Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем (стр. 2 из 7)
Специально для сжигания отходящих газов сажевого производства разработана серия унифицированных котлов типа ПКК (пакетно-конвективный котел). Его продольный разрез показан на рис.1 Котлы типа ПКК однобарабанные, конвективные, с естественной циркуляцией.
Отходящие газы сажевого производства вместе с природным газом или мазутом поступают через горелку 1 в неэкранированный предтопок 2, где и сжигаются. Из предтопка продукты сгорания проходят конвективные испарительные секции 3, пароперегреватель 4, воздухоподогреватель 7, и экономайзер 8. Все элементы котла состоят из системы труб, нагреваемых омывающими их продуктами сгорания. Однако использование теплоты продуктов сгорания в них различно: в трубах испарительных секций происходит кипение воды и образование пара, который поступает затем в барабан 5; в пароперегревателе пар, поступающий из барабана, перегревается до температуры выше температуры насыщения; в воздухоподогревателе подогревается воздух перед подачей в предтопок; в экономайзере подогревается питательная вода, поступающая в котел.
4. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
4.1 Состав продуктов сгорания
Для оценки термодинамической эффективности использования ВЭР в котле утилизаторе необходимо знать температуру и энтальпию продуктов сгорания смеси отходящих газов с природным. Указанные параметры определяются на основе термохимического расчета процесса горения. Этот расчет включает определение теоретически необходимого для полного сжигания горючей газовой смеси объема воздуха, действительного объема воздуха, подаваемого в топку котла, объемов продуктов сгорания (ПС), теплоты сгорания газовой смеси, теоретической температуры продуктов сгорания. При этом для газообразных топлив указанные объемы принято находить в расчете на 1 м3 объема сухой части сжигаемого газа.
При горении горючие элементы топлива (CO, H2, H2S, CH4 и другие) взаимодействуют с окислителем – кислородом воздуха, и образуют окислы CO2, SO2, H2O и др. Кроме того, в продукты сгорания входят негорючие газообразные компоненты топлива и азот, содержащийся в воздухе.
Если при полном сгорании 1 м3 горючих газов объем поданного в топку воздуха таков, что прореагирует весь входящий в него кислород, то такой объем (
, м3/м3) называется теоретически необходимым. Полученный в этом случае объем продуктов сгорания ( 
, м3/м3) называется также теоретическим. Отметим, что здесь и в дальнейшем объемы воздуха и других газов берутся при нормальных физических условиях (p=101,3 кПа и T=273 К), а размерность м3/м3 означает объем воздуха или компонента продуктов сгорания, приходящийся на 1 м3 объема сухой части сжигаемой газовой смеси.Теоретический объем продуктов сгорания состоит из объёмов следующих компонентов:
, (4.1)где
объем сухих трехатомных газов (
, так как содержание серы в топливе мало); 
, 
‑ теоретические объемы азота и водяного пара.В действительности, из-за несовершенства смесеобразования подача в топку теоретического количества воздуха не обеспечивает полного сгорания топлива. По этой причине обычно в топку подают воздуха больше теоретически необходимого:
, (4.2)где
– действительно поданный в топку объем воздуха, 
– коэффициент избытка воздуха.Очень часто для удаления продуктов сгорания из котельного агрегата их отсасывают дымососом, в результате чего в газоходах котла создается разряжение. Вследствие этого через неплотности в обмуровке котла в газоходы может подсасываться атмосферный воздух и величина a будет несколько возрастать по длине газового тракта. При работе котла с воздуходувкой давление в газоходах выше атмосферного, поэтому подсосов воздуха нет и значение a сохраняется неизменным.
При a>1 в продуктах сгорания появляется избыточный воздух
: 
. (4.3)Следствием избытка воздуха, поступающего в топку, является увеличение в продуктах сгорания объема водяных паров на величину
соответствующую содержанию водяного пара в избыточном воздухе. С учетом действительный объем водяных паров в продуктах сгорания 
, (4.4)где
– теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания при a=1.4.2 Определение расходов горючих газов и воздуха
4.2.1 Расход горючих газов
В предтопке котла-утилизатора типа ПКК сжигается смесь отходящих газов с природным газом (ОГ с ПГ). Объемная доля
природного газа в этой смеси составляет: 
, (4.5)где
, 
– расходы соответственно отходящих и природного газов; здесь и далее индексы “ог”, ”пг” означают соответственно отходящие газы и природный газ. Значение выбирают, исходя из параметров и теплоты сгорания отходящих газов. В настоящей курсовой работе это значение указано в исходных данных. Величина при расчетах также известна, так как она определяется производительностью сажевого производства. Таким образом, исходя из формулы (4.5) можно найти потребный расход природного газа: 
. (4.6)Суммарный расход горючих газов составляет:
. (4.7)4.2.2 Расход воздуха на горение
Теоретически необходимый объем
(м3/м3) воздуха для полного сжигания 1 м3 смеси ОГ с ПГ определяется по формуле 
, (4.8)где
и 
– соответственно теоретические объемы воздуха для сжигания отходящих газов сажевого производства и природного газа.В свою очередь
, (4.9)где СО, Н2, Н2S и другие – объемные доли соответствующих компонентов в отходящих газах, %.
Величина
также может быть рассчитана по формуле (4.9) или взята из справочника (табл.3).Действительный объем воздуха
в м3/м3 для сгорания 1 м3 смеси ОГ с ПГ вычисляется по формуле (4.2).4.3 Объем продуктов сгорания
Объем продуктов сгорания 1 м3 смеси ОГ с ПГ при a>1 находится как сумма объемов их компонентов:
. (4.10)Объем сухих трехатомных газов
определяется суммированием объема таких газов, содержащихся в ОГ и получающихся при их сжигании, с одной стороны, и объема трехатомных газов, образующихся при сгорании природного газа: 
, (4.11)где СО2, CO, Н2S, CmHn– объемные доли соответствующих компонентов в отходящих газах, %,
– объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания природного газа (см.табл.3).Теоретический объем азота вычисляется следующим образом:
, (4.12)где N2(пг) – процентное содержание азота в отходящих газах,
– объем азота при 
в продуктах сгорания природного газа (см.табл.3).