Расчёт горения топлива и тепловой баланс котельного агрегата

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Кафедра теплохладотехники

Расчёт горения топлива и тепловой баланс котельного агрегата

по дисциплине «Теплотехника»

Группа №1 вариант №17

Специальность 1-49 01 01 «технология хранения и переработки пищевого растительного сырья»

Специализация 1-49 01 01 01 «технология хранения и переработки зерна»

      Проверил                                         Выполнил

«____» ____________2015 г.          «____»___________ 2015 г.

Могилев 2015

Цель работы: Закрепление и углубление знаний о горении топлива, составе и характеристиках продуктов сгорания, тепловом балансе котельного агрегата (промышленной печи), ознакомление с методами их расчета.

Задание: По известным параметрам: виду топлива, паропроизводительности котельного агрегата (D ), присосу холодного воздуха по газовому тракту ( Δα), давление пара в котле (Р_п.п.), температурам перегретого пара (t_п.п.) и питательной воды (t_п.в.) определить: способ сжигания топлива, тип топки, значения коэффициента избытка воздуха в топке (α_Т) и за установкой (α_ух.).

Рассчитать: теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1кг (1м³) топлива; объемы продуктов сгорания при α_ух  и энтальпии продуктов сгорания на выходе из котлоагрегата.

Составить тепловой баланс котельного агрегата, определить его К.П.Д. брутто и часовой расход топлива.

Порядок выполнения работы.

Исходные данные: Донецкий уголь Д.

D Т/ч

Δα

Р_пр %

Р_пп МПа

t_пп ⁰С

t_пв ⁰С

100

0,28

5,5

2

265

90

D - паропроизводительность;

Δα – присос холодного воздуха по газовому тракту;

Р_пр – потери воды с непрерывной продувкой;

Р_пп – давление пара в котельном агрегате;

t_пп – температура перегретого пара;

t_пв – температура питательной воды;

Элементарный состав рабочей массы и характеристики донецкого угля Д. [4,табл B.1]

Вид топлива

Марка

Состав рабочей массы топлива, %

Низшая теплота сгорания

Выход летучих веществ

V^Г ,%

W^p

A^p

S_k^p

S_op^p

C^p

H^p

N^p

O^p

Донецкий уголь

Д

13,0

21,8

1,5

1,5

49,3

3,6

1,0

8,3

19,6

Рассчитываем приведенную влажноть топлива:

Рассчитываем приведенную зольность топлива:

1. Определяем способ сжигания топлива, тип топки и значения коэффициента избытка воздуха в топке (α_Т) [ 4,табл.4] и за установкой (α_ух).

Определим, тип топки[4,табл B.3]

Вид топки: Пылеугольная топка.

Коэффициент избытка воздуха в топке равен:  

        α_Т=1,2 [4,табл В.4]

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов (за установкой) равен:

2. Рассчитываем объем воздуха и продуктов сгорания на выходе из котлоагрегата (при α_ух).

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при α=1 определяется по формуле для твердого топлива[4,табл. В.1]

Теоретические объемы продуктов горения при α=1 для твёрдого топлива[4,табл. В.1 ]

объём сухих трёхатомных газов

= ;

теоретический объём азота

;

теоретический объём водяных паров     

,

где 0.0161V⁰ - объём водяных паров, содержащихся в воздухе при влагосодержании

Объём продуктов сгорания при α=1

,     

Действительный объём продуктов сгорания при α>1 отличается от теоретического в основном объёмом избыточного воздуха ,а также незначительно объемом водяных паров:

Вычисляем объём продуктов сгорания при  (на выходе из котельного агрегата):

объём избыточного воздуха

;

объём водяных паров

;

объём продуктов сгорания

.

Объёмная доля сухих трёхатомных газов

где: -объем сухих трёхатомных газов;

   V_г – объем продуктов сгорания;     

объёмная доля водяных паров

где: V_г – объем продуктов сгорания;   

    - объемная доля водяных паров.

3. Рассчитываем энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов горения (при α=1)

Рекомендуемый промежуток температуры уходящих газов составляет 120-150 ⁰С ,используя [табл,В.7]. Т.к. содержание серы в топливе ( донецкий уголь) 1,5/1,5 % и приведенную влажность топлива ,то берём значение температуры уходящих газов    t_ух = 140°С.

Определим  энтальпии газов (ct) методом линейной интерполяции, [4,табл. В.6] при t_ух.=140⁰С 

Где  –энтальпия 1 м³ газов при температуре t, кДж/ м³

Энтальпия действительных объемов продуктов горения при

Результаты вычислений объемов воздуха и продуктов сгорания, их энтальпий сведем к таблицам:

Таблица 1- Состав продуктов горения за котлоагрегатом

Наименование величины

размерность

значение

Уголь донецкий Д

Теоретическое количество сухого воздуха

Объём сухих трёхатомных газов

Теоретический объём азота

Теоретический объём водяных паров

Теоретический объём газов

Коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом

-

Объём водяных паров

Полный объём газов

Объёмная доля сухих трёхатомных газов

-

Объёмная доля водяных паров

-

Таблица 2 - Энтальпия продуктов сгорания

Наименование величины

размерность

значение

Температура уходящих газов

Энтальпия трёхатомных газов

228,5

Энтальпия азота

737,6

Энтальпия водяных паров

137,1

Энтальпия теоретического объёма продуктов горения

Энтальпия теоретического объёма воздуха

Энтальпия действительного объёма продуктов горения

4. Рассчитываем тепловой баланс котельного агрегата.

Уравнение теплового баланса в общем виде может быть записано так:

=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ кДж/м³

Где: - располагаемое тепло;

    Q₁ – тепло, полезно-воспринятое в к/а рабочим телом;

    потери теплоты с уходящими газами;

    потери теплоты от химической неполноты сгорания;

    потери теплоты от механического недожога;

    потери теплоты в окружающую среду;

    потери с физической теплотой удаляемых шлаков;

    дополнительные потери теплоты в промышленной печи.

В работе не учитывается тепло горячего воздуха, подаваемого в топку и подогретого вне к/а, а также тепло парового дутья, затрата тепла на размораживание смерзшегося топлива и т.д., поэтому можно принять:

≈ Q_н^р =19,6*10³, кДж/м³

Приняв  за 100%, тепловой баланс можно записать в таком виде:

q₁+q₂+ q₃+q₄+ q₅+q₆= q₁+ ∑q_пот=100%

Потери тепла от химической неполноты сгорания q₃=0% потери тепла от механической неполноты сгорания q₄=0 % . 

q₃ и q₄ определили по [4табл В.4],зная тип топки (пылеугольная), наименование топлива (каменные угли) и паропроизводительность (100 т/ч)

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅ =0,7 %.

q₅ определили по  [4,табл. В.8] ,зная паропроизводительность(100 т/ч).

Потери теплоты с уходящими хазами

Где

= кДж/кг

 коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом

 энтальпия теоретически необходимого воздуха при температуре холодного воздуха, t_хв, которую обычно принимают равной 30⁰С. Удельную теплоемкость воздуха при 30⁰С можно принять равной 1,3 кДж/м³.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата:

=100-( q₂ +q₃ +q₄ +q₅ +q₆)

q₃ - потери тепла от химической неполноты сгорания, %;

q₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания, %;

q₅ – потери тепла на наружное охлаждение, %;

q₆ – потери тепла с физическим теплом шлаков, %;

- коэффициент полезного действия, брутто

5. Рассчитаем расход топлива В:

D – паропроизводительность к/а, кг/с,

h_п.п. – энтальпия пара, выходящего из к/а, кДж/кг

h_п.в. – энтальпия питательной воды, кДж/кг

h^’ – энтальпия кипящей воды, кДж/кг

Q_н^р – низшая теплота сгорания, кДж/кг

Найдем h_пп., h_пв, h^’ используя таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара [3,табл.4]

h_п.п. = 2927,9  при t_п.п. =265⁰С    и Р_п.п=2 МПа

h_п.в. = 376,94    при t_п.в = 90⁰С    

h^’ = 908,6   при  Р_п.п = 2 Мпа

Производительность:

D= 100т/ч=27,78 кг/с

 = 13,97 т/ч

С учётом потери  расчётный расход полностью сгоревшего в топке твердого топлива

кг/с = 13,83 т/ч

Вывод: в ходе расчетов были получены знания о способах расчёта горения топлива (объёмов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания) и теплового баланса котельного агрегата. Определили коэффициент полезного действия котельного агрегата  и количество полностью сгоревшего в топке топлива кг/с=13,83 т/ч.

Список используемой литературы

1.Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парового котла:учеб.пособие для вузов/Ю.М.Липов,Ю.Ф.Самойлов,Т.В.Виленский.-М.:Энергоатомиздат,1988.-208с.

2.К.Ф.Роддатис.Котельные установки:учеб.пособие для студентов неэнергетических Специальностей вузов.-М.:Энергия,1977.-432 с.

3.Александров А.А.Термодинамические свойства воды и водяного пара:Справочник/А.А.Александров,Б.А.Григорьев.-М.:Изд-во МЭИ,1999.-168 с.

4. Расчёты горения топлива и тепловой баланс котельного агрегата(промышленной печи). Методические указания к расчетной работе,А.А. Смоляк-Могилев:- МГУП 2009-22с.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров