Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1м³ сжигаемого топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

 

1. Вычисляем энтальпию теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур (кДж/м³).

 

,

 

где: V^O – теоретический объем воздуха, необходимого для горения,
V^O = 10,311 ;

(сq)_В – энтальпия 1 м³ воздуха, , принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

 

2. Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур

 

,

 

где: – объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара воздуха, необходимого для горения:

; ; ;

– энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

 

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур.

 

,

 

4. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α > 1

,

 

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2. По данным таблицы 2 строится график I = f(q).

Таблица 2.

Расчет энтальпий продуктов сгорания.
Поверхность нагрева	Темп. после поверх. Нагрева	Iв^0,	Iг^0,	Iизб^в,	I,
Верх топочной камеры а_т=1,1		31694,72	38096,17	3169,47	41265,64
	29962,54	35993,65	2996,25	38989,91
	28230,36	33869,03	2823,04	36692,07
	26539,43	31778,71	2653,94	34432,65
	24858,80	29701,33	2485,88	32187,21
	23167,87	27629,85	2316,79	29946,64
	21476,93	25599,29	2147,69	27746,98
	19786,00	23540,43	1978,60	25519,03
	18146,62	21530,27	1814,66	23344,93
	16496,92	19563,90	1649,69	21213,60
	14847,23	17603,43	1484,72	19088,16
	13249,09	15658,94	1324,91	16983,85
	11692,19	13739,58	1169,22	14908,80
Конвективные пучки, а_кп1=1,125; a_кп2=1,2		14847,23	17603,43	1855,90	19459,34
	13249,09	15658,94	1656,14	17315,08
	11692,19	13739,58	1461,52	15201,10
	10124,99	11860,73	1265,62	13126,36
	8578,40	10031,90	1072,30	11104,20
1715,68	11747,58
	7073,06	8260,44	1414,61	9675,05
	5598,64	6514,77	1119,73	7634,50
	4165,47	4820,18	833,09	5653,27
	2752,92	3175,13	550,58	3725,71
Водяной экономайзер, а_эк=1,3		5598,64	6514,77	1679,59	8194,36
	4165,47	4820,18	1249,64	6069,82
	2752,92	3175,13	825,88	4001,00
	1371,31	1566,34	411,39	1977,73

Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива

Расчёт потерь теплоты

 

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_Р^Р. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твёрдого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид:

Q_Р^Р = Q₁ + Q₂ + Q ₃ + Q₄ + Q₅,

где Q_Р^Р – располагаемая теплота, ;

Q₁ – полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, или;

Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, плюс потери на охлаждение панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, .

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:

Потеря теплоты с уходящими газами(q₂) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов CO, H₂. CH₄. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения.

Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

где: Q_Н^С – низшая теплота сгорания сухой массы топлива, Q_H^C = 39730 ;

Q_В.ВН – теплота внесенная воздухом, Q_В.ВН = 0 ;
i_ТЛ – физическая теплота, внесённая топливом, ;

Q_Ф – теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, ; Q_Ф =0;

Q_К – теплота, затраченная на разложение карбонатов, ; Q_К=0

i_ТЛ =с_ТЛt_ТЛ,

где t_ТЛ - температура топлива, ⁰С; принимаем t_ТЛ=110⁰С;

с_ТЛ – удельная теплоёмкость топлива, ;

 

с_ТЛ=1,74+0,0025t_ТЛ

i_ТЛ =(1,74+0,0025×110)×110=221,65

 

Q_Р^Р = 39730 + 0+221,65 +0-0= 39951,65 ;

 

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания: q₃ = 0,5%;

Потери теплоты от внешнего охлаждения определяем по формуле:

Где: – отношение номинальной нагрузки парового котла к расчетной нагрузке парового котла, ;

q_{5 НОМ} – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяем по табл. 4.5 [1], q_{5 НОМ} = 2,4 %;

 

Получаем q₅ = 2,4 %;

 

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки: q₆ = 0;

 

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

где: I_УХ – энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при соответствующих значениях α_УХ и выбранной температуре уходящих газов
t_УХ = 180 ^ОС, I_УХ = 3596,35 ;

α_УХ – коэффициент избытка воздуха, берется из табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, α_УХ = 1,3;

I_Х.В.^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_В = 30 ^ОС по формуле:

I_Х.В.^О = 39,8·V^O,

I_Х.В.^О = 39,8·10,311= 410,36,

 

q₄ – потери теплоты от механической неполноты горения, для газа q₄ = 0;

Получаем: %