Методичка: Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов
Федеральное агентство по образования и науке РФ
Иркутский государственный технический университет
Кафедра теплоэнергетики
Расчетно-графическая работа
по дисциплине «Анализ теплотехнической эффективности оборудования» на тему:
«Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов»
Выполнил:
студент гр. ТЭ-06-1
Константинов В.В.
Проверил:
доцент кафедры ТЭ
Картавская В.М.
Иркутск 2009 г.
Введение
Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия котла брутто можно определить, установив сумму тепловых потерь при его работе [4]:
/>
Такой метод определения называют методом обратного баланса. Погрешность определения КПД методом обратного баланса зависит от точности измерения тепловых потерь котлом. Каждая из них определяется со значительной погрешностью [5] />, но относительная доля тепловых потерь составляет около десятой части общей теплоты топлива.
Среднестатистические данные по тепловым потерям q3, q4, q5 приведены в нормативном методе тепловых расчетов, потери теплоты топлива q2, q6 определяются расчетом.
Наибольшее значение из тепловых потерь имеет отвод теплоты из котла с уходящими газами q2. Она составляет q2 = 4,5-12,0%. При сжигании малореакционных твердых топлив (каменный уголь) в зависимости от способа сжигания могут оказаться значительными потери теплоты с механическим недожогом топлива (q4=2-5%). Остальные потери в сумме не превышают обычно 1%.
Целью расчетно-графической работы является определение КПД котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича и оценка погрешности его расчетов относительно расчетного.
Задание
Составить тепловой баланс котлоагрегата по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и определить КПД котла.
Исходные данные
Доля золы топлива в уносе: аун=0,95;
Содержание горючих в золе-уносе: сун=3 %.
Таблица 1. Техническая характеристика котлоагрегата
Основные сведения
Характеристика
Марка котлоагрегата
ГОСТ 3619-69
Е-50-3,9
Заводская
БКЗ-50-3,9
Производительность
т/ч
50
Параметры пара
Давление на выходе Р, МПа
3,9
Температура t, °С
440
Топливо
Березовскийбурый уголь
Расчетный КПД брутто />, %
91,8
Температура уходящих газов, ºС
145
Таблица 2. Расчетные характеристики топлива из [3]
Месторождение
Марка
Элементарный состав на рабочую массу
топлива, %
Низшая теплота сгорания />, МДж/кг,(ккал/кг)
Выход летучих
/>,%
Березовское
Б2Р
Влажность, WP
Зольность ,AP
Сера,SP
Углерод,CP
Водород,HP
Азот,NP
Кислород,OP
15,67(3740)
48,0
33,0
5,4
0,26
36,3
4,3
0,6
20,2
Расчет объемов воздуха и продуктов горения
Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1кг рабочего топлива при нормальных условиях (0оС и 101,3 кПа) по [6].
Теоретический объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при α=1, определяется по формуле
/>/>м3/кг.
Теоретические объемы продуктов горения (при α=1):
объем трехатомных газов
/>м3/кг;
объем водяных паров
/>м3/кг;
объем азота
/>м3/кг;
объем влажных газов
/>м3/кг;
объем сухих газов
/>м3/кг.
Действительные объемы воздуха и продуктов сгорания (при αух=1,4):
объем водяных паров
/>м3/кг;
объем дымовых газов
/>м3/кг;
объем сухих газов
/>м3/кг;
/>м3/кг.
2. Определение обобщенных характеристик топлива
Жаропроизводительность топлива – температура, до которой нагревались бы образующиеся продукты сгорания, если бы сгорание происходило в адиабатических условиях без подогрева воздуха и при стехиометрическом [соответствующем строго реакции горения (α=1)] расходе воздуха по [6].
Жаропроизводительность топлива без учета влаги в воздухе по [4]
/>ºС,
где />=4,5563 м3/кг – объем влажных газов.
Жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе по [4]
/>ºС.
Жаропроизводительность топлива с учетом расхода теплоты на расплавление золы и влаги, содержащейся в воздухе по [4]:
/>ºС.
Максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива по[4]
/>ккал/м3.
Изменение объема сухих продуктов горения в действительных условиях и при теоретических по[4]
/>.
Соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α=1 по[4]
/>.
Отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до tмакс=2042,26ºСпо табл. 14-12 [5] c' = 0,835.
Отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tмакс =2042,26ºСпо табл. 14-12 [5] k = 0,79.
Содержание трехатомных газов в сухих газах по [4]
/>.
Максимальное содержание трехатомных газов в сухих газах по[4]
/>.
3. Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и КПД (брутто) котлоагрегата
Составление теплового баланса котлоагрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой />, и суммой полезно использованной теплоты /> и тепловых потерь />. На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных величинах), кДж/кг:
/>.
Принимая /> за 100%, находим составляющие баланса (qi) в относительных единицах. Тогда />.
КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу
/>,
где q2=6,22% – потери теплоты с уходящими газами; q3 = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q4 = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q5 = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения; q6 = 0,00096% – потери с физической теплотой шлаков.
Относительная погрешность определения КПД котлоагрегата (брутто) методом обратного баланса составила:
/>.
Потери теплоты с уходящими газами по [4]
/>,
где tух=145ºС – температура уходящих газов; tхв=30ºС – температура холодного воздуха; t’макс =2015,86ºС – жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе; c'=0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до tмакс =2042,26ºСпо табл. 14-12 [5]; h – изменение объема сухих продуктов горения в реальных условиях и при теоритических;/>– соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α=1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tмакс =2042,26ºС по табл. 14-12 [5].
Потери теплоты в котлоагрегате по [4] с химическим недожогом отсутствуют q3=0%.
Потери теплоты по [4] в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива
/>%,
где Qун – теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3/кг продуктов горения, ккал/м3; P – максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива, ккал/м3.
Теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3 продуктов горения [4]:
/>ккал/м3,
где aун=0,95 – доля золы топлива в уносе; сун=3% – содержание горючих в золе-уносе.
Потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата принимаются по рис. 4-9 из [2] при номинальной нагрузке (50т/ч) и составляют />.
Потери с физической теплотой шлаков рассчитываются по формуле [6]
/>,
где ашл=1 – аун = 1–0,95=0,05– доля золы в шлаке по табл.2.6 из [6]; (сt)шл=0,56 кДж/кг – энтальпия шлака при твердом шлакоудалении при температуре tшл=600ºС по табл.3.5 из [6].
Заключение
В расчетно-графической работе были определены тепловые потери топлива, которые составили:
q2= 6,22% – потери теплоты с уходящими газами;
q3= 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом;
q4= 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива;
q5= 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения;
q6= 0,00096% – потери с физической теплотой шлаков.
Из анализа тепловых потерь следует, что в современных паровых котлах наибольшее значение имеют потери теплоты с уходящими газами q2, которые в основном и определяют величину КПД.
В соответствии с рассчитанной суммой тепловых потерь котла (/>) по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. был определен коэффициент полезного действия котла брутто, который составил />. Относительная погрешность определения КПД котла (брутто) этим методом по сравнению с расчетным (92,51%) составила />.
Список литературы
1. Исаев А.В. Тепловой баланс паротурбинной установки (ПТУ). Курсовая работа по дисциплине «Анализ теплотехнической эффективности оборудования»
2. Справочное пособие теплоэнергетика электрических станций/ под ред. А.М. Леонкова. – Минск: Беларусь, 1974. – 368 с.
3. Сорокина Л.А. Топливо и основы теории горения: учеб. пособие / Л.А. Сорокина. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. – 78 с.
4. Практические занятия по дисциплине «Анализ теплотехнической эффективности оборудования», 2007.
5. Трембовля В.И. Теплотехнические испытания котельных установок / В.И. Трембовля, Е.Д. Фингер, Л.А. Авдеева. – М.: Энергия, 1977. – 269 с.
6. Сорокина Л.А. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие / Л.А. Сорокина, В.В. Федчишин, А.Н. Кудряшов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. – 146 с