Расчет горения топливной смеси

 

Выполняем расчет горения топливной смеси.

Котлоагрегат водяной экономайзер

В качестве компонентов топлива взяты - природный газ Щебелинка- Днепропетровск

 

Таблица 1

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	N2	CO2
92,8	3,9	1,0	0,4	0,3	1,5	0,1	100

 

Теплоту сгорания газообразного топлива определяем по следующему выражению:

 

= 0,127 * CO + 0,108 * H₂ + 0,234 * H₂ S +0,358 * CH₄ + 0,636 * C₂H₆ + + 0,913 * C₃H₈+ 1,185 * C₄H₁₀ + 0,595 * C₂H₄ + 0,877 * C₃H₆ + 0,156 * C₄H₈ + + 1,462 * C₅H₁₂

= 0,358*92,8+0,636*3,9+0,913*1+1,185*0,4+1,462*0,3= 37528 кДж/м³

Котлоагрегат водяной экономайзер

Коэффициентом избытка воздуха для природного газа α _ᴤ =1,1

Объем воздуха необходимый для горения смеси:

 

V = α_mв *  = 1,1*9,7 = 10,67 м³/кг

 

Теоретические объемы продуктов сгорания при α =1:

а) для природного газа:

 

_ᴤ = 0,01* (СО₂ + СО + H₂ S +  m * C_m H_n) = = 0.01*(0.1+1*92.8+2*3.9+3*1+4*0.4+5*0.3) =1.056 м³/ м³;

 _ᴤ = 0,79*  + 0,01 * N₂ = 0,79 *9,7+0,01*1,5 = 7,678 м³/ м³;

 _ᴤ = 0,1* (H₂ S + H₂ +  0,5*n*C_mH_n + 0.124* d_ᴤ ) + 0.016*

 _ᴤ = 0,1* (2*92.8+3*3.9+4+5*0.4+6*0.3+1.24)+0.0161*9.7 = 2.223 м³/ м³;

 

б) Объемы продуктов сгорания газообразного топлива α_ᴤ =1,1

 

 _ᴤ =  _ᴤ + (α_ᴤ - 1) * 7,678+ (1,1-1) * 9,7 = 8,648 м³/ м³;

 _ᴤ =  _ᴤ + 0,0161 * (α_ᴤ - 1) *  = 2,223+ 0,01261*(1,1-1)*9,7 = 2,238 м³/ м³;

 = _ᴤ +  _ᴤ + _ᴤ = 1,056 + 8,648 + 2,238 = 11,9 м³/ м³

 

Объемные доли трехатомных газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении 0,1 МПа, подсчитаем по формулам:

 

= /  = 1,056/11,9 = 0,08,

= /  = 2,238/11,9 = 0,18,

 = + = 0,08 + 0,18 = 0,26.

 

Энтальпия теоретически необходимого объема воздуха:

 

 =  * (ct)_в = 9,7 * 39 = 378 кДЖ/м³

 

 

Основные характеристики парогенератора

 

)   Паропроизводительность агрегата, D - 10 т/ч

)   Давление пара у главной паровой задвижки, р_п - 14 МПа

)   Температура перегретого пара, t _п.п. - 220 ⁰С

)   Температура питательной воды перед экономайзером, t _п.в. - 65 ⁰С

)   Температура уходящих газов, ϑ_у.г. - 180 ⁰С

 

Таблица. Присосы воздуха по газоходам ∆ α и расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах αʺ

Участки газового тракта	∆ α	αʺ
Топка и фестон	0,05	1,15
Перегреватель (2 ступень)	0,05	1,2
Экономайзер стальной (2 ступень)	0,04	1,24
Экономайзер стальной (1 ступень)	0,04	1,28

 

Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора ( м³/кг, = 1,06 м³/кг, = 7,678 м³/кг, = 2,224 м³/кг)

 

 

Таблица

Величина	Единица измерен.		Газоходы
		Топка и фестон	2ст. перегре-вателя	2 ст. эконо-майзера	1 ст. эконо-майзера
Рас. коэффициент избытка воздуха в газоходе αʺ	-	1,15	1,2	1,24	1,28
	м^3/кг	1,056	1,056	1,056	1,056
=  + (α - 1) *	м^3/кг	9,13	9,62	10	10,39
=  + 0,0161 * (α - 1) *	м^3/кг	2,24	2,25	2,25	2,26
= +  ᴤ +	м^3/кг	12,43	12,93	13,31	14,9
= /	-	0,085	0,082	0,079	0,071
= /	-	0,18	0,17	0,169	0,15
= +	-	0,265	0,25	0,25	0,22

 

Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива

 

.   Располагаемая теплота топлива

 

=  +  +  = 37528 + 0 + 0 = 37528 кДж/кг

 

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃ = 0,5 %

.   Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ = 0 %

.   Температура уходящих газов ϑ_у.г. =180 ⁰С

.   Энтальпия уходящих газов I_ух = 2802 кДж/кг

.   Температура воздуха в котельной t _х.в. =25 ⁰С

.   Энтальпия воздуха в котельной I_х.в. = 331 кДж/кг

.   Потеря теплоты с уходящими газами q₂ = =  = 6,35 %

.   Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅ = 1,75 %

.   Сумма тепловых потерь Σ q = q₂ + q₃ + q₄+ q₅ = 6,35 + 0,5 + 0 + 1,75 = 8,6 %

.   КПД парогенератора η_пг =100 - Σ q = 100 - 8,6 = 91,4 %

.   Коэффициент сохранения теплоты φ = 1 -  = 1 -  = 0,98

.   Паропроизводительность агрегата D = 2,08 кг/с

.   Давление пара в барабане P_б = 1,5 МПа

.   Температура перегретого пара t _п.п. = 220 ⁰С

.   Температура питательной воды t _п.в. = 65 ⁰С

.   Удельная энтальпия перегретого пара = 2844 кДж/кг

.   Удельная энтальпия питательной воды = 273,25 кДж/кг

.   Значение продувки p=3 %

.   Полезно используемая теплота в агрегате  _пг = D * () + D *  * () = = 2,08 * (2844 - 273,25) + 2,08 *  * (844,7 - 273,25) = 5391 кВт

.   Определяем полный расход топлива В =  =  = 0,16 кг/с

.   Расчетный расход топлива

 

В_р = В *  = 0,16 *  = 0,16 кг/с

 

 

Расчет теплообмена в топке

 

.   Активный объем топочной камеры V_т = 22,6 м³

.   Определяем тепловое напряжение объема топки расчетное q_v =  =  = 265,7 кВт/м³

.   Тепловое напряжение объема топки допустимое q_v = 350 кВт/м³

.   Площадь ограждающих поверхностей F_ст = 40 м²

.   Площадь лучевоспринимающей поверхности топки и камеры догорания H_л = 30,3 м²

6. Эффективная толщина излучающего слоя S_т = 3,6 = 3,6  = 2,034 м

7. Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности Ψ_ср =  =  = 0,49

.   Высота топки Н_т = 2,7 м

.   Высота расположения горелок h_г = 1,0 м

10. Коэффициент светимости пламя m= 0,2

11. Относительное положение максимума температуры в топке Х_г =  =  = 0,37

.   Параметр, учитывающий распределения температур в топке М = 0,54 - 0,2 Х_г = 0,54-0,2*0,37 = 0,47

.   Коэффициент избытка воздуха в топке α_т = 1,15

.   Присос воздуха в топке ∆α_т = 0,05

.   Температура воздуха в котельной t _х.в. =25 ⁰С

.   Энтальпия холодного воздуха I_х.в. = 331 кДж/кг

17. Температура горячего воздуха t _г.в. = 150 ⁰С

18. Энтальпия горячего воздуха I_г.в. = 1945 кДж/кг

19. Определяем количество теплоты вносимое в топку воздухом  _в = (α_т - ∆α_т )  + ∆α_т  = (1,15 - 0,05)* 1945 + 0,05*331 = =2156,05 кДж/кг

20. Определяем полезное тепловыделение в топке агрегате  _т =  *  +  _в = 37528 * + 2156,05 = 39496,41 кДж/ кг

.   Температура газов на выходе из топки ϑʺ_г = 1050 ⁰С

.   Энтальпия газов на выходе из топки Iʺ_т = 15826 кДж/кг

.   Теоретическая температура горения ϑ_а = 1740 ⁰С

.   Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания  =  =  = 34,3 кДж/(кг К)

25. Объемная доля водяных паров = 0,18

.   Объемная доля трехатомных газов = 0,08

27. Суммарная объемная доля трехатомных газов  = 0,26

28. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов ρ S_т = 0,1*0,26*2,034 = 0,053 м МПа

.   Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами κ _г= 6,5 1/(м МПа)

.   Коэффициент ослабления лучей несветящейся частью топочной среды κ _нс= κ _г = 6,5 * 0,26 = 1,69 1/(м МПа)

.   Суммарная оптическая толщина газового потока κрs = κ _нс ρ S_т = 1,69*0,1*2,034 = 0,34

.   Степень черноты несветящейся части факела а _г = 0,26

.   Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами κ _саж = 0,3* (2 - α_т) * (1,6 ) *  = 0,3* (2 - 1,15) * *(1,6 ) *  = 3,29 1/(м МПа)

.   Коэффициент ослабления лучей светящейся частью топочной среды κ _св= κ _нс+ κ _саж = 1,69 + 3,29 = 4,98 1/(м МПа)

.   Произведение κ ρ S = κ _св ρ S_т = 4,98*0,1*2,034 = 1,01

.   Степень черноты светящейся части факела а _св = 0,6

.   Степень черноты факела α _ф = m а _св + (1- m) а _г = 0,2*0,6+(1-0,2)*0,26 = = 0,328

.   Степень черноты топки а _т = =  = 0,50

.   Рассчитываем тепловую нагрузка стен топки q_F =  =  = 159,99 кДж/(м³ с)

.   Температура газов на выходе из топки ϑʺ_т = 1025 ⁰С

.   Энтальпия газов на выходе из топки Iʺ_т = 15872 кДж/кг

.   Общее тепловосприятие топки  = φ ( _т - Iʺ_т) = 0,98 ( - 15872) = 23152 кДж/кг

.   Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей стенки  =  =  = 112 кВт/м²