20)     

 

    .

 

3.3 К.п.д брутто котельного  агрегата:

3.3.1 С воздухоподогревателем:

 

                                                        (21)

 

         

 

 

 

3.3.2 Без воздухоподогревателя:

 

                           (22)

 

          

 

3.4 Часовой расход натурального  тепла:

3.4.1 С воздухоподогревателем:

 

                        ,                                     (23)

 

где энтальпия перегретого пара, определяем [2];

      энтальпия питательной воды, определяем [2];

      энтальпия воды в котельном агрегате, определяем [2].                                                                              

 

 

3.4.2 Без воздухоподогревателя:

 

                                                                   (24)