Тепловой расчет и эксергетический анализ котельного агрегата (стр. 3 из 5)

2.1 Расчет процесса горения топлива

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

2.1.2

a_ух=a_m+Da , (1)

a_ух=1,2+0,2=1,4

2.1.3 Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 нм газообразного топлива, м³/м³,

V⁰=0,0467×[0,5×(CO+H₂)+S

] (2)

V⁰=0,0476×(0,5× 0,1+[(1+4/4)×93+(2+2/4)×3+(2+4/4) × 2+(3+6/4) 0,4+(3+8/4) × 0,2])=94,49.

2.1.4 Объём трёхатомных газов, м³/м³,

=0,01×(CO+SmC_mH_n+H₂S+CO₂) (3)

=0,01×(0,1+1× 93+2×3+2× 2+3× 0,4+3× 0,2)

=0,01×104,9=1,049

2.1.5 Теоретический объём азота, м³/м³,

=0,79×V⁰+ (4)

=0,79×94,49+1,3/100

=74,66.

2.1.6 Объём избытка воздуха, м³/м³,

DV_воз=(a_ух-1)×V⁰ (5)

DV_воз=0,4×94,49=37,796

2.1.7 Объём водяных паров, м³/м³,

V_H2O=0,01×(H₂+S

+H₂S)+0,016×a_m×V⁰ (6)

V_H2O=0,01(186+3+4+1,2+0,8)+0,016×1,2×94,49

V_H2O=0,01(195)+1,8142=3,76

2.1.7 Объём продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м³ (при нормальных условиях) топлива, м³/м³,

V_Г=

+ + V_H2O+DV_воз (7)

V_Г=1,049+74,66+3,76+37,796=117,265.

2.1.8 Плотность топочного газа при нормальных условиях, кг/м³,

r_m=0,01×[1,96×CO₂+0,52×H₂S+1,25×N₂+1,43×O₂+1,25×CO+0,089×H₂+S(0,536×m+0,046×n)C_mH_n+0,803×H₂O] (8)

r_m= 0,01×[1,625+0,125+(66,96+3,492+2,512+0,7536+0,3952)]=

0,01×(75,86)=0,7586.

2.1.9 Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива, кг/м³,

G_Г=r_m+1,306×a_ух×V⁰ (9)

G_Г=0,7586+1,306×1,4×94,49=173,52

2.1.10 Определяем теоретическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при произвольных температурах (например 1400 и 2000 ⁰С) по формуле

(10)

где С '- средние объёмные изобарные теплоёмкости углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха соответственно, определяются по таблице П 1.3.

(1,049×2,3136+74,66×1,4407+3,76×1,828+37,796×1,4528)×1400=240481 кДж

(1,049×2,4221+74,66×1,4888+3,76×1,9628+37,796×1,501)×2000=355612 кДж

По рассчитанным значениям при 1400 ⁰С и при 2000 ⁰С строят в масштабе зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры h_nc=f(t).

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

(11)

где h_т- физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять равным 0, h_воз – физическое тепло воздуха;

h_воз=a_m×C¹_воз×t_воз, (12)

h_воз=1,2×1,3071×200=313,7 кДж/м³

h^m_nc=35500+313,7=35813,7 кДж/м³

здесь t_воз – температура воздуха, выбирается согласно задания(200⁰С); С'_воз – средняя изобарная объёмная теплоёмкость воздуха при температуре воздуха при t_воз =200⁰С. Зная h_пс^т, по ht – диаграмме определяем теоретическую температуру горения. Она составила 1748,6⁰C

2.1.12 Энтальпию уходящих газов (кДж/м³) определяем:

2.1.12.1 С воздухоподогревателем:

(13)

,

,

,

,

где С´ –средние изобарные объёмные теплоёмкости газов.

h_ух= (0,3647×2,3827+3,2×1,47+0,7647×1,91+0,35×1,395×1,4826)×190=1474,3

2.1.12.2 Без воздухоподогревателя

(14)

Для этого случая определяем приближённое значение температуры уходящих газов t '_ух без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего:

1,293×С_Г×V_Г (t¢_ух – t_ух)=a_m×V⁰×C_воз(t_воз – t₀)×1,293, (15)

где С_r – средняя изобарная массовая теплоёмкость газов, принимаем С_r=1,16 кДж/(кг ·⁰С); С_воз- средняя изобарная массовая теплоёмкость воздуха, принимаем С_воз=1,02 кДж/(кг ·⁰С), откуда

(16)

,

,

,

.

h¢_ух=(0,3647×1,8747+3,2×1,3126+0,7647×1,5465+0,488×1,3193)×318=2133,9

2.2 Тепловой баланс котельного агрегата

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

Тепловой баланс котельного агрегата рассчитывается по уравнению согласно схеме приложение 1.

Q^Р_Н = Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅ (17)

то же в %:

100%=q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆ (18)

где q₁ –полезно использованная в котельном агрегате теплота; q₂ – потери теплоты с уходящими газами; q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания (см. табл. П 1.4); q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания, принимаем равными нулю; q₅ = потери теплоты от наружного охлаждения (см. табл. П 1.5); q₆ – потери с физическим теплом шлака, принимаем равным нулю.

2.2.1 Потери теплоты с уходящими газами определяем для случаев:

2.2.1.1 С воздухоподогревателем

(19)

2.2.1.2 Без воздухоподогревателя

(20)

где h₀= 0 при t₀= 0 ⁰С.

2.2.2 К.п.д. брутто котельного агрегата, %

2.2.3 С воздухоподогревателем

h_К.А.=q₁=100 - (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆), (21)

h_К.А.=q₁=100 - (8,9+0,75+0+0,9+0)=89,45%,

2.2.4 Без воздухоподогревателя

h¹_К.А.=q₁=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆) (22)

h¢_К.А.=q₁=100 - (13+0,75+0+0,9+0)=85,35%,

2.2.5 Часовой расход натурального тепла, м³/ч:

2.2.6 С воздухоподогревателем

(23)

где h_п.п – энтальпия перегретого пара, при t_п.п (таблдица 14. Рабинович); h_п.в - энтальпия питательной воды при t_п. (таблдица 14. Рабинович); h'- энтальпия воды.

h_пп = 3000 при P_пп = 14МПа и t_пп = 400⁰С,

при t_пв = 110⁰Си P_пп =14МПа

t_H=336,63⁰C

При Р = 14МПа и t_н = 336,63⁰С h¹ = 1570.8

м³/ч.

2.2.7 Без воздухоподогревателя

(24)

м³/ч.

3 УПРОЩЕННЫЙ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3.1 Эксергия топлива может быть принята равной теплоте сгорания топлива

(25)