Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата составляется для определения его К.П.Д. и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:

Q_р^р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ кДж/кг, кДж/м³(22)

Где Q_р^р – располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м³;

Q₁ – теплота, полезно воспринятая в котлоагрегате поверхностями нагрева, кДж/кг или кДж/м³;

ΣQ_пот= Q₂+Q₃+Q₄+Q₅– потери теплоты соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от ухода в окружающую среду;

Q₆ - потери с физической теплотой шлака, кДж/кг или кДж/м³.

Q_р^р≈Q_н^с, кДж/м³

Q_н^с – низшая теплота сгорания сухого газа = 36090 кДж/м³.

Потеря теплоты с уходящими газами Q₂ определяется как разность энтальпии продуктов сгорания на выходе из котельного агрегата уходящих газов (I_ух) и холодного воздуха (α_ух* I_хв).

Q₂ = (I_ух -α_ух* I_хв)*(100-g⁴)/100, кДж/м³. (23)

Множитель (100-g⁴)/100, вводится в данную формулу в связи с тем что энтальпия уходящих газов и воздуха определяется для 1 кг действительно сожженного топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.

Энтальпия уходящих газов на 1 кг топлива (I_ух) подсчитывается по формуле:

I_ух = (I°_ух +(α_ух-1)* I°_в, кДж/м³.(24)

Здесь:

I_ух=V_RO₂*(CV_ух)_СО2+V°_N₂*(CV_ух) _N₂+ V°_H₂_O* (CV_ух) _H₂_O

В условияз задана температура газов перед экономайзером т.е. на выходе из котла:

V_ух = 280°С.

По таблице № 4 методических указаний, методом интерполирования определяем энтальпию газов, входящих в формулу:

(CV_ух)_СО2= 170/100*280 = 476 кДж/м³

(CV_ух) _N₂= 130/100*280 = 364 кДж/м³

(CV_ух) _H₂_O = 132/100*280 = 367 кДж/м³

Далее определяем объемы газов (V)

А) V_С_O₂ – это объем 3-х атомных газов, например СО₂,

V_С_O₂=0,01866*(28,7%+0,375*2,7)=0,01866*(29,7)= 0,55 м³/кг

Б) V° _N₂= 0,79 V°+0.008 N^p – это объем азота уходящих газов

V° _N₂=0,79* V°+0,008*0,5%=0,79* V°+0,005

Однако V° - это теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания при d=1 газообразного топлива.

V°= 0,0883*29,7+0,583-0,286= 2,92 м³/кг

Тогда: V° _N₂=0,79*V°+0,005=0,79*2,92+0,005= 2,9 м³/кг.

Г) находим количество водяных паров в уходящих газах:

V _H₂_O=0,111 Н^р+0,0124W^р+0,0161 V°=

=0,111*2,2%+0,0124*3,2%*2,92=0,24+0,397+0,05=0,67 м³/кг.

Находим значение (I°_ух) по формуле:

I°_ух=0,55*442+2,3*338+0,69*392=243,1+777,4+270,9=1521,4 кДж/кг.

Определяем (I°_хв) энтальпия холодного газа

Здесь V°=2,92 м³/кг

Удельную теплоемкость воздуха при V_хв=30°С принимаем равной

С = 1,3 кДж/кг К

Отсюда

I°_хв=2,92*1,3*30= 113,9 кДж/кг

Находим (I°_в) – энтальпия теоретически необходимого воздуха:

I°_в= V°*(CV_ух) _H₂_O=2,92*367= 1071,64 кДж/кг.

Далее находим (I_ух):

I_ух= I° + (α_ух-1)* I°_в= 1521,4+(1-1)*1071,64= 1521,4 кДж/кг.

Определяем значение Q₂:

Q₂=(I_ух- α_ух* I°_хв)*(100-g⁴)/100(25)

Где g⁴-0% по таблице №5 методических указаний

Q₂=(1521,4-1*113,9)*(100-0)/100= 15107,5 кДж/кг.

Затем определяем: g₂= Q₂/ Q_н^с*100%

Где Q_н^с=36090 кДж/кг по условию:

g₂=15107,5/36090*100%= 41 %

g₃- 1,5 % по условию.

Потеря теплоты теплоагрегатом в окружающую среду (от наружного охлаждения) g ₅ для стационарных агрегатов принимается по данным рис.7

g ₅ = 2 % для котлоагрегата с экономайзером

g ₅ = 1 % для котлоагрегата без экономайзера

g₆ – потеря теплоты шлака для газообразного топлива пренебрегаем.

После нахождения всех потерь определяем коэффициент полезного действия котлоагрегатов (брутто):

η^бр_ка= g₁=100-(g₂+ g₃+ g₄+ g₅) %(26)

η^бр_кА=100-(41+1,5+0+2)= 55,5 % для котлоагрегата с экономайзером,

η^бр_кА=100-(41+1,5+0+1)= 56,5 % для котлоагрегата без экономайзеа.

Расход натурального топлива находим по формуле:

, кг/с*м³/с(27)

Где D_ка- номинальная производительность котлоагрегата, кг/с;

I_х- энтальпия пара, выходящего из котлоагрегата, кДж/кг;

I_пв- 436 кДж/кг – энтальпия питательной воды на входе в агреагат;

I^кв - энтальпия кипящей воды, кДж/кг.

Энтальпия I^кв находится по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара по величине давления в котле, I^кв=835°С для котлоагрегата с экономайзером для котлоагрегата без экономайзера

С учетом потери g₄ расчетный расход полностью сгоревшего в топке газообразного топлива составит:

, кг/с(28)