Что характеризует величина qв вн

Тепловой баланс котельного агрегата

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.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревание воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

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 составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м 3 газа. Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Где Q_р/ р — теплота, которой располагают; Q₁ — использованная теплота; ∑Q_n — общие потери; 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.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Q_p/ p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

В уравнении (19.4) величина q₁ представляет собой коэффициент полезного действия установки «брутто». Он не учитывает затраты энергии на обслуживание котельной установки: привод дымососов, вентиляторов, питательных насосов и прочие расходы. Коэффициент полезного действия «нетто» меньше КПД «брутто», так как он учитывает затраты энергии на собственные нужды установки.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (19.3) является суммой следующих величин:

где Q_B.BH — теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива. Эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухоподогревателе, то эта теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Q_пap — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива; Q_физ.т — физическая теплота 1 кг или 1 м 3 топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству

где β — отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р — средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха; при температуре воздуха до 600 К можно считать с_р = 1,33 кДж/(м 3 К); Т_г.вз — температура нагретого воздуха, К; Т_х.вз — температура холодного воздуха, принимаемая обычно равной 300 К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

где W_ф — расход форсуночного пара, равный 0,3 — 0,4 кг/кг; i_ф — энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r — теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

где с_т — теплоемкость топлива, кДж/(кгК); Т_т — температура топлива, К.

Значение величины Q_{физ. т} обычно незначительно и в расчетах учитывается редко. Исключением являются мазут и низкокалорийный горючий газ, для которых значение Q_физ.т существенно и должно обязательно учитываться.

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q _p /_р = Q р /_н. Слагаемые потерь тепла в уравнении теплового баланса котельного агрегата подсчитывают на основании равенств, приводимых ниже.

1. Потерю теплоты с уходящими газами Q₂(q₂) определяют как разность между энтальпией газов на выходе из котельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат (двоздухоподогревателя), т.е.

где V_r — объем продуктов сгорания 1 кг топлива, определяемый по формуле (18.46), м ₃ /кг; c_р.r, с_р.в — средние объемные изобарные теплоемкости продуктов сгорания топлива и воздуха, определяемые как теплоемкости газовой смеси (§ 1.3) с помощью таблиц (см. прил. 1); Т_ух, Т_х.вз — температуры уходящих газов и холодного воздуха; а — коэффициент, учитывающий потери от механического недожога топлива.

Котельные агрегаты и промышленные печи работают, как правило, под некоторым разрежением, которое создается дымососами и дымовой трубой. Вследствие этого через не плотности в ограждениях, а также через смотровые лючки и т.д. подсасывается из атмосферы некоторое количество воздуха, объем которого необходимо учитывать при расчете I_ух.

Энтальпию всего поступающего в агрегат воздуха (с учетом присосов) определяют по коэффициенту избытка воздуха на выходе из установки α_ух = α_т + ∆α.

Общий подсос воздуха в котельных установках не должен превышать ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Из всех потерь теплоты величина Q₂ — самая значительная. Величина Q₂ возрастает с увеличением коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, влажности твердого топлива и забалластированности негорючими газами газообразного топлива. Снижение присосов воздуха и улучшение качества горения приводят к некоторому уменьшению потери теплоты Q₂. Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура. Для снижения Т_ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева — воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т_ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров. С уменьшением Т_ух возрастает КПД и снижаются расход топлива и затраты на него. Однако при этом возрастают площади теплоиспользующих поверхностей (при малом температурном напоре площадь поверхности теплообмена необходимо увеличивать; см. § 16.1), в результате чего повышаются стоимость установки и эксплуатационные расходы. Поэтому для вновь проектируемых котельных агрегатов или других теплопотребляющих установок значение Т_ух определяют из технико — экономического расчета, в котором учитывается влияние T_ух не только на КПД, но и на величину капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Другой важный фактор, влияющий на выбор Т_ух, — содержание серы в топливе. При низкой температуре (меньше, чем температура точки росы дымовых газов) возможна конденсация водяных паров на трубах поверхностей нагрева. При взаимодействии с сернистым и серным ангидридами, которые присутствуют в продуктах сгорания, образуются сернистая и серная кислоты. В результате этого поверхности нагрева подвергаются интенсивной коррозии.

Современные котельные агрегаты и печи для обжига строительных материалов имеют Т_ух = 390 — 470 К. При сжигании газа и твердых топлив с небольшой влажностью Т_ух — 390 — 400 К, влажных углей

Т_ух = 410 — 420 К, мазута Т_ух = 440 — 460 К.

Влажность топлива и негорючие газообразные примеси являются газообразующим балластом, который увеличивает количество получающихся при горении топлива продуктов сгорания. При этом повышаются потери Q₂.

При использовании формулы (19.6) следует иметь в виду, что объемы продуктов сгорания рассчитывают без учета механического недожога топлива. Фактическое количество продуктов сгорания с учетом механической неполноты горения будет меньше. Это обстоятельство учитывают, вводя в формулу (19.6) поправочный коэффициент a = 1 — р₄/100.

2. Потеря теплоты от химического недожога Q₃(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. Причинами появления химического недожога могут быть:

• недостаток окислителя (α
• плохое перемешивание топлива с окислителем (α ≥ 1);
• большой избыток воздуха;
• малое или чрезмерно высокое удельное энерговыделение в топочной камере q_v, кВт/м 3 .

Недостаток воздуха приводит в тому, что часть горючих элементов газообразных продуктов неполного горения топлива может вообще не сгорать из-за отсутствия окислителя.

Плохое перемешивание топлива с воздухом является причиной или местного недостатка кислорода в зоне горения, или, наоборот, большого его избытка. Большой избыток воздуха вызывает снижение температуры горения, что уменьшает скорости реакций горения и делает процесс сжигания неустойчивым.

Малое удельное тепловыделение в топке (q_v = BQ p_{/ н}/V_т, где В — расход топлива; V_T — объем топки) является причиной сильного рас сеяния теплоты в топочном объеме и ведет к снижению температуры. Завышенные значения qv также вызывают появление химического недожога. Объясняется это тем, что для завершения реакции горения требуется определенное время, а при значительно завышенном значении qv время нахождения топливовоздушной смеси в топочном объеме (т.е. в зоне наиболее высоких температур) оказывается недостаточным и ведет к появлению в газообразных продуктах сгорания горючих составляющих. В топках современных котельных агрегатов допустимое значение qv достигает 170 — 350 кВт/м 3 (см. § 19.2).

Для вновь проектируемых котельных агрегатов значения qv выбирают по нормативным данным в зависимости от вида сжигаемого топлива, способа сжигания и конструкции топочного устройства. При балансовых испытаниях эксплуатируемых котельных агрегатов величину Q₃ рассчитывают по данным газового анализа.

При сжигании твердого или жидкого топлива величину Q₃, кДж/кг, можно определить по формуле(19.7)

3.Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄(g₄). 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.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания включает ее потери вследствие:

• провала мелких частиц топлива через зазоры в колосниковой решетке Q_пр (q_пр);
• удаление некоторой части недогоревшего топлива со шлаком и золой Q_шл (q_шл);
• уноса мелких частиц топлива дымовыми газами Q_ун (q_ун)

Потеря теплоты q_yн принимает большие значения при факельном сжигании пылевидного топлива, а также при сжигании неспекающихся углей в слое на неподвижных или подвижных колосниковых решетках. Значение q_ун для слоевых топок зависит от видимого удельного энерговыделения (теплонапряжения) зеркала горения q_R, кВт/м ₂ , т.е. от количества выделяющейся тепловой энергии, отнесенного к 1 м 2 горящего слоя топлива.

Допустимое значение q_R BQ р /_н/R (В — расход топлива; R — площадь зеркала горения) зависит от вида сжигаемого твердого топлива, конструкции топки, коэффициента избытка воздуха и т.д. В слоевых топках современных котельных агрегатов величина q_R имеет значения в пределах 800 — 1100 кВт/м₂. При расчете котельных агрегатов величины q_R, q₄ = q_np + q_шл + q_ун принимают по нормативным материалам. При балансовых испытаниях потерю теплоты от механического недожога рассчитывают по результатам лабораторного технического анализа сухих твердых остатков на содержание в них углерода. Обычно для топок с ручной загрузкой топлива q₄ = 5 ÷ 10%, а для механических и полумеханических топок q₄ = 1 ÷ 10%. При сжигании пылевидного топлива в факеле в котельных агрегатах средней и большой мощности q₄ = 0,5 ÷ 5%.

4. Потеря теплоты в окружающую среду Q₅ (q₅) зависит от большого числа факторов и главным образом от размеров и конструкции котла и топки, теплопроводности материала и талщины стенок обмуровки, тепловой производительности котлоагрегата, температуры наружного слоя обмуровки и окружающего воздуха и т. д.

Потери теплоты в окружающую среду при номинальной производительности определяют по нормативным данным в зависимости от мощности котлоагрегата и наличия дополнительных поверхностей нагрева (экономайзера). Для паровых котлов производительностью до 2,78 кг/с пара q₅ — 2 — 4%, до 16,7 кг/с — q₅ — 1 — 2%, более 16,7 кг/с — q₅ = 1 — 0,5%.

Потери теплоты в окружающую среду распределяются по различным газоходам котлоагрегата (топка, пароперегреватель, экономайзер и т.д.) пропорционально теплоте, отдаваемой газами в этих газоходах. Эти потери учитывают, вводя коэффициент сохранения теплоты φ = 1 q₅/(q₅ + ȵ_к.а) где ȵ_к.а — КПД котельного агрегата.

5. Потеря теплоты с физической теплотой удаляемых из топок золы и шлаков Q₆(q₆) незначительна, и ее следует учитывать только при слоевом и камерном сжигание многозольных видов топлива (типа бурых углей, сланцев), для которых она составляет 1 — 1,5%.

Потери теплоты с горячей золой и шлаком q₆, %, рассчитывают по формуле

где а_шл — доля золы топлива в шлаке; С_шл — теплоемкость шлака; Т_шл — температура шлака.

При факельном сжигании пылевидного топлива а_шл = 1 — а_ун (а_ун — доля золы топлива, уносимой из топки с газами).

Для слоевых топок а_{сл шл} = а_шл + а_пр (а_пр — доля золы топлива в «провале»). При сухом шлакоудалении температура шлака принимается Т_ш = 870 К.

При жидком шлакоудалении, которое наблюдается иногда при факельном сжигании пылевидного топлива Т_шл = Т_зол + 100 К (Т_зол — температура золы в жидкоплавком состоянии). При слоевом сжигании горючих сланцев к зольности Aр вводится поправка на содержание углекислоты карбонатов, равная 0,3 (СО₂), т.е. зольность принимается равной А_Р + 0,3 (СО₂) р /_к. Если удаляемый шлак находится в жидком состоянии, то значение величины q₆ достигает 3%.

В печах и сушилках, применяемых в промышленности строительных материалов, помимо рассмотренных потерь теплоты приходится учитывать также потери на прогрев транспортных устройств (например, вагонеток), на которых материал подвергается тепловой обработке. Эти потери могут доходить до 4% и более.

Таким образом, КПД «брутто» может быть определен как

Теплоту, воспринятую вырабатываемым продуктом (пар, вода), обозначим Qк.a, кВт, тогда имеем:

для паровых котлов

для водогрейных котлоагрегатов

Где D — производительность котла, кг/с; i_п.п — энтальпия перегретого пара (если котел вырабатывает насыщенный пар, то вместо i_п.в следует поставить (i_пн) кДж/кг; i_п.в — энтальпия питательной воды, кДж/кг; р — количество воды, удаляемой из котлоагрегата с целью сохранения допустимого содержания солей в котловой воде (так называемая непрерывная продувка котла), %; i — энтальпия котловой воды, кДж/кг; М_в — расход воды через котлоагрегат,кг/с; с_р.в — теплоемкость воды, кДж/(кгК); T_вых — температура горячей воды на выходе из котла; Т_вх — температура воды на входе в котел.

Расход топлива В, кг/с или м 3 /с, определяют по формуле

Объем продуктов сгорания (см. § 18.5) определяют без учета потери от механического недожога. Поэтому дальнейший расчет котельного агрегата (теплообмен в топке, определение площади поверхностей нагрева в газоходах, воздухоподогревателя и экономайзера) осуществляется по расчетному количеству топлива В_р:

(19.13)

При сжигании газа и мазута В_р = В.

4. Тепловой баланс котельного агрегата.

При работе парового котла теплота, поступившая в котел, расходуется на выработку полезной теплоты в виде пара или горячей воды и на покрытие различных потерь теплоты.

Тепловой баланс котла — это равенство между приходом и расходом тепла.

Тепловой баланс составляется на 1кг (м³) при н.у. топлива при установившемся режиме.

Тепловой баланс – это равенство между поступившем в котел количество тепла с топливом Q_р , теплом вносимым в топку воздухом Q_в.вн и теплом парового дутья Q_ф и суммой полезно использованного тепла Q_пол и тепловых потерь Σ Q_пот.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Q_р + Q_в.вн + Q_ф = Q + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅ +Q₆ , кДж/кг (кДж/м 3 ), где

Q_р — поступившая теплота с топливом (располагаемая);

Q_в.вн – теплота, вносимая в топку воздухом;

Q_ф – теплота, вносимая паровым (форсуночным) дутьем;

Q_пол = Q — полезно использованная теплота;

Q₂ = Q_ух – потеря теплоты с уходящими газами;

Q₃ = Q_хн – потеря тепла от химического недожога;

Q₄ = Q_мн – потеря тепла от механического недожога;

Q₅ = Q_но – потеря тепла от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q₆ : Q_6шл = Q_фш – потеря с физической теплотой шлаков;

Q_6охл =Q_охл – потеря тепла с охлаждающими балками.

В левой части основной составляющей является располагаемая теплота топлива, которая определяется по уравнениям:

Q_р = Q d _i + iтл., кДж/м 3 , где

Q r _i — низшая теплота сгорания твердого и жидкого топлива;

Q d _i — низшая теплота сгорания газообразного топлива.

Обычно принято потери теплоты выражать в % от располагаемой теплоты топлива.

Если Q_прих = Q_р, тогда Q_р = Q + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅ +Q₆ разделим обе части этого уравнения на Q_р и получим:

1= Q/ Q_р + Q₂ / Q_р +. +Q₆ / Q_р

И т.к. принято, что q_i = Q_i/ Q_р*100%, то получим:

q₁= Q/ Q_р*100% — доля топлива (теплоты) полезно использованная при сжигании топлива.

Полное количество тепла, полезно использованное в котле низкого и среднего давления для котла без пароперегревателя:

Q_к – полное количество полезно использованной теплоты, кВт;

D_нп , D_пр – соответственно, количество выработанного насыщенного пара и расход воды на продувку, кг/с;

i_пв – энтальпия питательной воды, кДж/кг

i»_s, i’_s – соответственно энтальпия насыщенного пара при давлении P_к в барабане и кипящей воды, кДж/кг

Тепловой расчет котла

При тепловом расчете парогенератора или водогрейного котла тепловой баланс составляется для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется располагаемая теплота. Тепловой расчет котла для твердого и жидкого топлива (кДж/кг)

Тепловой расчет котла для газообразного топлива (кДж/м3)

где Q_н р — низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива, кДж/кг, принимается по данным табл. 2-7, а при отсутствии данных — на основании анализа проб топлива; Q_н с — низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м 3 , принимается по данным табл. 2-8, а при отсутствии данных — на основании анализа проб газа; Q_в.вн — теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром пли другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг или кДж/м 3 ; i_тл — физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг или кДж/м 3 ; Q_ф — теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг; QK — теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

В случае предварительного подогрева воздуха в калорифере теплота, внесенная воздухом, кДж/кг или кДж/м 3 ,

где I°_вп — энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель после предварительного подогрева в калорифере; определяется по температуре воздуха после калорифера t_вп линейной интерполяцией значений I°_в из табл. 3-7; I°_хв — энтальпия теоретического объема холодного воздуха при его расчетной температуре.

Энтальпия холодного воздуха подсчитывается по формуле

где (сƟ)в находится по температуре воздуха из табл. 3-4; при обычно принимаемой температуре холодного воздуха t_х.n = 30 °С формула (4-17) принимает вид I°_{х. n} = 39,8 \/°.

Отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому, входящее в формулу (4-16),

где ∆α_т, ∆α_пл, ∆α_вп — присос воздуха в топку, систему пылеприготовления и воздухоподогреватель; принимается по данным табл. 3-5 и 5-9.

Физическая теплота топлива, кДж/кг или кДж/м 3 ,

Где t_тл — температура топлива, °С (для твердого топлива принимается 20 °С, для мазута в зависимости от его вязкости 90— 130 °С): с_тл — удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг*К).Удельная теплоемкость твердого топлива

Удельная теплоемкость мазута

Здесь W_p — содержание влаги в рабочей массе топлива, %; с_стл — удельная теплоемкость сухой массы топлива, кДж/ (кг *К), принимается для бурых углей 1, 1,3; каменных 1,09; углей типов А, ПА, Т — 0,92.

Физическую теплоту топлива следует учитывать при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки для твердого топлива и т. д.).

Теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг,

Где i_ф — энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов, кДж/кг

где k — коэффициент разложения карбонатов (при слоевом сжигании 0,7; при камерном 1,0); (С0₂)рк – содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе, %.

Для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов при сжигании твердого топлива можно принимать Q P _p = = Q H _p, а при сжигании газа Q_p p =Q H _c. При сжигании мазута Q P _P = Q_H P + i_тл.

2. Определяется (только при сжигании твердого топлива) потеря теплоты от механической неполноты горения. Значения потери от механической неполноты горения для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 — 5-4.

3.Определяется потеря теплоты с уходящими газами (%)

где I_ух — энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 3-7 при соответствующих значениях аух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м 3 ; Iв° — энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при /„ = 30 °С по формуле (4-17); а_ух коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, определяется по формуле (3-29).Для определения потери теплоты с уходящими газами необходимо произвести выбор температуры уходящих газов (I_ух). Выбор производится на основе технико-экономического расчета по условию оптимального использования топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Однако во избежание низкотемпературной коррозии при температурах металла, меньших температуры точки росы, приходится выбирать повышенные температуры уходящих газов по сравнению с экономически выгодной или принимать специальные меры по защите воздухоподогревателя.

Избежать коррозии поверхности нагрева воздухоподогревателя (без специальных мер защиты) можно, если температура его металлической стенки будет примерно на 10 К выше температуры точки росы.

Для парогенераторов производительностью свыше 75 т/ч среднего и высокого давления обычно принимают меньшие температуры уходящих газов, чем для парогенераторов низкого давления. Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями нагрева температуру уходящих газов рекомендуется принимать не менее следующих значений (°С):

При сжигании сернистых топлив в качестве специальных мер защиты от коррозии может применяться покрытие поверхности нагрева воздухоподогревателя кислотостойкой эмалью, изготовление воздухоподогревателя из неметаллических материалов (керамика, стекло и др.).

4. Определяется потеря теплоты от химической неполноты горения. Значения этих потерь для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 — 5-4.

5. Определяется потеря теплоты от наружного охлаждения (%) по формулам:

где q_ном и q вк _5ном — потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парогенератора и водогрейного котла, определяются по табл. 4-1 и 4-2 соответственно; D_ном -номинальная нагрузка парогенератора, т/ч; D — расчетная нагрузка парогенератора, т/ч; Nном -номинальная мощность водогрейного котла, МВт; N — расчетная мощность водогрейного котла, МВт.

6.Определяется потеря в виде физической теплоты шлаков и потеря от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла, %,

где α_шл =1 – α_уп — доля золы в топливе, перешедшей в шлак; α_уп принимается из табл. 5-1, 5-2 и 5-4 в зависимости от способа сжигания топлива; (сƟ)_зл — энтальпия золы, кДж/кг; определяется из табл. 3-4 для температуры золы (шлака) 600 °С при сухом шлакозолоудалении; Нохл — лучевоспринимающая поверхность балок и панелей, м2 (для панелей в расчет принимается только боковая, обращенная в топку поверхность); Q_пг и Q_{в. к} — полезная мощность парогенератора водогрейного котла (см. ниже).

При камерном сжигании с твердым шлакоудалением q6шл может не учитываться при А ȵ ,>2,5Q_нр*10 -3 . Учитывая, что промышленные паровые и водогрейные котлы, оборудованные слоевыми топками, работают на малозольных топливах, потерей теплоты н в этом случае можно пренебречь.

Определяется КПД брутто парогенератора или водогрейного котла (%) из уравнения обратного теплового баланса

8.Определяется полезная мощность парогенератора или водогрейного котла (кВт) по формулам:

где D_пе — расход выработанного перегретого пара, кг/с; D_н.п — расход выработанного насыщенного пара и пара, отданного потребителям помимо пароперегревателя, кг/с; i_п.п, i_в.в, i_н.п, i_кпп — энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане парогенератора, кДж/кг; D_пр — расход продувочной воды, кг/с; Gв — расход воды через водогрейный котел, кг/с; г_{х. в}, К_в — энтальпии холодной и горячей воды (на входе и выходе водогрейного котла), кДж/кг;

(здесь р — непрерывная продувка парогенератора, %, учитывается только при р≥2 %).

9.Определяется расход топлива (кг/с или м3/с), подаваемого в топку парогенератора или водогрейного котла;

10.При сжигании твердого топлива определяется расчетный расход топлива (кг/с) с учетом потери тепла от механической неполноты горения

Расчетный расход топлива вносится во все формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количество теплоты. При подсчете удельных объемов продуктов сгорания (см. табл. 3-6) и энтальпий (табл. 3-7) поправка на потерю теплоты от механической неполноты горения не вносится.

11.Для последующих расчетов определяется коэффициент сохранения теплоты

Так производится тепловой расчет котла.

• Главная
• Топливоподача
• Словарь терминов
• Статьи о топливоподаче
• Книги о топливоподаче
• Контакты

Глава 2

§ 2.1. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата. Тепловым балансом называют распределение теплоты, вносимой в котлоагрегат при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепло­вые потери. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (жидкого) или на 1 м 3 газообразного топлива применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.

Уравнение теплового баланса (кДж/кг, кДж/м 3 ) имеет вид

Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, (2.1)

или в процентах от располагаемой теплоты топлива

где q₁=(Q₁/Q)100; q₂=(Q₂/Q)100 и т. д.

В уравнениях (2.1) и (2.2): Q — располагаемая теплота; Q₁(q₁) — теплота, полезно использованная в котлоагрегате на получение пара; Q₂(q₂) — потери теплоты с уходящими газами; Q₃(q₃) — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q₄(q₄) — потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; Q₅(q₅) — потери теплоты в окружающую сре­ду; Q₆(q₆) — потеря теплоты с физической теплотой шлака.

Располагаемая теплота (кДж/кг, кДж/м 3 ) на 1 кг твердого (жидкого) или на 1 м 3 газообразного топлива определяется по формулам:

Q=Q+Q_тл+Q_в.вн+Q_ф—Q_к;

Q=Q+Q_тл+Q_в.вн+Q_ф, (2.3)

где Q и Q— низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива и сухой массы газообразного топлива, кДж/кг (кДж/м 3 ); Q_mл — физическая теплота топлива, кДж/кг (кДж/м 3 );

Q_в.вн — теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/кг (кДж/м 3 ); Q_ф — теплота, вносимая в топку с паровым дутьем, кДж/кг (кДж/м 3 ); Q_к — теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев, кДж/кг.

Физическая теплота топлива

Q_тл=сt_т, (2.4)

где с — теплоемкость рабочей массы топлива, кДж/(кг·К); t_т — температура топлива на входе, в топку, °С.

Теплоемкость рабочей массы топлива

, (2.5)

где с, с — соответственно теплоемкость сухой массы твердо­го топлива и воды, кДж/(кг·К): с для антрацита равно 0,921, для каменных углей — 0,962, для бурых углей — 1,088, для фрезер­ного торфа — 1,297 и сланцев — 1,046.

c=l,74+0,0025t_T. (2.6)

Физическая теплота топлива учитывается в том случае, если оно предварительно подогрето вне котлоагрегата (подогрев ма­зута, сушка топлива в разомкнутой системе и т.д.).

Теплота, вносимая в топку с воздухом:

Q_в.вн=α_тV 0 cΔt_в, (2.7)

где α_т — коэффициент избытка воздуха в топке; V 0 — теорети­ческий объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, м 3 /кг; с — средняя объемная теплоемкость воздуха при посто­янном давлении, кДж/(м 3 ·К): при температуре воздуха до 300°С с=1,33 кДж/(м3·К); Δt_в — разность температур подогретого и холодного воздуха, °С.

Теплота, вносимая в топку с паровым дутьем:

где W_ф и i_ф — соответственно расход и энтальпия пара, идуще­го на дутье или распиливание топлива, кг/кг и кДж/кг: для дутья W_ф=0,7. 0,8 кг/кг; для распиливания паровыми форсун­ками W_ф=0,35 кг/кг, паромеханическими форсунками W_ф=0,03. 0,035 кг/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев,

Q_к=40,6К(СО₂),

где К — коэффициент разложения карбонатов.

Теплота (кДж/кг), полезно использованная в котлоагрегате:

, (2.9)

где D_пе, D_н.п — соответственно расход перегретого и насыщен­ного пара, кг/с; В — расход натурального топлива, кг/с; i_п.п, i_н.п, i_п.в, i_к.в — соответственно энтальпия перегретого и насыщенного пара, питательной и котловой воды, кДж/кг; Р — величина не­прерывной продувки, %.

Теплота (кДж/кг), полезно использованная в водогрейных ко­тлах:

, (2.10)

где i₁ и i₂ — соответственно энтальпии воды, поступающей в котел и выходящей из него, кДж/кг; М_в — расход воды, кг/с.

Теплота (%), полезно использованная в котлоагрегате:

q₁=(Q₁/Q)100. (2.11)

Потери теплоты (кДж/кг) с уходящими газами

, (2.12)

где V_yх — объем уходящих (дымовых) газов на выходе из послед­него газохода котлоагрегата, м 3 /кг; с — средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении, определяемая по θ_ух, кДж/(м 3 ·К); θ_ух — температура уходящих газов на выходе из последнего газохода, °С; α_ух— коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом; V 0 — теоретический объем воздуха, необходи­мый для сгорания 1 кг топлива, м 3 /кг; t_в — температура воздуха и котельной, °С; q₄ — потеря теплоты от механической неполноты сгорания, %; I_ух, I— соответственно энтальпии продуктов сгорания и холодного воздуха, кДж/кг.

Потери теплоты (%) с уходящими газами

. (2.13)

Потери теплоты (кДж/кг) от химической неполноты сгорания топлива определяются содержанием в продуктах горения СО:

Q₃=237(C p +0,375S)CO/(RO₂+CO), (2.14)

где С р и S— содержание углерода и серы в топливе, %; СО — содержание оксида углерода в уходящих газах, %;RO₂=CO₂+SO₂ — содержание СО₂ и SO₂ в уходящих газах, %.

Потери теплоты (%) от химической неполноты сгорания топлива

q₃=(Q₃/Q)100. (2.15)

Потери теплоты (кДж/кг) от механической неполноты сгорания топлива складываются из трех составляющих: потерь теплоты топлива со шлаком Q (кДж/кг), потерь теплоты с провалом топлива под колосниковую решетку Q (кДж/кг) и потерь тепло­ты с частичками топлива, уносимыми уходящими газами Q (кДж/кг), т. е.

Q₄=Q+Q+Q. (2.16)

Потери теплоты (%) от механической неполноты сгорания топлива

. (2.17)

где А p — содержание золы в топливе, %; а_шл+пр, а_ун — доли золы в шлаке, провале и уносе от общего количества золы, введенного в топку с топливом, %; с_шл+пр, с_ун — содержание горючих в шла­ке, провале и уносе, %.

Потери теплоты (кДж/кг) в окружающую среду зависят от размеров поверхности котлоагрегата, качества обмуровки и теп­ловой изоляции.

В расчетах потери теплоты в окружающую среду принимают­ся по нормативным данным, а при испытаниях котельных аг­регатов определяются из уравнения теплового баланса

Q₅=Q—(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₆), (2.18)

или в процентах

q₅=100—(q₁+q₂+q₃+q₄+q₆). (2.19)

Потери теплоты (кДж/кг) с физической теплотой шлака

Q₆=а_шлс_шлt_шлА р /100, (2.20)

где а_шл — доля золы топлива в шлаке: для камерных топок а_шл=1-а_ун, для слоевых топок к а_шл следует прибавить долю золы топлива в провале а_пр; с_шл — теплоемкость шлака, кДж/(кг·К); t_шл — температура шлака, °С; A р — содержание зо­лы в топливе, %.

Потери теплоты (%) с физической теплотой шлака

. (2.21)

Коэффициенты полезного действия котельного агрегата (брут­то) и установки (нетто). Кпд котельного агрегата (брутто) харак­теризует степень экономичности его работы и представляет со­бой отношение использованной в котлоагрегате теплоты к располагаемой теплоте топлива, т. е.

, (2.22)

η=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆). (2.23)

Кпд котельной установки (нетто) равен кпд котлоагрегата за вычетом расхода теплоты на собственные нужды (освещение, привод насосов, вентиляторов и т. д.), т. е.

, (2.24)

где Q_сн — расход теплоты на собственные нужды, кДж/с.

Расход топлива. При тепловых расчетах котельных агрегатов различают натуральный расход топлива В и расчетный B_p.

Натуральный расход (кг/с) топлива определяется по формуле

, (2.25)

где η — кпд котлоагрегата (брутто), %.

Расчетный расход (кг/с) топлива определяется с учетом меха­нической неполноты сгорания

B_p=B(1-q₄/100), (2.26)

где q₄ — потери теплоты от механической неполноты сгорания, %.

Задача 2.1. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D=13,4 кг/с сжигается подмосковный уголь марки Б2 состава: С р =28,7%; Н р =2,2%; S=2,7%; N p =0,6%; O p =8,6%; А р =25,2%; W p =32,0%. Составить тепловой баланс котельного агрегата, если известны температура топлива при входе в топку t_Т=20°C, натуральный расход топлива В=4 кг/с, давление пере­гретого пара р_пп=4 МПа, температура перегретого пара t_nn=450°C, температура питательной воды t_пв=150°С, величина непрерывной продувки Р=4%; теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива V 0 =2,94м 3 /кг, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода V_yx=4,86 м 3 /кг, температура уходящих газов на выходе из после­днего газохода θ_ух=160°С, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении с_рух=1,415 кДж/(м 3 ·К), коэффициент избытка воздуха за последним газоходом α_yx=1,48, температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с_рв=1,297 кДж/(м 3 ·К), содер­жание в уходящих газах оксида углерода СО=0,2% и трехатомных газов RO2=16,6% и потери теплоты от механической непо­лноты сгорания топлива q₄=4%. Потерями теплоты с физичес­кой теплотой шлака пренебречь.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=338C p +1025H p -108,5(O p -S)-25W p =338·28,7+1025·2,2-108,5(8,6-2,7)-25·32= =10516 кДж/кг.

Теплоемкость рабочей массы топлива, по формуле (2.5),

с=2,08 кДж/(кг·К).

Физическая теплота топлива, по формуле (2.4),

Q_тл=сt_T=2,08·20=41,6 кДж/кг.

Располагаемая теплота, по формуле (2.3),

Q=Q+Q_тл=10516+41,6=10557,6 кДж/кг.

Теплота, полезно использованная в котлоагрегате, по фор­муле (2.9),

= =9099кДж/кг.

D_пe=D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.

Энтальпию пара i_пп находим по is-диаграмме: i_пп=3330 кДж/кг; энтальпию питательной и котловой воды нахо­дим по табл. 2, 3 (см. Приложение): i_пв=i‘=632 кДж/кг; i_кв=i‘=1087,5 кДж/кг.

Потери теплоты с уходящими газами находим по (2.12):

=891 кДж/кг.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, по формуле (2.14),

Q₃=237(C p +0,375S)CO/(RO₂+CO)=237(28,7+0,375·2,7)0,2/(16,6+0,2)=83 кДж/кг.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, по формуле (2.17),

=422,3 кДж/кг.

Потери теплоты в окружающую среду, по формуле (2.18),

Q₅=Q—(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄)=10557,6-(9099+891+83+422,3)=62,3 кДж/кг.

Составляющие теплового баланса:

=86,2%;

=8,4%;

=0,8%;

=0,6%.

Тепловой баланс котельного агрегата согласно уравнению (2.1)

Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅=9099+891+83+422,3+62,3=10557,6 кДж/кг,

или в процентах от располагаемой теплоты топлива согласно уравнению (2.2)

Задача 2.2. В топке котла сжигается малосернистый мазут состава: C p = 84,65%; Н р =11,7%; S=0,3%;O p =0,3%; A p =0,05%; W p =3,0%. Определить располагаемую теплоту, если температура подогрева мазута t_Т=93°С и энтальпия пара, идущего на распыливание топлива паровыми форсунками, i_ф=3280 кДж/кг.

Ответ: Q=40 982 кДж/кг.

Задача 2.3. В топке котла сжигается челябинский уголь марки БЗ состава: С p =37,3%; Н р =2,8%; S=1,0%;N p =0,9%; О p =10,5%; A p =29,5%; W p =18%. Определить располагаемую теп­лоту, если температура топлива на входе в топку t_T=20°С.

Ответ: Q=14030 кДж/кг.

Задача 2.4. Определить теплоту, полезно использованную в водогрейном котле, если известны натуральный расход топлива B=1,2 кг/с, расход воды М_в=70 кг/с, температура воды, посту­пающей в котел, t₁=70°С и температура воды, выходящей из него, t₂=150°С.

Ответ: Q₁=19 553 кДж/кг.

Задача 2.5. Определить теплоту, полезно использованную в котельном агрегате паропроизводительностью D = 5,45 кг/с, если натуральный расход топлива B=0,64 кг/с, давление перегре­того пара р_п.п=1,3 МПа, температура перегретого пара t_пп=275°С, температура питательной воды t_п.в=100°С и величина непрерывной продувки Р=3%.

Ответ: Q₁=21 996 кДж/кг.

Задача 2.6. В топке котельного агрегата паропроизводитель­ностью D=5,6 кг/с сжигается абанский уголь марки Б2 состава: С р =41,5%; Н р =2,9%; S=0,4%;N p =0,6%; O p =13,l%; A р =8,0%; W p =33,5%. Определить в процентах теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, если известны натуральный расход топлива B=1,12 кг/с, давление перегретого пара р_п.n=4 МПа, температура перегретого пара t_пп=400°С, температура питательной воды t_п.в=130°C, величина непрерывной продувки Р=3% и температура топлива на входе в топку t_T=20°C. .

Ответ: q₁=91%.

Задача 2.7. В топке котельного агрегата паропроизводитель­ностью D=7,22 кг/с сжигается высокосернистый мазут состава: С р =83,0%; Н р =10,4%; S=2,8%;O p =0,7%; A р =0,1%; W p =3,0%. Определить располагаемую теплоту в кДж/кг и тепло­ту, полезно использованную в котлоагрегате в процентах, если известны температура подогрева мазута t_T=90°C, натуральный расход топлива B=0,527 кг/с, давление перегретого пара р_п.п=1,3 МПа, температура перегретого пара t_пп=250°C, температу­ра питательной воды t_пв=100°С и величина непрерывной продувки Р=4%.

Ответ: Q=39 044 кДж/кг; q₁=89,5%.

Задача 2.8. В топке котельного агрегата паропроизводитель­ностью D=4,2 кг/с сжигается природный газ Дашавского месторождения с низшей теплотой сгорания Q=35700 кДж/м 3 . Определить в кДж/м 3 и процентах теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, если известны натуральный расход топлива B=0,32 м 3 /с, теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 м 3 топлива, V 0 =9,5 м 3 /м 3 , давление перегретого пара р_п.п=4 МПа, температура перегретого пара t_пп=400°С, температура питательной воды t_пв=130°С, темпе­ратура воздуха в котельной t_в=30°C, температура поступаю­щего в топку воздуха t=230°С и коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,1.

Ответ: Q₁=35 568 кДж/м 3 ; q₁=92,4%.

Задача 2.9. В топке котла сжигается малосернистый мазут состава: C p =84,65%; Н р =11,7%; S=0,3%;O p =0,3%; A p = 0,05%; W p =3,0%. Определить в кДж/кг и процентах потери теплоты с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,35, тем­пература уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=160°С, температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении c=1,297 кДж/(м 3 ·К) и температура подогрева мазута t_T =90°С.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=338С р +1025Н р -108,5(O p -S)-25W p =338·84,65+1025·11,7-108,5(0,3-0,3)-25·3,0= =40529 кДж/кг.

Теплоемкость мазута, по формуле (2.6),

с=1,74+0,0025t_T=1,74+0,0025·90=1,97 кДж/(кг·К).

Физическая теплота топлива, по формуле (2.4),

Q_тл=сt_Т =1,97·90=177 кДж/кг.

Располагаемая теплота, по формуле (2.3),

Q=Q+Q_тл=40529+177=40706 кДж/кг.

Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, определяем по формуле (1.27):

V 0 =0,089С р +0,266Н р +0,033(S-O p )=0,089·84,65+0,266·11,7+0,033(0,3-0,3)= =10,62 м 3 /кг.

Объем трехатомных газов, по формуле (1.33),

V=0,0187(C p +0,375S)=0,0187(84,65+0,375·0,3)=1,58 м 3 /кг.

Теоретический объем азота, по формуле (1.32),

V=0,79V₀+0,8N p /100=0,79·10,62=8,39 м 3 /кг.

Теоретический объем водяных паров, по формуле (1.35),

V=0,0124(9Н p +W p )+0,0161V 0 =0,0124(9·11,7+3,0)+0,0161·10,62=1,51 м 3 /кг.

Энтальпия продуктов сгорания при α_т=1 и θ_ух=160°С, по формуле (1.61),

I=V(cθ)+V(cθ)+V(cθ)=1,58·280+8,39·208+1,51·242=2553 кДж/кг.

Значения (cθ), (cθ)и (cθ)находим по табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпия воздуха при α_т=1 и θ_ух=160°С, по формуле (1.62),

I=V 0 (cθ)_в=10,62·212=2251 кДж/кг.

Значение (cθ)_в находим по табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпия продуктов сгорания при θ_ух=160°С, по формуле (1.60),

I_г=I+(α_т-1)I=2553+(l,35-l)2251=3341 кДж/кг.

Энтальпия холодного воздуха

I=V 0 ct_в=10,62·1,297·30=413 кДж/кг.

Потери теплоты с уходящими газами определяем по формуле (2.12):

=2783 кДж/кг,

или в процентах — по формуле (2.13):

=6,8%.

Задача 2.10. В топке котельного агрегата сжигается караган­динский уголь марки К состава: С р =54,7%; Н р =3,3%; S=0,8%;N р =0,8%; О р =4,8%; А р =27,6%; W p =8,0%. Определить потери теплоты с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,43, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода V_yx=8,62 м 3 /кг, температура уходящих газов на выходе из после­днего газохода θ_ух=150°С, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении с=1,4 кДж/(м 3 ·К), температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м 3 ·К) и поте­ри теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=3%.

Ответ: Q₂=1454 кДж/кг.

Задача 2.11. В топке котельного агрегата сжигается камен­ный уголь с низшей теплотой сгорания Q=27600 кДж/кг. Опре­делить потери теплоты в процентах с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,4, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода V_yx=10,5м 3 /кг, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=160°С, средняя объемная теплоемкость газов при р=const c=1,415 кДж/(м 3 ·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива V 0 =7,2 м 3 /кг, температура воздуха в котельной t_в=30°C, температура воздуха, поступающего в топку, t=180°C, коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,2, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м 3 ·К) и потери теплоты от механической непо­лноты сгорания топлива q₄=4%.

Ответ: q₂=6,5%.

Задача 2.12. Определить, на сколько процентов возрастут по­тери теплоты с уходящими газами из котельного агрегата при повышении температуры уходящих газов θ_ух со 160 до 180°С, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,48, объем уходящих газов на выходе из последнего газохо­да V_yx=4,6 м 3 /кг, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении c=1,415 кДж/(м 3 ·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива V 0 =2,5 м 3 /кг, температура воздуха в котельной t_в=30°С, сред­няя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м 3 ·К) и потери теплоты от механической не­полноты сгорания топлива Q₄=340 кДж/кг. Котельный агрегат работает на фрезерном торфе с низшей теплотой сгорания Q=8500 кДж/кг.

Ответ: Δq₂=1,5%.

Задача 2.13. Определить в процентах потери теплоты с ухо­дящими газами из котельного агрегата, если известны коэффици­ент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,5, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода θ_ух=150°С, температура воздуха в котельной t_в=30°C, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с=1,297 кДж/(м 3 ·К), температура топлива при входе в топку t_T=20°С и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=3,5%. Котельный агрегат работает на абанском угле марки Б2 состава: С р =41,5%; H р =2,9%; S=0,4%;N p =0,6%; О р =13,1%; A р =8,0%; W p = 33,5%.

Задача 2.14. Определить, на сколько процентов уменьшатся потери теплоты с уходящими газами из котельного агрегата при снижении температуры уходящих газов θ_ух со 145 до 130°С, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух=1,43, объем уходящих газов на выходе из послед­него газохода V_ух=8,62 м 3 /кг, средняя объемная теплоем­кость газов при постоянном давлении c=1,415 кДж/(м 3 ·К), теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, V 0 =5,815 м 3 /кг, температура воздуха в котельной t_в=30°С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоян­ном давлении с=1,297. кДж/(м 3 ·К) и потери теплоты от меха­нической неполноты сгорания топлива q₄=3%. Котельный аг­регат работает на каменном угле с низшей теплотой сгорания Q=22 290 кДж/кг.

Ответ: Δq=0,8%.

Задача 2.15. В топке котельного агрегата сжигается челябинс­кий уголь марки БЗ состава: C p =37,3%: Н р =2,8%; S=1,0%;N p =0,9%; O p =10,5%; A р =29,5%; W p =18,0%. Определить в кДж/кг и процентах потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, если известны содержание в уходящих газах оксида углерода СО=0,25% и трехатомных газов RO₂=17,5% и температура топлива на входе в топку t_T=20°С.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=338С p +1025Н р -108,5(О p -S)-25W p =338·37,3+1025·2,8-108,5(10,5-1,0)-25·18,0= =13 997 кДж/кг.

Теплоемкость рабочей массы топлива, по формуле (2.5),

= 1,65 кДж/(кг·К).

Физическая теплота топлива, по формуле (2.4),

Q_тл=сt_Т=1,65·20=33 кДж/кг.

Располагаемая теплота, по формуле (2.3),

Q=Q+Q_тл=13 997+33 = 14 030 кДж/кг.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива определяем по формуле (2.14):

Q₃=237(C p +0,375S)CO/(RO₂+CO)=237(37,3+0,375·1,0)0,25/(17,5+0,25)= =125,6кДж/кг,

или в процентах — по формуле (2.15):

=0,9%.

Задача 2.16. Определить в кДж/кг и процентах потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, если известны из данных анализа содержание оксида углерода в уходящих газах СО=0,28% и содержание трехатомных газов RO₂=19%. Котельный агрегат работает на каменном угле с низшей теплотой сгорания Q=22825 кДж/кг, содержание в топливе углерода С р =58,7% и серы S=0,3%.

Ответ: Q₃=202 кДж/кг; q₃=0,89%.

Задача 2.17. В топке котельного агрегата сжигается кузнецкий уголь марки Д состава: С р =58,7%; Н р =4,2%; S=0,3%;N p =l,9%; О р =9,7%; A р =13,2%; W p =12,0%. Определить в процентах и кДж/кг потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, если известны температура топлива на входе и топку t_T=20°С, доля золы в шлаке и провале от содержания ее в топливе а_шл+пр=80%, доля золы в уносе от содержания ее и топливе а_ун=20%; содержание горючих в шлаке и провале С_шл+пр=25% и содержание горючих в уносе С_ун=30%.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=338С p +1025Н р -108,5(О p -S)-25W p =338·58,7+1025·4,2-108,5(9,7-0,3)-25·12,0= =22 825 кДж/кг.

Теплоемкость рабочей массы топлива, по формуле (2.5),

= 1,349 кДж/(кг·К).

Физическая теплота топлива, по формуле (2.4),

Q_тл=сt_Т=1,349·20=27 кДж/кг.

Располагаемая теплота, по формуле (2.3),

Q=Q+Q_тл=22825+27=22852 кДж/кг.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива в процентах определяем по формуле (2.17):

=6,7%

Потери теплоты от механической неполноты сгорания в кДж/кг:

=1531 кДж/кг.

Задача 2.18. Определить в кДж/кг и процентах потери тепло­ты от механической неполноты сгорания топлива, если известны из данных испытаний потери теплоты топлива со шлаком Q= 600 кДж/кг, потери теплоты с провалом топлива Q=100 кДж/кг и потери теплоты с частичками топлива, уноси­мыми уходящими газами Q=760 кДж/кг. Котельный агрегат работает на донецком угле марки Т состава: С p =62,7%; Н р =3,1%; S=2,8%;N p =0,9%; О р =1,7%; A р =23,8%; W p =5,0%.

Ответ: Q₄=1460 кДж/кг; q₄=6%.

Задача 2.19. Определить в процентах и кДж/кг потери тепло­ты в окружающую среду, если известны температура топлива на входе в топку t_T=20°C, теплота, полезно использованная в котлоагрегате, q₁=84%; потери теплоты с уходящими газами q₂=11%, потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃=0,5%, потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=4%. Котельный агрегат работает на подмосковном угле марки Б2 с низшей теплотой сгорания Q=10516 кДж/кг, содержание в топливе влаги W p =32,0%. Потерями теплоты с физической теплотой шлака пренебречь.

Ответ: q₅=0,5%; Q₅=52,8 кДж/кг.

Задача 2.20. В топке котельного агрегата сжигается донецкий уголь марки А состава: С р =63,8%; Н р =1,2%; S=l,7% N р =0,6%; О р =1,3%; А р =22,9%; W p =8,5%. Определить в кДж/кг и процентах потери теплоты с физической теплотой шлака, если известны доля золы топлива в шлаке а_шл=0,8; теплоемкость шлака с_шл=0,934 кДж/(кг·К) и температура шлака t_шл=600°С.

Ответ: Q₆= 102,6 кДж/кг; q₆=0,5%.

Задача 2.21. Определить в процентах потери теплоты в окружающую среду, если известны теплота, полезно использованная в котлоагрегате, q₁=87%, потери теплоты с уходящими газами q₂ = 8%, потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃=0,5%, потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=3,5%; доля золы топлива в шлаке a_шл=0,8, теплоемкость шлака с_шл=0,934 кДж/(кг·К), температура шлака t_шл=600°C, температура воздуха в котельной t_в=30°C, темпера­тура воздуха, поступающего в топку, t=169°С и коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,4. Котельный агрегат работает на донецком угле марки Т состава: С р =62,7%; Н р =3,1%; S=2,8%;N p =0,9%; О р =1,7%; А р =23,8%; W p =5,0%.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=338C p +1025Н р -108,5(О р -S)-25W p =338·62,7+1025·3,1-108,5(1,7-2,8)-25·5,0= =24365 кДж/кг.

Теоретически необходимый объем воздуха, по формуле (1.27),

V 0 =0,089C p +0,266Н р +0,033(S-О р )=0,089·62,7+0,266·3,1+0,033(2,8-1,7)=6,44 м 3 /кг.

Теплота, вносимая в топку с воздухом, по формуле (2.7),

Q_в.вн=α_тV 0 cΔt_в=1,4·6,44·1,33·139=1668 кДж/кг.

Располагаемая теплота, по формуле (2.3),

Q=Q+Q_в.вн=24365+1668=26033 кДж/кг.

Потери теплоты с физической теплотой шлака, по формуле (2.21),

=0 4%.

Потери теплоты в окружающую среду, по формуле (2.19),

Задача 2.22. В пылеугольной топке котельного агрегата паропроизводительностью D=5,56 кг/с сжигается бурый уголь с низшей теплотой сгорания Q=15000 кДж/кг. Определить кпд котлоагрегата (брутто) и расход натурального и условного топлива, если известны давление перегретого пара р_п.п=4 МПа, температура перегретого пара t_пп=450°С, температура питатель­ной воды t_пв=150°C, величина непрерывной продувки Р=3%, потери теплоты с уходящими газами q₂=7%, потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃=0,5, потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄=1%, потери теплоты в окружающую среду q₅=1,3% и потери теплоты с физи­ческой теплотой шлака q₆=0,4%.

Решение: Кпд котлоагрегата (брутто) находим по формуле (2.23):

η=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆)=100-(7+0,5+1+1,3+0,4)=89,8%.

Натуральный расход топлива, по формуле (2.25),

= =1,12 кг/с.

D_пе=D, так как отсутствует отбор насыщенного пара. Рас­полагаемая теплота Q=Q=15000 кДж/кг. Энтальпию пара i_пп находим по is-диаграмме: i_пп=3330 кДж/кг, энтальпию пита­тельной и котловой воды определяем, пользуясь табл. 2.3 (см. Приложение): i_нв=632 кДж/кг; i_кв=1087,5 кДж/кг.

Расход условного топлива находим по формуле (1.22):

В_у=ВЭ=BQ/29300=1,12·15000/29300=0,57 кг/с.

Задача 2.23. Определить кпд брутто и нетто котельной уста­новки, работающей на кузнецком угле марки Д состава: C р =58,7%; H p =4,2%; S=0,3%;N p =l,9%; O р =9,7%; А р =13,2%; W p =12,0%, если известны натуральный расход топ­лива B=0,24 кг/с, паропроизводительность котельного агрегата D=1,8 кг/с, давление перегретого пара p_пп=4MПа температу­ра перегретого пара t_пп=450°С, температура питательной воды t_п.в=140°С, величина непрерывной продувки Р=3%; расход пара на собственные нужды котельной D_сн=0,01 кг/с и давление пара, расходуемого на собственные нужды, р_с.н=0,5МПа.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.12):

Q=Q=338C p +1025Н р -108,5(О р -S)-25W p =338·58,7+1025·4,2-108,5(9,7-0,3)- -25·12,0=22 825 кДж/кг.

Теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, находим по формуле (2.9):

= =20670 кДж/кг.

D_пе=D, так как отсутствует отбор насыщенного пара. Кпд котлоагрегата (брутто), по формуле (2.22),

η==90,6%.

Теплота, использованная на собственные нужды:

=90 кДж/кг.

Кпд установки (нетто), по формуле (2.24),

=89%.

Задача 2.24. В топке котельного агрегата сжигается камен­ный уголь, состав горючей массы которого: С г =88,5%; Н г =4,5%; S=0,5%;N г =l,8%; О г =4,7%; зольность сухой массы А с =13,0% и влажность рабочая W p =7,0%. Определить кпд котельного агрегата (брутто), если известны температура воздуха в котельной t_в=25°С, температура воздуха, поступающего в топ­ку, t=175°С, коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,3, потери теплоты с уходящими газами Q₂=2360 кДж/кг, потери теплоты от химической неполноты сгорания Q₃=147,5 кДж/кг, потери теплоты от механической неполноты сгорания Q₄=1180 кДж/кг, потери теплоты в окружающую среду Q₅=147,5 кДж/кг и потери теплоты с физической теплотой шлаков Q₆=88,5 кДж/кг.

Ответ: η= 86,7%.

Задача 2.25. Определить кпд котельной установки (нетто), еcли известны кпд котлоагрегата (брутто) η=89,6%, рас­ход топлива B=0,334 кг/с, расход пара на собственные нужды котельной D_сн=0,012 кг/с, давление пара, расходуемого на собственные нужды, р_сн=0,5 МПа и температура питательной воды t_пв=120°С. Котельный агрегат работает на высокосернистом мазуте с низшей теплотой сгорания горючей массы Q=40 090 кДж/кг, содержание в топливе золы А р =0,1% и влаги W p = 3,0%. Температура подогрева мазута t_T=90°С.

Ответ: η= 89,0%.

Задача 2.26. В топке водогрейного котла сжигается природ­ный газ Саратовского месторождения с низшей теплотой сгорания Q=35 799 кДж/м 3 . Определить расход натурального и условного топлива, если известны кпд котлоагрегата (брутто) η=89%, расход воды М_в=75 кг/с, температура воды, поступа­ющей в котел, t₁=70°С и температура воды, выходящей из него, t₂=150°С.

Ответ: B=0,79 кг/с; В_у=0,965 кг/с.

Задача 2.27. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D=5,6 кг/с сжигается челябинский уголь марки БЗ с низшей теплотой сгорания Q=13997 кДж/кг. Определить эко­номию топлива в процентах, получаемую за счет предваритель­ного подогрева конденсата, идущего на питание котлоагрегатов в регенеративных подогревателях, если известны темпера­тура топлива при входе в топку t_T=20°С, теплоемкость рабо­чей массы топлива с=2,1 кДж/(кг·К), кпд котлоагрегата (брутто) η=91,5%, давление перегретого пара р_пп=4 МПа, температура перегретого пара t_пп=430°C, температура кон­денсата t_к=32°С, температура питательной воды после регенера­тивного подогревателя t_пв=130°C и величина непрерывной продувки Р=3%.

Решение: Физическую теплоту топлива определяем по фор муле (2.4):

Q_тл=сt_Т=2,1·20 = 42 кДж/кг.

Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):

Q=Q+Q_тл=13997+42=14 039 кДж/кг.

Расход топлива без регенеративного подогрева определяем п формуле (2.25):

= =1,38 кг/с.

D_пе=D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.

Расход топлива с регенеративным подогревом

= =1,19 кг/с.

=14%.

Задача 2.28. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D=64 кг/с сжигается бурый уголь с низшей теплотой сгорания Q=15300 кДж/кг. Определить расчетный расход топлива, если известны кпд котлоагрегата (брутто) η=89,3%; давление перегретого пара р_пп=10 МПа, температура перегретого пара t_пп=510°C, температура питательной воды t_пв=215°С, поте­ри теплоты топлива со шлаком Q=172 кДж/кг, потери теплоты с провалом топлива Q= 250 кДж/кг и потери теплоты с ча­стицами топлива, уносимыми уходящими газами, Q=190 кДж/кг.

Ответ: В_р=11,4 кг/с.

Задача 2.29. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D=3,9 кг/с сжигается природный газ Ставропольского месторождения с низшей теплотой сгорания Q=35 675 кДж/м 3 . Определить экономию условного топлива в процентах, получаемую за счет предварительного подогрева конденсата, идущего на питание котлоагрегатов в регенеративных подогревателях, если известны кпд котлоагрегата (брутто) η=91%; давление перегретого пара р_пп=1,4 МПа, температура перегретого пара t_пп=280°С, температура конденсата t_к=32°С, температура питательной воды после регенеративного подогревателя t_пв=100°С и величина непрерывной продувки Р=3%.

Ответ: ΔВ_у= 10%.