Методика складання попереднього теплового балансу утилізаційного котла

При складанні теплового балансу утилізаційного котла необхідно враховувати падіння температури вихлопних газів на шляху від дизеля до котла, яке в ізольованому газоході складає приблизно 1,0 – 1,5 °С на один метр його довжини.

При постійній температурі і витраті газу паропродуктивність котла D_к залежить від температури вихідних газів t_yх.

У загальному випадку, при розрахунку утилізаційного котла може стати необхідним рішення двох завдань:

- визначення паропродуктивності котла на даному режимі D_к при відомій температурі t_yх ;

- визначення температури газів за котлом t_yх при відомій паропродуктивності D_к.

Перша (пряма) задача вирішується шляхом спільного рішення рівнянь балансу тепла по газовій і пароводяній (8.13) сторонам поверхні нагріву утилізаційного котла (4.5) та (4.13):

Шукана паропродуктивність котла складе, кг/с:

Друга (зворотна) задача вирішується аналогічно, з використанням рівняння (4.14):

потім за допомогою діаграми І – t знаходиться шукана t_yх.

Для зменшення об'єму розрахунків при складанні попереднього теплового балансу утилізаційного котла використовуйте готову діаграму І – t (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Діаграма I – t для складання теплового балансуутилізаційного котла

В якості початкових даних для складання попереднього теплового балансу необхідно прийняти наступні параметри:

- тиск в сепараторові пари Р_к, МПа;

- паропродуктивність, у тому числі:

- по насиченій парі D_к, кг/с;

- по перегрітій парі D_пп, кг/с;

- температура газів на виході з котла t_yх,°С;

- норма продування Р, %;

- температура насичення t_s, °C;

- температура перегрітої пари t_пп, °С;

- температура живильної води t_пв, °С;

- ентальпія киплячої води і' кДж/кг;

- ентальпія перегрітої пари і _пп, кДж/кг;

- ентальпія живильної води і _пв кДж/кг;

- ентальпія сухої насиченої пари і " кДж/кг;

- вологість пари у, %;

- ефективна потужність дизеля Nе, кВт;

- середня питома ефективна витрата палива g_е кг/(кВт·година)

- нижча робоча теплота згорання палива Q_н^p, кДж/кг:

- температура вихідних газів дизеля t_д С°;

- довжина газоходу L (прийняти рівною 7 – 15 м);

- кратність циркуляції k.

 

Таблиця 4.1

Параметр, позначення	Розм.	Формула, розрахунок	Рез.
Секундна витрата палива через дизель В	кг/с	Формула (4.6)
Ефективний ККД дизеля ηе	%	Формула (4.8)
Втрата тепла в навколишнє середовище q5	%	Приймається 2 – 5% або
Коефіцієнт збереження тепла φ	–	Формула (8.4)
Температура газу перед котлом tг	°С
Ентальпія газу перед котлом Iг	кДж/кг	Діаграма I – t (рис. 8.1)
Ентальпія вологої насиченої пари і х	кДж/кг
Теплова потужність пароперегрівача Qпп	кВт

 

Продовження табл. 4.1

Параметр, позначення	Розм.	Формула, розрахунок	Рез.
Ентальпія газів за пароперегрівачем Iзпп	кДж/кг
Температура газів за пароперегрівачем tзпп	°С	Діаграма I – t
Ентальпія циркуляційної води і ц	кДж/кг	Формула (4.15)
Температура циркуляційної води tц	°С	Таблиці води і водяної пари по і ц
Температура води на виході з економайзеру tэв	°С	Приймаємо, або
Ентальпія води на виході з економайзера і эв	кДж/кг	Таблиці води і водяної пари по tэв
Ентальпія пароводяної суміші на виході з випарника і см	кДж/кг
Теплова потужність випарної поверхні Qи	кВт
Ентальпія газів за випарником Iзи	кДж/кг
Температура газів за випарником tзи	°С	Діаграма I – t по Iзпп
Кількість продуваємої води Dк	кг/с
Теплова потужність економайзера Qэк	кВт
Ентальпія газів за економайзером Iух	кДж/кг
Температура газів за котлом tух	°С	Діаграма I – t по Iух
Коефіцієнт використання тепла φ	–	Формула (4.2)
Корисна теплова потужність утилізаційного котла Q1	кВт	Формула (4.13)
Умовний ККД котла ηук	%	Формула (4.10)

 

 

Продовження табл. 4.1

Параметр, позначення	Розм.	Формула, розрахунок	Рез.
Приріст ефективного ККД дизельної СЕУ Θ	%	Формула (4.9)
ККД СЕУ з врахуванням утилізації тепла ηдэу	%

 

Після складання попереднього теплового балансу необхідно провести дослідження впливу на його параметри одного з перерахованих нижче факторів:

- режиму роботи ДВЗ (зміни Nе, g_е та t_д);

- кратності циркуляції k;

- температури живильної води t_пв;

- робочого тиску в сепараторові пари Р_к;

- вологості вироблюваної насиченої пари у;

- температури газів на виході з котла t_ух;

- температури перегрівання пари t_пп.

Результати дослідження представити у вигляді графіків. Розрахунок добового економічного ефекту Э, грн/добу від використання системи утилізації проводиться по формулі:

(4.16)

де С_т – вартість однієї тонни палива, грн.

 

ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

Початкові дані для розрахунків приведені в табл. 4.2 схеми утилізаційних котлів представлені на рис. 4.2.

 

Таблиця 4.2

Вар.	Nе кВт	ge кг/(кВт·година)	tг °C	Рк МПа	Dк кг/с	Dпп кг/с	Тпп °С	у %	Схема установки
		0,21		0,5	—	—	—	0,8	рис. 4.2.1
		0,88		0,6	—	—	—	2,0	рис. 4.2.1
		0,205		0,7	0,6	0,6		2,4	рис. 4.2.2
		0,193		0,8	1,0	0,7		3,0	рис. 4.2.2
		0,220		0,5	—	—	—	3,0	рис. 4.2.1
б		0,196		0,7	0,4	—	—	1,3	рис. 4.2.1
		0,185		0,8	1,1	0,9		2,5	рис. 4.2.2
S		0,205		0,5	0,25	—	—	2,0	рис. 4.2.1
		0,186		0,5	—	—	—	2,5	рис.4.2.1
		0,192		0,6	0,5	0,4		3,5	рис. 4.2.2
		0,21		0,5	—	—	—	4,0	рис. 4.2.1
	2x1450	0,203		0,6	—	—	—	5,0	рис. 4.2.1
		0,185		0,6	0,55	0,42		3,0	рис. 4.2.2
		0,18		0,7	—	—	—	5,0	рис. 4.2.2
		0,18		1,0	1,1	1,1		3,5	рис. 4.2.2
		0,215		0,5	—	—	—	2,5	рис. 4.2.1
		0,19		0,7	0,7	0,6		0,5	рис. 4.2.2
		0,205		0,8	0,6	0,6		1,5	рис. 4.2.2
		0,185		0,5	0,85	0,72		3,0	рис. 4.2.2
		0,222		0,6	—	—	—	0,5	рис. 4.2.1
		0,195		0,8	0,4	—	—	2,5	рис. 4.2.1
		0,186		0,8	1,2	1,0		3,5	рис. 4.2.2
		0,215		0,5	0,35	—	—	4,5	рис. 4.2.1
		0,188		0,6	—	—	—	5,0	рис. 4.2.1
		0,182		0,7	0,5	0,5		3,0	рис. 4.2.2
		0,212		0,5	—	—	—	1,0	рис. 4.2.1
	2x1450	0,205		0,5	—	—	—	1,0	рис. 4.2.1
		0,195		0,5	0,55	0,42		1,5	рис. 4.2.2
		0,185		0,7	0,5	0,5		2,5	рис. 4.2.2
		0,182		1,0	1,3	1,0		2,0	рис. 4.2.2
		0,19		0,7	0,7	0,6		1,5	рис. 4.2.2
		0,200		0,8	0,6	0,6		0,5	рис. 4.2.2
		0,188		0,5	0,85	0,72		2,0	рис. 4.2.2
		0,22		0,6	—	—	—	0,5	рис. 4.2.1
		0,198		0,5	0,4	—	—	2,0	рис. 4.2.1

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Охарактеризуйте величини, що входять в прибуткову та витратну частини теплового балансу утилізаційного котла.

2. Поясніть, в чому полягає економічна доцільність утилізації тепла відпрацьованих газів суднових дизелів?

3. Поясніть, чим відрізняються рівняння теплового балансів утилізаційного і допоміжного котлів?

4. Назвіть і охарактеризуйте різні способи регулювання паропродуктивності утилізаційних котлів.

5. Вкажіть показники, якими оцінюється якість використання тепла в системі утилізації тепла СЕУ?

6. Як змінюються складові теплового балансу утилізаційного котла при зміні режиму роботи дизеля?

7. Як впливає величина коефіцієнта кратності циркуляції на процес теплообміну в котлах?

8. Яка поверхня нагріву встановлюється в утилізаційному котлі по ходу газів останньою і чому?

9. Вкажіть джерела бросового тепла на судні. Якими чинниками обмежена міра утилізації тепла відпрацьованих газів дизелів?

10. Назвіть конструктивні і експлуатаційні способи збільшення глибини утилізації тепла.

 

Рис. 4.2. Принципові схеми утилізаційних котельних установок з примусовою циркуляцією

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5