Задача 1. В топке котла сжигается уголь состава: Ср, Нр, SРл , Nр, Oр, Aр , Wp .

В топке котла сжигается уголь состава: С^р, Н^р, S^Р_л, N^р, O^р, A^р, W^p.

Коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α ʹ _ух.

Температура уходящих газов на выходе из последнего газохода

tʹ _ух.г .

Температура воздуха в котельной t_к.

Объёмные теплоёмкости воздуха сʹ _р.в= 1, 29 кДж/(м3К), уходящих газов сʹ _р.ух= 1, 415 кДж/(м3К).

Температура питательной воды t_пв = 150⁰C.

Величина непрерывной продувки Р = 4%.

Потери тепла от механической неполноты сгорания q_п = 4 %.

Составить тепловой баланс и определить КПД котельной установки на 1 кг топлива. Рассчитать расход угля котельной установкой для производства перегретого пара с параметрами Р_пп, t_пп.

Исходные данные:

С^р = 58, 3%, Н^р = 1, 8%, S^Р_л = 1, 5%, N^р = 1, 0%, O^р = 1, 4%, A^р= 32, 0%, W^p = 4, 0%

α ʹ _ух =1, 1

tʹ _ух.г = 16⁰С

t_к = 25⁰С

Р_пп = 1, 2МПа

t_пп = 340⁰С

G = 10т/ч

Решение

Теплота сгорания топлива [1]

Q^P_H = 338· С^р + 1025·Н^р + 108· (S_Л ^р + О^р) – 25 W^Р

Q^P_H = 338· 58, 3 + 1025·1, 8 + 108· (1, 5 + 1, 4 ) – 25· 4, 0 = 21764 кДж/кг

Теоретический объем кислорода

V₀₂ = 0, 01(1, 867· С^Р + 5, 6· Н^Р + 0, 7 · (S_Л ^р – О^р))

V₀₂ = 0, 01(1, 867· 58, 3 + 5, 6· 1, 8 + 0, 7 · (1, 5– 1, 4)) = 1, 189м³/кг

Теоретический расход воздуха

V_Д = (1 + K) · V₀₂,

где К – отношение процентного содержания азота к процентному содержанию кислорода, т.е.

для атмосферного давления К = 3, 76

V_Д = (1 + 3, 76) · 1, 189 = 5, 66м³/кг

Практический расход воздуха

V_α = α · V_Д = 1, 1·5, 66 = 6, 23 м³/кг

Объем продуктов сгорания:

а) V _СО2 = 0, 01·1, 867· С^Р = 0, 01 ·1, 867· 58, 3 = 1, 088 м³/кг

б) V _SО2 = 0, 01·0, 7· S^Р = 0, 01 ·0, 7· 1, 5 = 0, 0105 м³/кг

в) V _Н2О = 0, 01(11, 2· Н^Р + 1, 244 (W^р + W^Ф))+0, 00124q_H2O^св ·L_α

V _Н2О = 0, 01(11, 2· 1, 8+ 1, 244 (4, 0+ 0))+0, 00124· 0 · 6, 23 = 0, 25 м³/кг

г) избыточный объем кислорода

V₀₂^изб. = (α – 1) ·V₀₂ = 0, 15·1, 189 = 0, 178 м³/кг

д) объем азота

V_N2 = α ·K ·V₀₂ = 1, 15·3, 76·1, 189 = 5, 14 м³/кг

e) объем продуктов сгорания

V _α = V _СО2 + V _SО2 + V _Н2О + V₀₂^изб + V_N2

V _α = 1, 088 + 0, 0105 + 0, 25+0, 178 + 5, 14 = 6, 67 м³/кг

Состав продуктов сгорания

Плотность дымовых газов и воздуха

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса котельного агрегата определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, который является важнейшей характеристикой энергетической эффективности работы котла.

Тепловой баланс котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты и суммой использованной теплоты и тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата составляем на 1 кг твердого топлива.

где Q₁ – полезная теплота, используемая на получение пара;

Q₂ – потери теплоты с уходящими газами;

Q₃ – потери теплоты от химического недожога;

Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q₅ – потери теплоты в окружающую среду;

Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

1. Статьи прихода

Левая приходная часть уравнения теплового баланса является суммой следующих величин:

где Q_B.BH – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива;

Q_пap – теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива, пар для распыления топлива не используется;

Q_физ.т – физическая теплота 1 кг или 1 м³ топлива, при горении твердого топлива значение Q_физ.т не учитывается.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитываем по равенству:

где α ʹ _ух =1, 1 –коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;

V₀ = G = 10т/ч = 2, 8кг/с = 2, 8 ∙ 1, 29 = 3, 61м³/с;

сʹ _р.в= 1, 29 кДж/(м³∙ К) – объемная теплоемкость воздуха;

Т_г.вз - температура нагретого воздуха, К,

Т_г.вз = 273 + 25 = 298К;

Т_х.вз - температура холодного воздуха,

Т_г.вз = 273 + 16 = 289К;

где В – расход топлива, кг/с

2. Статьи расхода

2.1 Теплота, необходимая на нагрев пара:

где G = 10т/ч = 2, 8кг/с;

G_п.в.– количество продувочной воды,

G_п.в. = Р/100∙ 2, 8кг/с = 4/100∙ 2, 8 = 0, 112кг/с;

i_п – энтальпия перегретого пара, при t_пп = 340⁰С i_п = 2571кДж/кг;

i_п.в. – энтальпия питательной воды, при t_пв = 150⁰С i_пв = 632кДж/кг;

iʹ – энтальпия кипящей воды, iʹ = 1564кДж/кг

2.2 Потерю теплоты с уходящими газами Q₂ определяют как разность между энтальпией газов на выходе из котельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат

где V_Г – объем продуктов сгорания 1 кг топлива, м³/кг,

V_Г = 6, 67м³/ч;

c_р.r, с_р.в – средние объемные теплоемкости продуктов сгорания топлива и воздуха,

сʹ _р.в= 1, 29 кДж/(м³∙ К)

сʹ _р.г= 1, 415 кДж/(м³∙ К);

Т_ух, Т_х.вз – температуры уходящих газов и холодного воздуха;

α _ух = 1, 1;

2.3 Потеря теплоты от химического недожога Q₃. Газы на выходе из топки могут содержать продукты неполного горения топлива СО, Н₂, СН₄, теплота сгорания которых не использована в топочном объеме и далее по тракту котлоагрегата. Суммарная теплота сгорания этих газов и обусловливает химический недожог. Для печей потеря составляет 0, 5÷ 3, 0%, принимаем 1, 5%

Q₃ = 0, 015 ∙

Q₃ =

2.3. Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄. При горении твердого топлива остатки (зола, шлак) могут содержать некоторое количество несгоревших горючих веществ (в основном углерода). В результате химически связанная энергия топлива частично теряется. По заданию потери составляют 4%

Q₄ = 0, 04∙

2.4. Потеря теплоты в окружающую среду Q₅

Потери теплоты в окружающую среду при номинальной производительности определяют по нормативным данным в зависимости от мощности котлоагрегата. Для паровых котлов производительностью до 2, 8 кг/с пара Q₅ - 2 - 4%, принимаем Q₅ = 3%

Q₅ = 0, 03∙

Тепловой баланс:

21764∙ В + 46 = 5534 + 23 + 2, 57 + 6 + 5 = 5571кДж/кг

Определяем расход топлива

Определяем КПД котельной