Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем (стр. 3 из 7)
Объем водяного пара, вносимого в топку отходящими газами и получающегося при их сгорании, может быть вычислен следующим образом:
, (4.13)где
– влагосодержание отходящих газов, г/м3. Значение находится по формуле 
, (4.14)где WР – содержание влаги в отходящих газах, %;
– плотность водяного пара, кг/м3 (при нормальных условиях = 0,804 кг/м3).Суммарный объем
водяного пара в продуктах сгорания составляет 
. (4.15)Второе слагаемое в правой части равенства (4.15) учитывает образование водяного пара при горении добавки природного газа (см.табл.3), а третье – влагосодержание воздуха, подаваемого в топку (принимается, что влагосодержание воздуха равно 10 г/м3).
Объем избыточного воздуха может быть найден по формуле (4.3) или
. (4.16)4.4 Теплота сгорания смеси газообразных топлив
Низшая теплота сгорания
, кДж/м3, сухой смеси ОГ с ПГ рассчитывается по уравнению:
, (4.17)где CO, H2, H2S, … – объемное содержание соответствующих горючих компонентов в отходящих газах, %; 12636, 10798, 23400 и т. д. – низшие теплоты сгорания горючих компонентов отходящих газов, кДж/м3;
– низшая теплота сгорания сухого природного газа, кДж/м3.4.5 Энтальпии воздуха, отходящих газов и продуктов сгорания
Котел-утилизатор с термодинамической точки зрения представляет собой открытую термодинамическую систему. Поэтому вычисление составляющих энергетического и эксергетического балансов удобно выполнять, используя величину энтальпии продуктов сгорания. Кроме того, требуется знать энтальпии воздуха при различных его температурах.
4.5.1 Энтальпия продуктов сгорания
Энтальпия продуктов сгорания определяется в расчете на 1м3 сухих горючих газов, поступающих в топку (предтопок) котла-утилизатора. Так как компоненты продуктов сгорания можно считать идеальными газами, то
(4.18)где t – температура газовой смеси;
– энтальпия i-го компонента; 
– средняя в диапазоне температур 0 – t°С объемная теплоемкость i-го компонента в изобарном процессе; 
– парциальный объем i-го компонента; N – число компонентов.Значения
при нелинейной зависимости от температуры могут быть найдены из таблиц термодинамических свойств газов. В инженерных расчетах широко пользуются приближенной линейной зависимостью 
, (4.19)обеспечивающей допустимую погрешность в диапазоне t = 0 – 2000 °С. Здесь
и 
– постоянные интерполяционной формулы теплоемкости.При этом формула энтальпии смеси (4.18) принимает вид:
. (4.20)Используя линейные зависимости вида (4.19) для отдельных компонентов продуктов сгорания, приведенные в табл. 4, можно на основе выражения (4.20) получить зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры
, (4.21)где
, 
.Формула (4.21) дает возможность вычислять значение энтальпии продуктов сгорания при любой заданной температуре.
4.5.2 Энтальпия воздуха
Если принять зависимость теплоемкости воздуха от температуры линейной, то согласно табл.П.2. средняя в диапазоне температур 0 – t °С объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении определится так:
, (4.22)Тогда энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сжигания 1 м3 смеси ОГ с ПГсоставит:
, (4.23)где t – температура воздуха, °С.
Энтальпия действительного количества воздуха при сгорании 1 м3 смеси ОГ с ПГ, кДж/м3, определится по формуле
. (4.24)4.5.3 Энтальпия отходящих газов
Энтальпия отходящих газов определяется по формуле:
, (4.25)где t – температура ОГ, °С;
и –коэффициенты формул для средней объемной изобарной теплоемкости i-го компонента сухой части ОГ; 
– объемная доля i-го компонента в сухой части ОГ (в %); 
– число компонентов в сухой части ОГ; 
– объемная доля влаги в ОГ; 
- коэффициенты формулы средней объемной изобарной теплоемкости для водяного пара. Формула (4.25) учитывает то, что для расчета тепловых балансов в котле–утилизаторе энтальпия отходящих газов должна быть отнесена к 1 м3 сухой части этих газов.4.6 Определение теоретической температуры продуктов сгорания
В топках паровых котлов, работающих на природном газе, мазуте, угольной пыли, стенки топки покрыты экранными трубами, которые защищают конструкцию от воздействия высоких температур. В котлах-утилизаторах, в которых сжигается низкокалорийное топливо, температуры пламени относительно низкие и потери теплоты в стенки топки нежелательны. По этой причине, в частности, в топочной камере котлов-утилизаторов типа ПКК экранные трубы отсутствуют. Если не учитывать потери теплоты в стенки топочной камеры и принимать, что все полезное тепловыделение в топке затрачивается только на их нагрев, то температуру продуктов сгорания на выходе из топки можно приближенно считать равной так называемой адиабатной температуре горения
. Последняя находится на основе уравнения сохранения энергии: 
, (4.26)где
– энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, 
– доля теплоты, теряемая от химической неполноты сгорания ( %), 
– теплота, вносимая в топку смесью отходящих газов с природным, 
– теплота, вносимая в топку воздухом, приходящим из воздухоподогревателя.Теплота, вносимая смесью ОГ с ПГ
, (4.27)где
и 
– теплота, вносимая в топку соответственно отходящими газами и природным газом. Величина равняется энтальпии отходящих газов 
: 
(4.28)Вследствие малых значений
и невысокой температуры природного газа, поступающего в котел-утилизатор, вторым слагаемым в правой части уравнения (4.27) можно пренебречь. Тогда с учетом (4.28) 
. (4.29)Теплота
, вносимая в топку с воздухом, равна его энтальпии на выходе из воздухоподогревателя и может быть вычислена по формуле (4.24) при условии, что на входе в воздухоподогреватель температура воздуха составляет 60…80 °С, а в воздухоподогревателе она повышается на 200…250 °С.Определив
формуле (4.26), можно найти температуру продуктов сгорания на выходе из топки как