Расчёт КПД и расхода топлива

 

Коэффициентом полезного действия парового котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте, КПД нетто – по отпущенной.

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса:

 

 

Подставляя ранее определяемые величины всевозможных потерь теплоты, получим:

%

 

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

,

где: Q_ПГ – полезная мощность парового котла, кВт, определяется по формуле:

 

Q_ПГ = D_ПЕ · (I_П.П. – I_П.В.) + D_Н.П · (I_Н.П. – I_П.В.) + 0,01р · (D_ПЕ + D_Н.П.) · (I_КИП – I_П.В.)

 

Где: D_ПЕ – расход выработанного перегретого пара, кг/с, D_ПЕ = 0;

D_Н.П – расход выработанного насыщенного пара, кг/с, D_Н.П = 1,81 кг/с;

I_П.П – энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

I_П.В – энтальпия питательной воды (в экономайзере t = 104 ^OC), I_П.В = 437 ;

I_Н.П – энтальпия насыщенного пара (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_Н.П = 2787 ;

I_КИП – энтальпия кипящей воды (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_КИП = 811 ;

р – непрерывная продувка парового котла, %, принимаем р = 2 %;

 

Q_ПГ = 0 + 1,81 · (2987 – 437) + 0,01 · 2 · (0 + 1,81) · (811 – 437) = 4629 кВт

 

Получаем

 

Расчетный расход топлива для мазута равен:

B_P = B_ПГ = 0,124

 

Определяем коэффициент сохранения теплоты, по формуле:

Тепловой расчет топки

 

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояния между осями труб).

Объем топочной камеры равен: V_T = 20,4м³;

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов равна: Н_Л = 27,9 м²;

Полная площадь поверхности стен топки равна: F_CT = 54м²;

Степень экранирования топки, определяется по формуле:

χ = Н_Л / F_CT

Получаем χ = 27,9 / 54 = 0,517

 

Поверочный расчет топок производится в такой последовательности:

 

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Т_Т^// = 800 ^ОС, (Т_Т^// = 1073 К);

 

2. Для принятой в п.1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, I_Т^// = 19034 ;

 

3. Определяем полезное тепловыделение в топке, кДж/кг, по формуле:

где: Q_B – теплота, вносимая воздухом, , определяем по формуле:

где: α_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, α_Т = 1,1;

I_Х.В^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, при t_В = 30 ^ОС, I_Х.В^О = 410,361 кДж/кг;

,

Получаем: ,

 

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов, по формуле

 

 

где: – угловой коэффициент (отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности). Показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. = 0,89 при S/d = 1,56;

– коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается по табл. 5.1 [1], = 0,55 (для мазута);

 

 

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя, м:

 

 

где: V_T – объем топочной камеры, по табл. 2.7 [1], V_T = 20,4 м³;

F_СТ – поверхность стен топочной камеры, по табл. 2.7 [1], F_CT = 54,0 м²;

 

м

6. Определяем коэффициент ослабления лучей.

 

При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) и сажистыми частицами (k_С):

, (м · МПа) ^-1

где: r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл.1,
r_П = 0,2546;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: p_П = r_п · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в топочной камере котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

T_T^// – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, T_T^// = 1073 К;

 

(м · МПа) ^-1

 

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (k_С) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: С^P, H^P – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 

(м · МПа) ^-1

 

Получаем: (м · МПа) ^-1

 

7. Определяем степень черноты факела:

 

а_Ф = m · a_CВ + (1 – m) · a_Г

 

где: m – коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [1], в зависимости от вида топлива и q_V (удельная нагрузка топочного объема), которая рассчитывается по формуле:

q_V = B_P · Q_H^C / V_T

где: В_Р – расчетный расход топлива, B_P = 0,124

Q_H^C – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C = 39730 ;

V_T – объем топочной камеры, по [6], V_T = 20,4 м³;

 

q_V = 0,124 · 39730 / 20,4= 241,5 кВт/м³ < 400 кВт/м³, поэтому m = 0,55;

 

a_CВ, a_Г – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами, значения a_CВ и a_Г определяются по формулам:

 

,

 

Получаем:

 

 

Степень черноты факела равна:

а_Ф = 0,55 · 0,4946 + (1 – 0,55) · 0,2946 = 0,4046

 

8. Определяем степень черноты топки по формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива или газа:

где: – коэффициент тепловой эффективности экранов, рассчитанный нами в п. 4,

9. Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твердых топлив, газа и мазута М = 0,48;

 

10. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, по формуле:

,

где: Т_Т^// – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Т_Т^// = 800 ^ОС = 1073 К;

I_Т^// – энтальпия продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре, I_Т^// = 18054 ;

Q_Т – полезное тепловыделение в топке, Q_Т = 40203,3 ;

Т_А – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Q_Т = 40203,3 кДж/м³, равному энтальпии продуктов сгорания I_A = 40203,3 , равная Т_А = 1953,3 К;

11. Определяем действительную температуру на выходе из топки, ^ОС, по формуле:

Подставляя все выше найденные значения, получаем:

 

Т.к. расхождение между получаемой температурой (839,04^ОС) и ранее принятой (800 ^ОС) на выходе из топки не превышает ± 100 ^ОС, то расчет считается оконченным.