Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Анемометр

Влияние коэффициента избытка воздуха на потери тепла с уходящими газами

УДК 621

А. П. ГЛУХОВ, магистрант

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург, Россия Е-mail: artemiv.glukhov@mail.ru

ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА НА ПОТЕРИ ТЕПЛА С

УХОДЯЩИМИ ГАЗАМИ

Исследовано влияние коэффициента избытка воздуха на потери тепла с уходящими газами и КПД. Рассмотрен пример определения оптимального коэффициента избытка воздуха из практики РНИ, а также посчитан способ повышения КПД за счет уменьшения присосов воздуха в топку и газовый тракт котлоагрегата.

Ключевые слова: коэффициент избытка воздуха, потери тепла с уходящими газами, присосы воздуха, КПД котлоагрегата, химический недожог.

Досліджено вплив коефіцієнта надлишку повітря на втрати тепла з вирушаючими газами і ККД. Розглянуто приклад визначення оптимального коефіцієнта надлишку повітря з практики РНІ, а також порахований спосіб підвищення ККД за рахунок зменшення присосів повітря в топку і газовий тракт котлоагрегата.

Ключові слова: коефіцієнт надлишку повітря, втрати тепла з вирушаючими газами, присоси повітря, ККД котлоагрегата, хімічне недопалювання.

Постановка задачи

При режимно-наладочных испытаниях котлов важной задачей является настройка режима горения, так как от этого зависит КПД котлоагрегата, соответственно удельные расходы топлива и в конечном счете затраты на выработку тепла. В свою очередь настройка режима горения подразумевает подбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха (а).

Но как определить это значение?

Попробуем разобраться.

Как известно, КПД котла по обратному балансу равен:

’и = 100 – q2 – q3 – q5 ’ (1)

где: «і – потери тепла с уходящими газами, %;

«3 – потери тепла от химической неполноты сгорания газа, %;

«5 – потери тепла в окружающую среду, %.

В данной формуле нас будет интересовать только q2 и q3, так как а не влияет на q5.

При недостатке воздуха появляется химический недожог. Он объясняется появлением в продуктах сгорания угарного газа – СО, сажи, водорода – Н2, а в некоторых случаях и СН4. При этом выделяется только часть теплоты сгорания. Поэтому и говорят о химическом недожоге.

При этом из опыта наладки потери тепла с уходящими газами – будут падать, но тогда появятся потери q3 и согласно формуле (1) КПД будет резко падать. К тому же работа котла при химическом недожоге даже за небольшое время приведет к снижению теплосъема с трубного пучка котла, как следствие произойдет существенное снижение теплопроизводительности котла и его КПД.

При избытке воздуха топливо сгорает полностью, но часть теплоты расходуется на подогрев излишнего количества воздуха. Происходит снижение температуры уходящих газов и вследствие этого снижение теплопроизводительности котла и его КПД.

Получается, что при оптимальном значении а КПД будет расти, вследствие уменьшения потерь q2, и отсутствия потерь «3.

На рис. 1 представлена зависимость потерь q2 и q3 от а котла ДКВр-4-13 на газообразном топливе при проведении РНИ на нагрузке в 77 % от номинальной.

*

» ц2,% И дЗ %

1,26 1,27 1,31

Рис. 1. Зависимость потерь q2 и q3 от а

Как видно из графика, с уменьшением а заметно растут потери q3, особенно при нижних пределах величин а, но снижается q2, и наоборот, с увеличением а величина q3 уменьшается, но резко возрастают потери q2.

Как видите, оптимальная величина будет соответствовать случаю, когда суммарные потери q2 q3 будут минимальными. Но qз настолько малы, что их в расчете не учитывают.

Таблица 1

Опытные данные

Номер опыта 1 2 3

Состав уходящих газов за котлом О2,% 4,7 4,9 5,4

СО, ррт 214 18 30

Состав уходящих газов за В.Э. О2,% 4,8 5 5,5

СО, ррт 202 40 57

Коэффициент избытка воздуха за котлом 1,26 1,27 1,31

Коэффициент избытка воздуха за В.Э. 1,27 1,28 1,32

Потери с уходящими газами, % 6,34 6,45 6,70

Для выбора оптимального значения коэффициента избытка воздуха (а) нужно провести серию опытов на одной нагрузке в 77% (так называемые прикидочные опыты). Серия опытов представлена на рис. 2 и в табл. 1. Лучше начинать с а больше необходимого. Так как будет точно отсутствовать химическая недожог. При снижении давления воздуха на горелки постепенно снижаются а и q2. Работа котла становится более экономичной. При дальнейшем снижении давления воздуха в определенный момент появляется химический недожог (опыт 1). Если дальше снижать давление воздуха q3 растут очень быстро. Примерно точка начала роста СО будет точкой низа оптимальной зоны.

В свою очередь если повышать давление воздуха на горелки а и q2 растут (опыт 3). Но падает КПД и работа котла неэкономичная. Если и дальше поднимать давление, то при очень

большом а начнет появляется химический недожог, и КПД упадет еще ниже. Точка начала роста q2 будет точкой верха оптимальной зоны.

6,8

6,7

6,6

6,5

6,4

6,3

6,2

6,1

ц2,%

-Р2

Рв, кгс/лл2

Рис. 2. Графики зависимостей ак, аэк, от давления воздуха на горелку

Получается оптимальным будет опыт 2. Значения опыта 2 будут заносится в балансовый опыт.

Настроив режим горения на оптимальное значение коэффициента избытка воздуха мы можем получить завышенные q2 и как следствие низкий КПД.

Что может быть причиной? Излишние присосы воздуха в топку и газоход котлоагрегата.

Избыточный воздух, поступающий в газовый тракт котлоагрегатов, вызывает увеличенные потери тепла с уходящими газами, увеличивается сопротивление тракта, вызывает перегрузку дымососов и вследствие всего этого происходит снижение теплопроизводительности котла и его КПД.

Контроль присосов воздуха необходимо осуществлять ежемесячно, в соответствии с «Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок» (хотя, если честно, примеров ежемесячного контроля присосов воздуха на котлоагрегатах в своей практике пока не встречал). Присосы воздуха в топку котлоагрегата существенно влияют на тепловую работу котла.

Снижение температуры газов в результате излишнего поступления холодного воздуха уменьшает количество тепла, передаваемого излучением.

По экспертным оценкам и практических опытов, увеличение присосов воздуха в топку на 0,1 снижает количество тепла, передаваемого излучением, до 4-5 %. Уменьшение тепловосприятия радиационными поверхностями нагрева вызывает перегрузку последующих конвективных поверхностей, в связи с чем температура дымовых газов увеличивается.

К примеру, присос воздуха в топку Лат =0,1-0,2 повышает температуру уходящих газов на 4-8 0С.

Присосы воздуха в газоходы котлоагрегата понижают температуру дымовых газов в зоне присосов и уменьшают количество тепла, переданного поверхностями нагрева, расположенным за местом присоса. В результате этого в последующих по ходу газов поверхностях нагрева увеличивается температура дымовых газов.

Используя частично таблицу 2 проведем небольшой расчет как уменьшая присосы воздуха в топку и по тракту котла можно уменьшить q2 и повысить КПД. Данные взяты из РНИ котла ДКВр-4-13 на нагрузке в 77 %.

Таблица 2

Данные для расчета снижения q2

до уменьшения Аа после

Температура уходящих газов за В.Э., 0С 158,7 152

Коэффициент избытка воздуха за В. Э. 1,34 1,28

Потери с уходящими газами, % 7,02 6,41

Снижение потерь q2 определим по формуле:

Aq =

а – а

а

(

t1 – 12

xq

(2)

где аі – коэффициент избытка воздуха до уменьшения присосов; а^ – коэффициент избытка воздуха после уменьшения присосов;

^ – температура уходящих газов за В.Э. до уменьшения присосов, 0С ; t^ – температура уходящих газов за В.Э. после уменьшения присосов, 0С ; ^2 – потери тепла с уходящими газами до уменьшения присосов, С.

Aq =

(1 34 – 1 28 Л ( ^

1,34 1,28 158,7 -152

1,З4

158 ,7

x 7,02 = 0,61 %

В результате проделанной работы по устранению сверх нормативных присосов воздуха удалось увеличить КПД котлоагрегата на 0,61 %.

Вывод

Таким образом можно сделать вывод, что коэффициент избытка воздуха имеет очень большое влияние на работу котлоагрегата и на КПД.

Список литературы

1. В. И. Трембовля, Е. Д. Фигнер “Теплотехнические испытания котельных установок”. – М.:Энергия, 1977. – 296 с.

2. Н. Л. Стаскевич “Справочник по газоснабжению и использованию газа”. – Л.:Недра, 1990. -762 с.

3. В. И. Янкелевич “Наладка газомазутных промышленных котельных”. – М.: Энергоатомиздат, 1988. -216 с.

4. Р. Б. Равич “Эффективность использования топлива”. – М.:Наука, 1977. – 344 с.

INFLUENCE OF EXCESS AIR FACTOR ON WASTE HEAT LOSSES

t

1

A. D. GLUHOV, The master

The paper presents a research into the influence of the excess air factor on waste heat losses and the efficiency factor. It considers case studies for determination of optimum excess air factor based on the RNI practice as well as gives a calculation of a method for improvement of efficiency due to reduction of air inleakeage to the furnace and the gas duct of the boiler.

Key words: excess air factor, waste heat losses, air inleakeage, boiler efficiency, incomplete combustion.

Поступила в редакцию 26.06 2022 г.

Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам

Тепловой расчет котельных установок

Методические указания для выполнения расчетно-графической работы №1

Саранск 2009

Введение

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор по-требляют огромное количество теплоты на технологические нужды, венти-ляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конст-руктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при раз-работке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про-ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котло-строительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускае-мых промышленностью, выполняется при проектировании источника тепло-снабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды.

При выполнении курсового проекта рекомендуется производить пове-рочный расчет с элементами конструктивного расчета отдельных поверхно-стей нагрева (пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогрева-теля).

Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расче-тах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С.

Присос воздуха принято выражать в долях теоретического количества воздуха, необходимого для горения:

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю = VприсV 0 , (2.1)

где Vприс– количество воздуха, присасываемого в соответствующий газо-ход агрегата, приходящееся на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м3 газа при нормальных условиях, м3/кг или м3/м3.

При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным. Значения расчетных присосов воздуха для промыш-ленных паровых и водогрейных котлов приведены в табл. 2.1.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к тсоответствующих при-сосов воздуха:

i

=

т

i i

, (2.2) 1

где i – номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания; т– коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.

Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида то-плива, способа его сжигания и конструкции топки. Поэтому прежде всего следует выбрать способ сжигания топлива и конструкцию принимаемой к ус-тановке топки.

Выбор способа сжигания топлива и конструкции (типа) топочного уст-ройства производится в зависимости от паропроизводительности (теплопро-изводительности) и конструкции котельного агрегата, а также физико-химических свойств топлива. Так для котлов любой паропроизводительности при сжигании жидкого и газообразного топлива следует применять камерные (факельные) топки. В табл. 2.2 приведены расчетные коэффициенты избытка воздуха для камерных топок.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Таблица 2.1. Расчетные значения присосов воздуха в топку и в газоходы паровых и водо-

грейных котлов при номинальной нагрузке

 
Топочные камеры и газоходы
 
Присос воздуха
 
Топочные камеры пылеугольных котлов с твердым шлакоуда-лением и металлической обшивкой труб экрана
то же с обмуровкой и обшивкой без металлической обшивки
 
 
0,05
 
0,07 0,1
 
Фестон, ширмовый пароперегреватель, первый котельный пу чок котлов производительностью >50 т/ч
 
 

 

Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева котлов производительностью D 50 т/ч
 
 
0,05
 
Второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева котлов производительностью D 50 т/ч
 
 
0,1
 
Пароперегреватель
 
0,03
 
Водяной экономайзер котлов производительностью D 50 т/ч (на каждую ступень)
 
 
0,02
 
Водяной экономайзер котлов производительностью D 50 т/ч: стальной
чугунный с обшивкой чугунный без обшивки
 
 
0,08 0,1 0,2
 
Воздухоподогреватели трубчатые, на каждую ступень: для котлов с D >50 т/ч
для котлов с D 50 т/ч
 
 
0,03 0,06
 
Газоходы (на каждые 10 м длины): стальные
кирпичные
 
 
0,01 0,05
 

Таблица 2.2. Расчетные значения коэффициента избытка воздуха на выходе из топки т

 
Тип топки
 
 
Топливо
 
Значение т
 
 
 
Камерная
 
 
Мазут
 
 
1,1
 
 
Природный газ
 
 
1,1
 

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю2.2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

При тепловом расчете паровых и водогрейных котлов определяются теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания в следующей последовательности:

1. Определить теоретический объем воздуха, необходимого для полно-го сгорания:

при сжигании жидкого топлива (м3 воздуха/кг топлива)

V o

= 0,0889(

C р

0,375

S р

к

) 0,265

Н р

0,0333

Ор

; (2.3) при сжигании газа (м3 воздуха/м3 газа)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Vo

= 0,04760,5

CO

0,5

H

2 1,5

H

2

S

å(

m

n

)

CmHn O

2 , (2.4)

где – число атомов углерода; n – число атомов водорода.

2. Определить теоретический объем азота в продуктах сгорания: при сжигании жидкого топлива (м3/кг)

p

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

V

02 = 0,79

V

0 0,8100 ; (2.5) при сжигании газа (м3/м3)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

V

02 = 0,79

V

0 100 . (2.6) 3. Определить объем трехатомных газов:

при сжигании жидкого топлива (м3/кг)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

VRO

2 =1,866

C p

0,375

Sop

к

; (2.7)

при сжигании газа

VRO2 = 0,01(CO2 CO H2S åmCmHn). (2.8)

При расчете следует учитывать, что диоксид углерода и сернистый газ принято объединять и называть «сухие трехатомные газа», обозначая через

RO2 , т.е. RO2 = CO2 SO2 .

4. Определить теоретический объем водяных паров: при сжигании жидкого топлива (м3/кг)

V

02

О

= 0,111

Н р

0,0124

W p

0,0161

V

0; (2.9) при сжигании газа (м3/м3)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

VH

2

O

= 0,01

H

2

S

H

2 å

nCmHn

0,124

.

тл

 0,0161

V

0 . (2.10)

5. Определить средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

ср

= , (2.11)

где – коэффициент избытка воздуха перед газоходом; – коэффициент избытка воздуха после газохода.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

6. Определить избыточное количество воздуха для каждого газохода

Vизб

=

V

0 (

1). (2.12)

7. Определить действительный объем водяных паров для жидкого топ-лива (м3/кг) и для газа (м3/м3) по формуле

VH

2

O

=

VH

2

O

0,0161(

1)

V

0 . (2.13)

8. Определить действительный суммарный объем продуктов сгорания для жидкого топлива (м3/кг) и для газа (м3/м3) по формуле

=

VRO

2

VN

2

Vизб

VH

2

O

. (2.14) 9. Определить объемные доли трехатомных газов и водяных паров, а

также суммарную объемную долю по формулам:

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюrRO2 =VRO2 ; (2.15) rH2O VH2OVг; (2.16) rп= rRO2 2О. (2.17) Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по га-

зоходам котлоагрегата сводятся в таблицу, форма которой при сжигании жидкого топлива или газа приведена в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

 
Величина
 
 
Расчет-ная формула
 
Теоретические объемы: V0=…м3/кг; V0 =…м3/кг; VRO2 =…м3/кг; V0H2O=…м3/кг;
 
Газоход
 
Топка
 
Паропе-регрева-тель
 
Конвек тивные пучки
 
Эко-номай-зер
 
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева
 
(2.1), табл. 2.1, 2.2
 
       
Средний коэффициент из-бытка воздуха в газоходе поверхности нагрева
 
(2.11)
 
       
Избыточное количество воздуха, м3/кг
 
(2.12)
 
       
Объем водяных паров, м3/кг
 
(2.13)
 
       
Полный объем продуктов сгорания, м3/кг
 
(2.14)
 
       
Объемная доля трехатом-ных газов
 
(2.15)
 
       
Объемная доля водяных паров
 
(2.16)
 
       
Суммарная объемная доля
 
(2.17)
 
       

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю2.3. Расчет 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 и продуктов сгорания относить к 1 кг сжигаемого жидкого топлива и к 1 м3 (при нормальных усло-виях) газообразного топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действитель-ных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева (значения коэффициента избытка воздуха после поверхности нагрева берутся из табл. 2.3). Расчет следует производить для всего возможного диапазона температур после поверхностей нагрева, так как температуры эти неизвест-ны. В дальнейших расчетах при пользовании значениями энтальпии допуска-ется линейная интерполяция в интервале температур 100 К. Поэтому при расчетах энтальпии интервал температур не должен быть более 100 К.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производится в такой последовательности:

1. Вычислить энтальпию теоретического объема воздуха для всего вы-бранного диапазона температур для жидкого топлива (кДж/кг) и газа (кДж/м3)

I0 =V 0 (c )в, где c в– энтальпия

(2.18) 1 м3 воздуха, кДж/м3, принимается для каждой вы-

бранной температуры по табл. 2.4; V 0 – теоретический объем воздуха, необ-ходимого для горения, принимается по табл. 2.3.

Таблица 2.4 Энтальпия 1 м3 воздуха и газообразных продуктов сгорания (кДж/м3)

 
,ОС
 
(c )RO2
 
c )N2
 
c O2
 
(c H2O
 
 
c в
 
           
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
 
170 359 561 774 999 1226 1466 1709 1957 2209 2465 2726 2986 3251 3515
 
130 261 393 528 666 806 949 1096 1247 1398 1550 1701 1856 2022 2171
 
132 268 408 553 701 852 1008 1163 1323 1482 1642 1806 1970 2133 2301
 
151 305 464 628 797 970 1151 1340 1529 1730 1932 2138 2352 2566 2789
 
133 267 404 543 686 832 982 1134 1285 1440 1600 1760 1919 2083 2247
 

           
1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200
 
3780 4049 4317 4586 4859 5132 5405
 
2331 2490 2650 2814 2973 3137 3301
 
2469 2637 2805 2978 3150 3318 3494
 
3011 3238 3469 3700 3939 4175 4414
 
2411 2574 2738 2906 3074 3242 3410
 

2. Определить энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур (кДж/кг или кДж/м3)

=

VRO

2 (

c

)

RO

2

VN

2 (

c

)

N

2

VH

2

O

(

c

)

H

2

O

, (2.19) где

c RO

2 ,

c N

2 ,

c H

2

O

– энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретиче-ского объема азота, теоретического объема водяных паров, принимаются для

каждой выбранной температуры по табл. 2.4, кДж/м3;

VRO

2 ,

VN

2 ,

VH

2

O

– объ-

емы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара, берутся из табл. 2.3, м3/кг или м3/м3.

3. Определит энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур (кДж/кг или кДж/м3)

Iизб

= 1)

, (2.20)

4. Определить энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте из-бытка воздуха 1 (кДж/кг или кДж/м3)

I

=

Iизб

, (2.21) Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котло-

агрегата сводят в таблицу. Форма расчетной таблицы применительно к про-мышленному котлоагрегату приведена в табл. 2.5.

Энтальпия продуктов сгорания I f (

Таблица 2.5. , кДж/кг или кДж/м3

 
 
Поверхность нагрева
 
Температура после по-верхности нагрева, оС
 
I0 , ф-ла
(2.18)
 
I0 , ф-ла
(2.19)
 
в изб ,
ф-ла (2.20)
 
I , ф-ла
(2.21)
 
           
Верх топочной камеры, фестон,
т=
 
2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300
 
       

Данные таблицы 2.5 позволяют в последующих расчетах по температу-ре продуктов сгорания определять их энтальпию

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю= (tизв tм) 100 м; (2.22) или, наоборот, по энтальпии продуктов сгорания – их температуру

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

tx

=

tm

Iизв Iм

100. (2.23)

б м

При этом производится линейная интерполяция в интервале темпера-туры 100 К. В формулах (2.22) и (2.23) , – энтальпии, соответствующие большей и меньшей температурам искомого интервала температур, приве-денным в табл. 2.5; tизв– температура, для которой вычисляется энтальпия, °С; – температура, соответствующая меньшей энтальпии искомого интер-вала, °С; Iизв– энтальпия, по значению которой определяется температура.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

Расчет потерь теплоты

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное ко-личество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагае-мой теплотой и обозначают

. Между теплотой, поступившей в котельный

агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, поки-нувшая 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 сжигаемо-го жидкого топлива или 1 м3газа при нормальных условиях имеет вид

Qp

=

Q

1

Q

2

Q

3

Q

4

Q

5, (3.1)

где

– располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м3;

Q

1– полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/кг или кДж/м3;

Q

2,

Q

3 ,

Q

4,

Q

5 – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания,

от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, кДж/кг или кДж/м3.

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившему-ся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах распола-гаемой теплоты:

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

qi

=

Qi

. (3.2)

р

Потеря теплоты с уходящими газами (q2 ) обусловлена тем, что темпе-ратура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента из-бытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты на-ружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забирае-мого дутьевым вентилятором.

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

q

2 =

Iух ухIх

.

в

100

q

4 , (3.3)

р

где Iух– энтальпия уходящих газов, определяется по табл. 2.5 при соответст-вующих значениях ухи выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг

или кДж/м3;

Iхв

– энтальпия теоретического объема холодного воздуха, оп-ределяется при

= 30°С по формуле (3.4), кДж/кг или кДж/м3;

ух

– коэф-

фициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из табл. 2.1 в сечении га-

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

зохода после последней поверхности нагрева;

q

4 – потеря теплоты от меха-нической неполноты горения, при сжигании газа и мазута

q

4 0 (табл. 3.1).

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 30°С (кДж/кг или кДж/м3)

.

в

= 39,8

V

0. (3.4) Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (

q

3 ) обусловлена

появлением в уходящих газах горючих газов CO, H2 , CH4. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, 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 то-почной камере) (табл. 3.1).

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q4 ) отсутствует при сжигании газа и мазута (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Расчетные характеристики камерных топок при сжигании газа и мазута

 
Топливо
 
 
Удельная нагрузка топоч-ного объема, кВт/м3, для котлов производительно-стью (т/ч)
 
 
Потери от неполноты горе-ния, %
 
 
 
механической
 
 
химической
 
 
25 – 50
 
75 – 400
 
 
Мазут
 
      0,5
 
 
Природный газ
 
      0,5
 
 

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5 ) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от тепло-проводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности парового или теплопроизводительности водогрейного котла.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (в %) определяется по фор-мулам:

для парового котла

п.к п.к. Dном5 5ном D

для водогрейного котла в.к в.к. Nном

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю 5 5ном N

(3.5)

(3.6)

где

q

5

ном

и

q

5

ном

– потери теплоты от наружного охлаждения при номиналь-ной нагрузке парового и водогрейного котла, определяются по табл. 3.2 и 3.3 соответственно;

Dном

– номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D

– рас-

четная нагрузка парового котла, т/ч; Nном– номинальная мощность водо-грейного котла, МВт; N – расчетная мощность водогрейного котла, МВт.

Таблица 3.2. Потеря теплоты от наружного охлаждения парового котла

Номинальная поизводи-тельность котла, кг/с (т/ч)
 
Потеря теплоты, %
 
 
Собственно котел
 
Котел с хвостовыми по-верхностями
 
0,55 (2) 1,11 (4) 1,67 (6) 2,22 (8) 2,78 (10) 4,16 (15) 5,55 (20) 8,33 (30)
11,11 (40) 16,66 (60) 22,22 (80) 27,77 (100) 55,55 (200) 83,33 (300)
 
3,4 3,1 1,6 1,2 ———-
 
3,8 2,9 2,4 2,0 1,7 1,5 1,3 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
 

Таблица 3.3. Потеря теплоты от наружного охлаждения водогрейного котла

(ориентировочно)

Номинальная мощность кот-ла, МВт
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потеря, %
 
      1,7
 
1,5
 
1,2
 
1,0
 
0,9
 
0,7
 
0,5
 

§

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходу-ется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходу-ется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымососа, вентилятора, питате-лей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т.д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.

КПД брутто котельного агрегата (%) можно определить по уравнению прямого баланса:

для парового котла

Qпкбр р

р пк

100; (3.7)

для водогрейного котла

.кбр р

р в.к

100, (3.8)

где

Qпк

– полезная мощность парового котла, кВт;

Qвк

– полезная мощность водогрейного котла, кВт;

Bпк

и

Bвк

– расход топлива паровым и водогрей-ным котлом, кг/с или м3/с;

– располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м3.

КПД парового или водогрейного котла, работающего на жидком или

газообразном топливе, по уравнению обратного баланса (%)

бр=100 q2 q3 q5 . (3.9)

При тепловом расчете парового или водогрейного котла тепловой ба-ланс составляет для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет рекомендуется производить в следующей последовательности: 1. Определить располагаемую теплоту:

для жидкого топлива (кДж/кг)

= iтл ; (3.10) для газообразного топлива (кДж/м3)

=

, (3.11)

где

– низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг, принимается по табл. П.1;

– низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м3, принима-ется по табл. П.2;

iтл

– физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг;

– теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг.

Физическая теплота топлива учитывается только при его предвари-тельном подогреве от постороннего источника теплота (паровой подогрев мазута (кДж/кг) по формуле:

iтл= стлtтл, (3.12) где tтл– температура топлива, °С (для мазута в зависимости от его вязкости 90-130°С); cтл– удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг·К).

Удельная теплоемкость мазута

cтл

=1,74 0,0025

tтл

. (3.13) Теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распылива-

нии жидкого топлива (кДж/кг),

= 0,35 2520 , (3.14)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю где – энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определя-ется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

2. Определить потерю теплоты с уходящими газами по формуле (3.3). Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями

нагрева температуру уходящих газов рекомендуется принимать не менее следующих значений (°С):

Природный газ……………………………………………… 120-130 Мазут………………………………………………………… 150-160

3. Определить потерю теплоты от химической неполноты сгорания (табл. 3.1).

4. Определить потерю теплоты от наружного охлаждения по формулам (3.5), (3.6).

5. Вычислить полезную мощность парового или водогрейного котла (кВт) по формулам:

Qпг Dпе

(

iп

.

п iп

.

в

.)

.

п

(

.

п iп

.

в

.) 0,01

P

(

Dпе

.

п

)(

iкип iп

.

в

.);

.к=(.в. .в.), (3.16) где Dпе– расход выработанного перегретого пара, кг/с; .п– расход выра-ботанного насыщенного пара, кг/с; iп.п, iп.в, .п, iкип– энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг; P – непрерыв-ная продувка парового котла, %, учитывается только при 2%; – рас-ход воды через водогрейный котел, кг/с; .в , .в– энтальпия холодной и го-рячей воды (на входе и выходе водогрейного котла), кДж/кг.

6. Вычислить КПД брутто парового или водогрейного котла (%) из

уравнения обратного теплового баланса (3.9).

7. Подсчитать расход топлива (кг/с или м3/с), подаваемого в топку па-рового или водогрейного котла, из уравнения прямого теплового баланса:

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Bпг

=

Qпг

100; (3.17)

р бр

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Bвк

. =

Qвк

. 100. (3.18)

р бр

8. Определить расчетный расход топлива (кг/с или м3/с) для газа и ма-зута

Bр Bпгили = Bвк. (3.19)

Расчетный расход топлива вносится во все последующие формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количест-во теплоты.

9. Для последующих расчетов определить коэффициент сохранения те-плоты

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

=1

q

5 . (3.20)

бр

5

Расчет топочных камер

§

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств. Конструктивный рас-чет производится только при разработке новых агрегатов конструкторскими бюро заводов-изготовителей или при реконструкции топочных камер суще-ствующих котлоагрегатов.

При поверочном расчете топки по чертежам необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конст-руктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).

Для определения геометрических характеристик топки составляется ее эскиз. Активный объем топочной камеры складывается из объема верхней, средней (призматической) и нижней частей топки. Для определения активно-го объема топки ее следует разбить на ряд элементарных геометрических фи-гур в соответствии со схемами, показанными на рис. 4.1.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Рис. 4.1. Определение активного объема характерных частей топки

Верхняя часть объема топки ограничивается потолочным перекрытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвек-тивной поверхности нагрева. При определении объема верхней части топки за его границы принимают потолочное перекрытие и плоскость, проходящую через оси первого ряда труб фестона или конвективной поверхности нагрева в выходном окне топки. В топках с ширмовыми поверхностями нагрева объ-ем ширм, расположенных в верхней части топки по всему поперечному сече-нию входного окна (рис. 4.2, поз. 1 и 2), а также занимающих часть попереч-

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю ного сечения топки в районе выходного окна (поз. 3), в объем топки не вклю-чается. При ином расположении ширм (поз. 4, 5, 6) межширмовые объемы рассчитываются совместно с объемом топочной камеры. При определении удельной нагрузки топочного объема объем, занимаемый ширмами, распо-ложенными в верхней части топки и в районе выходного окна, включается в ее объем в том случае, если шаг ширм S1 700 мм. Границами средней (призматической) части объема топки являются осевые плоскости экранных труб или стен топочной камеры.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной во-ронкой. За границы нижней части объема камерных топок принимается под или условная горизонтальная плоскость, проходящая посредине высоты хо-лодной воронки.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Рис. 4.2. Определение активного объ-ема топки с ширмовыми поверхно-стями нагрева

Полная площадь поверхности стен топки (Fст) вычисляется по раз-мерам поверхностей, ограничиваю-щих объем топочной камеры, как по-казано штриховкой на рис. 4.1. Для этого все поверхности, ограничиваю-

щие объем топки, разбиваются на элементарные геометрические фигуры. Площадь поверхности стен двухсветных экранов и ширм определяется

как удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этих эк-ранов и освещенной длины труб.

При наличии ширм, включаемых в объем топки, общая площадь по-верхности стен определяется как сумма площадей поверхности стен свобод-ного объема (Fсвб), площадей поверхности ширм () и стен, прилегающих к ширмам (Fпр), с учетом неполного их освещения (подробно см. п. 6-02 «Нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов»).

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экра-

нов (м2)

åFплx, (4.1)

где x– угловой коэффициент экрана, определяемый по рис. 4.3; Fпл– пло-щадь стены, занятая экраном, определяется формулой

Fпл= bl , (4.2) где b – расстояние между осями крайних труб данного экрана, м; l – осве-

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю щенная длина экранных труб, м; определяется в со-ответствии со схемами, по-казанными на рис. 4.1.

Для ошипованных и плавниковых экранов, а также для экранов, закры-тых чугунными плитами, угловой коэффициент при-нимается равным 1, как и для поверхности, проходя-щей через первый ряд труб котельного пучка, фестона и ширм, расположенных в выходном окне топки.

Степень экранирова-ния топки

= / Fст, (4.3)

Рис. 4.3. Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана: 1 – при расстоянии от стенки l 1,4d ; 2 – при l = 0 8d ; 3 – при l = 0 5d ; 4 – при l 0; 5 – без учета излуче-

где – площадь луче-воспринимающей поверх-ности нагрева, м2, Fст – полная площадь поверхно-сти стен топки, м2.

ния обмуровки при l 0 5d .

§

Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основыва-ется на приложении теории подобия к топочным процессам. На базе этой теории в ЦКТИ имени И.И. Ползунова и ВТИ имени Ф.Э. Дзержинского раз-работан нормативный метод теплового расчета котельных агрегатов. В нор-мативном методе для расчета теплообмена в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется формула, связывающая безразмерную температуру продуктов сгорания на выходе из топки ( т) с критерием Больцмана (Bo),

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

степенью черноты топки (

) и параметром (

M

), учитывающим характер распределения температур по высоте топки:

0,6

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

т

=

Тт

=

Ма

0,6

Во

0,6 . (4.4)

Безразмерная температура продуктов сгорания на выходе из топки ( т) представляет собой отношение действительной абсолютной температуры на выходе из топки () к абсолютной теоретической температуре продуктов сгорания (). Под теоретической температурой продуктов сгорания (адиа-батной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экран-ными поверхностями нагрева.

Критерий Больцмана представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение между конвективным переносом теплоты и излучением абсолютно черного тела при температуре рассматриваемого эле-ментарного объема.

Критерий Больцмана вычисляется по формуле

ВрVccр 103

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

5,67 10 8

срFстТа

(4.5)

где – коэффициент сохранения теплоты; – расчетный расход топлива, кг/с; Fст– площадь поверхности стен топки, м2; ср– среднее значение ко-эффициента тепловой эффективности экранов; Vcср– средняя суммарная те-

плоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур а т , кДж/(кг К); 5,67 10-8 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2 К4); – абсолютная теоретическая температура продуктов сго-

рания, К.

Степенью черноты топки (ат) называют отношение излучательной способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты топки зависит от излучательной способности пламени факела, конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.

Пламя факела представляет собой полупрозрачную излучающую, рас-сеивающую и поглощающую среду. Передача теплоты лучеиспусканием в такой среде связана с процессами испускания, рассеяния и поглощения энер-гии трехатомными газами и твердыми частицами. В зависимости от концен-трации, размеров и оптических констант твердых частиц, содержащихся в факеле, его излучательная способность может меняться весьма значительно.

Ослабление интенсивности излучения пламени происходит вследствие поглощения и рассеяния. Если луч проходит сквозь слой поглощающей сре-ды, происходит непрерывное уменьшение его интенсивности в направлении излучения.

Коэффициент пропорциональности (k ), определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Он определяет интенсивность ослабления лучей в поглощающей среде и, следовательно, характеризует полную поглощательную способность среды, определяемую как поглощени-ем, так и рассеянием.

В топочной камере основными газами, способными поглощать тепло-вые лучи, являются трехатомные газы, состоящие из RO2 и водяных паров Н2О. Поглощательная способность RO2 при постоянном давлении и темпе-ратуре однозначно определяется произведением его парциального давления ( pCO2 ) и толщины слоя (s). Поглощательная способность водяного пара при заданной температуре зависит от двух величин: 1) от произведения парци-ального давления водяного пара и толщины слоя ( pH2Os) и 2) от толщины слоя (s) либо от парциального давления ( pH2O).

Поглощающие объемы в топочных камерах котельных агрегатов имеют различную конфигурацию, следовательно, длина пути луча (l ) может быть весьма различной в зависимости от его направления. В то же время длина всех лучей, падающих с поверхности полусферы на центр основания, одина-кова и равна радиусу полусферы.

Для облегчения расчетов используют не действительную длину лучей в разных направлениях, а эффективную длину луча, или толщину излучающего слоя. Под эффективной длиной луча, или толщиной излучающего слоя, по-нимают толщину слоя, равную радиусу полусферы, которая при прочих рав-ных условиях излучает на центр основания такое же количество энергии, ка-кое излучает оболочка иной формы на заданный на ней элемент поверхно-сти. Расчеты показывают, что все встречающиеся в промышленной практике объемы могут быть приближенно заменены соответствующими полусфери-ческими объемами.

При наличии в продуктах сгорания твердых взвешенных частиц их по-глощательная способность существенно изменяется. Твердые частицы, нахо-дящиеся в пламени, можно разделить на три группы: частицы золы, топлива и углерода. В светящихся пламенах частицы углерода представляют собой сажу, а в пылеугольных – кокс.

Коэффициент ослабления лучей – это основная характеристика любой мутной среды, определяющая ее излучательную, рассеивающую и поглоща-тельную способности. Поэтому применительно к топкам котельных агрега-тов задача сводится к определению коэффициента ослабления лучей в зави-симости от характера пламени.

При расчете несветящихся пламен необходимо определить коэффици-ент ослабления лучей только трехатомными газами, полусветящихся пламен – дополнительно коэффициенты ослабления лучей частицами золы и кокса, а светящихся – частицами сажи.

Параметр M , входящий в уравнение (4.4), учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максиму-ма температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Он зависит от

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на сте-нах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры. Под относительным расположением го-релок понимают отношение высоты расположения осей горелок (отсчиты-ваемой от пода топки или от середины холодной воронки) к общей высоте топки.

Поверочный расчет однокамерных и полуоткрытых топок производит-ся в такой последовательности.

1. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на вы-ходе из топочной камеры.

Для промышленных паровых и водогрейных котлов рекомендуется предварительно принимать температуру продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа 1050-1100°С, мазута 1000-1050°С.

2. Для принятой в п.1. температуры определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2.5.

3. Подсчитывается полезное тепловыделение в топке (кДж/кг или кДж/м3)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

=

10000

q

3

, (4.6) где

– теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/кг или кДж/м3.

Теплота воздуха () складывается из теплоты горячего воздуха и хо-

лодного, присосанного в топку:

= (

т т

)

.

в

.

тIх

.

в

. (4.7)

Коэффициент избытка воздуха в топке ( т) принимается по табл. 2.3. Приcосы воздуха в топку принимаются по табл.2.1. Энтальпия теоретически

необходимого горячего воздуха (

.

в

) определяется по табл. 2.5, а присосан-ного холодного воздуха при

= 30°С – по формуле (3.4).

Для промышленных и водогрейных котлов, не имеющих воздухопо-догревателя, формула (4.7) принимает следующий вид:

=

тIх

.

в

.. (4.8) 4. Определяется коэффициент тепловой эффективности экранов

= x . (4.9)

Угловым коэффициентом (x) называется отношение количества энер-гии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей по-лусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной по-верхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение x опре-деляется из рис. 4.3.

Коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экранных по-

верхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по табл. 4.1. Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффи-

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю циентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпи-чом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффектив-ности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепло-вой эффективности ( ) принимается равным нулю. При определении сред-

него коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяет-ся на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и ко-эффициент загрязнения неизменны.

Таблица 4.1 Коэффициент загрязнения топочных экранов

Экраны
 
Топливо
 
Значение
 
Открытые гладкотрубные и плавниковые настенные
 
Газообразное
 
0,65
 
Мазут
 
0,55
 
Ошипованные, покрытые огнеупорной массой в топ-ках с твердым шлакоуда-лением
 
 
 
Любое
 
 
 
0,20
 
Закрытые огнеупорным кирпичом
 
 
Любое
 
 
0,10
 

5. Определяется эффективная толщина излучающего слоя (м)

s = 3,6/ Fст, (4.10) где – объем топочной камеры, м3; Fст– поверхность стен топочной каме-ры, м2.

6. Определяется коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидко-го и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей (м МПа)-1 зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами () и сажистыми частицами ():

k kгrп kc, (4.11) где rп– суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 2.3.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами () определя-ется по номограмме (рис. 4.4) или по формуле (м МПа)-1:

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

= 7,8 16

rНsО

11 0,371000, (4.12)

где pп rпp – парциальное давление трехатомных газов, МПа; p – давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается p = 01 МПа); rH2O– объемная доля водяных паров, берется из табл. 2.3; – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Рис. 4.4. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м МПа)-1,

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

kc

= 0,3(2

т

)1,61000

р

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю 0,5 Нр, (4.13)

где

C р

,

H р

– содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого то-плива.

При сжигании природного газа

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателюКоэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

= 0,12å

mСmHn

, (4.14)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю где CmHn– процентное содержание входящих в состав природного газа уг-леводородных соединений.

7. Подсчитывается степень черноты факела () или определя-

Рис. 4.5. Степень черноты продуктов сгорания a в зависимости от суммар-

kps

асв=1 е (kгrп )ps;;

ется по номограмме (рис. 4.5).

Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела

= maсв (1 m), (4.15)

где m – коэффициент, характери-зующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 4.2; aсв, – степень черноты светя-щейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топ-ки соответственно только светя-щимся пламенем или только несве-

тящимися трехатомными газами. Значения aсви определя-

ются по формулам

(4.16)

аг=1 е kгrпps; , (4.17) здесь и – коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и са-жистыми частицами.

8. Определяется степень черноты топки. Для камерных топок при сжи-гании жидкого топлива и газа

ат= аф (1афаф)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю . (4.18) ср

9. Определяется параметр M в зависимости от относительного поло-жения максимума температура пламени по высоте топки ():

при сжигании газа и мазута

M = 0,54 0,2. (4.19)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

Таблица 4.2 Доля топочного объема, заполненная светящейся частью факела

Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объ-ема
 
Коэффициент m
 
Газ при сжигании светящимся факелом с qv 400 кВт/м3
 
0,10
 
То же при qv 1000 кВт/м3
 
0,60
 
Мазут при qv 400 кВт/м3
 
0,55
 
То же при qv 1000 кВт/м3
 
1.00
 
Примечание. При удельных нагрузках топочного объема больше 400 и мень-ше 1000 кВт/м3 коэффициент m определяется линейной интерполяцией
 

Максимальное значение M , рассчитанное по формуле (4.19) для ка-мерных топок принимается не более 0,5.

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки

= / Нт, (4.20) где подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холод-ной воронки до оси горелок, а – как расстояние от пода топки или сере-дины холодной воронки до середины выходного окна топки.

10. Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м3 газа при нормальных усло-виях [кДж/(кг К) или кДж(м3 К)]:

Vcср= Qта

Тт

, (4.21)

где – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2.5. по значению, равному энтальпии продуктов сгорания ; – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предваритель-ной оценке, К; – энтальпия продуктов сгорания берется из табл. 2.5 при принятой на выходе из топки температуре; – полезное тепловыделение в топке (п. 3).

11. Определяется действительная температура на выходе из топки (°С) по номограмме (рис. 4.6) или формуле

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

=

Та

273.

5,67

срFстатТа

 (4.22)

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю

 1011

ВрVсср

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с темпера-турой, принятой ранее в п.1. Если расхождение между полученной темпера-турой ( т) и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100°С, то рас-чет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточнен-ным, значением температуры на выходе из топки и весь расчет повторяется.

Коэффициент избытка воздуха :: Статьи :: Профтемы студенту и преподавателю Рис. 4.6. Расчет теплопередачи в однокамерных и полуоткрытых топках

12. Определяется удельная нагрузка топочного объема (кВт/м3) по формуле:

qV= BpQн/. (4.23)

Приложения

Таблица П.1. Расчетные характеристики некоторых жидких топлив

 
 
Топливо
 
 
 
Марка топлива
 
Состав рабочей массы топлива, %
 
Низшая теп-лота сгора-ния ,
кДж/кг
 
 
 
W р
 
 
 

 
 
Sор к
 
 
 
C р
 
 
 
H р
 
 
 
N р
 
 
 

 
 
 
Мазут
 
Малосернистый
 
3,0
 
0,05
 
0,3
 
84,65
 
11,7
 

 
0,3
 
 
Сернистый
 
3,0
 
0,10
 
1,4
 
83,80
 
11,2
 

 
0,5
 
 
Высокосернистый
 
3,0
 
0,10
 
2,8
 
83,00
 
10,4
 

 
0,7
 
 

Таблица П.2 Расчетные характеристики природных газов

 
Газопровод
 
 
Состав газа по объему, %
 
Низшая те-плота сго-рания су-хого газа, кДж/м3
 
Плотность газа при нормаль-ных усло-виях, кг/м3
 
 
 
CH4
 
 
 
C2H6
 
 
 
C3H8
 
 
 
C4H10
 
C5H12 и более
тяжелые
 
 
 
N2
 
 
 
CO2
 
Саратов–Москва Саратов–Горький Ставрополь–Москва
1-я нитка 2-я нитка 3-я нитка
Серпухов–Ленинград
 
84,5 91,9
 
93,8 92,8 91,2 89,7
 
3,8 2,1
 
2,0 2,8 3,9 5,2
 
1,9 1,3
 
0,8 0,9 1,2 1,7
 
0,9 0,4
 
0,3 0,4 0,5 0,5
 
0,3 0,1
 
0.1 0,1 0,1 0,1
 
7,8 3,0
 
2,6 2,5 2,6 2,7
 
0,8 1,2
 
0,4 0,5 0,5 0,1
 
35800 36130
 
36090 36550 35340 37430
 
0,837 0,786
 
0,764 0,772 0,786 0,799
 

Гоголево–Полтава Дашава–Киев Рудки–Минск–Вильнюс
Угерско–Львов, Угерско–Гнездичи– Киев
Брянск–Москва Шебелинка–Днепропетровск Шебелинка–Брянск–Москва Кумертау–Ишимбай–Магнитогорск Промысловка–Астрахань Газли–Коган
Джаркак–Ташкент Газли–Коган–Ташкент Ставрополь–Невинномысск–Грозный Саушино–Лог–Волгоград Коробки–Лог–Волгоград Карадаг–Тбилиси–Ереван Бухара–Урал
Урицк–Сторожовка Линево–Кологривовка–Вольск Средняя Азия–Центр Уренгой–Помары–Ужгород
 
85,8 98,9 95,6
 
98,5
 
92,8 92,8 94,1 81,7 97,1 95,4 95,5 94,0 98,2 96,1 93,2 93,9 94,9 91,9 93,2 93,8 98,4
 
0,2 0,3 0,7
 
0,2
 
3,9 3,9 3,1 5,3 0,3 2,6 2,7 2,8 0,4 0,7 1,9 3,1 3,2 2,4 2,6 3,6 0,1
 
0,1 0,1 0,4
 
0,1
 
1,1 1,0 0,6 2,9 0,1 0,3 0,4 0,4 0,1 0,1 0,8 1,1 0,4 1,1 1,2 0,7 –
 
0,1 0,1 0,2
 

 
0,4 0,4 0,2 0,9 0 0,2 0,2 0.3 0,1 0,1 0,3 0,3 0,1 0,8 0,7 0,2

 

0 0
0,2
 

 
0,1 0,3 0,8 0,3 0 0,2 0,1 0,1 0
0 0,1 0,1 0,1 0,1
– 0,4

 

13,7 0,4 2,8
 
1,0
 
1,6 1,5 1,2 8,8 2,4 1,1 1,0 2,0 1,0 2,8 3,0 1.3 0,9 3,2 2,0 0,7 1,2
 
0,1 0,2 0,1
 
0,2
 
0,1 0,1 – 0,1 0,1 0,2 0.1 0,4 0,2 0,2 0,7 0,2 0,4 0,5 0,3 0,6 0,3
 
30980 35880 35500
 

 
37300 37300 37870 36800 35040 36590 36680 36260 35630 35130 35840 37090 36720 36470 37010 37550 41750
 

0,789 0,712 0,740
 
0,722
 
0,776 0,781 0,776 0,858 0,733 0,750 0,748 0,751 0,728 0,741 0,766 0,766 0,758 0,789 0,782 0,776 0,838
 

Список литературы

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проек-тирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1989.

2. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.

3. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1985.

4. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. Каталог справочник. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972.

5. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С Котельные установки (учебник для вузов). – М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.

6. Браунс Э.Г. Проектирование промышленной котельной установки. 7. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. – М.:

Энергия, 1966.

8. Гинзбург-Шик Л.Д. Современные котлоагрегаты.

9. Корнеичев А.И. Конспект лекций по курсу «Энергетические уста-новки».

10.Зарудный Л.Б. Расчет и конструирование парогенераторов энерго-технологических схем химической промышленности.

11.Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парогенераторов. 12.Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под

ред. Кузнецова.

13.Клюев А.Н., Малая Э.М. Теплоснабжение от тепловых сетей ТЭЦ и районных котельных.

14.Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных пред-приятий.

15.Потрошков В.А. Теплотехника. Сборник задач по курсу «Тепловые установки».

16.Тихонов В.Н., Добровинский Р.Ю. Тепловой расчет котельных агре-гатов ДКВР (методические указания по курсовому проектированию для студентов заочного факультета). Свердловск., 1972.

17.Шестаков Б.И. Методические указания по тепловому расчету ко-тельных агрегатов.

18.Панькевич В.В. Тепловой расчет топочных камер и радиационных поверхностей нагрева парогенераторов.

19.Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1977.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………………….2 1. Назначение, технические данные и устройство котловОшибка! Закладка не определена.

1.1. Котлы ДЕ………………………………………..Ошибка! Закладка не определена. 1.2. Котлы ДКВР……………………………………Ошибка! Закладка не определена. 2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания……………………..3 2.1. Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам ………………..3 2.2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания ……………………………………..5 2.3. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания…………………………………..7 3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива………………………………………..10 3.1. Расчет потерь теплоты………………………………………………………………………..10 3.2. Расчет КПД и расхода топлива……………………………………………………………12 Приложения……………………………………………………………………………………………..27 Список литературы …………………………………………………………………………………..29

Про анемометры:  Датчик фаз "Калина". Замена датчика фаз
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector