Расчет теплового баланса парового котла (стр. 2 из 8)

Парозапорные устройства (вентили, задвижки), предназначенные для отключения котла от потребителя воды или пара. В зависимости от параметров протекающей среды и размеров вентили могут соединяться с трубопроводами на фланцах, резьбе или с помощью сварки. Вентили имеют плоский или игольчатый клапан. Вентили с плоским клапаном используют в качестве запорных устройств, а игольчатым клапаном – для дросселирования.

В гарнитуру котельного агрегата входят дверца, лазы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы или поворотные заслонки.

Для наблюдения за процессом горения топлива и конвективных газоходов в обмуровке котлоагрегата выполняют гляделки. Взрывные клапаны предохраняют обмуровку от разрушения при случайных хлопках в газоходах котла. С помощью чугунных дымовых шиберов или поворотных заслонок регулируют тягу и перекрывают боров.

2 Расчет процесса горения

Расчет процесса горения выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

Из таблицы характеристик топлив [источн.1] выбираем расчетные характеристики природного газа газопровода Кумертау-Ишимбай-Магнитогорск, %: СН₄=85,9; С₂Н₆=6,1; С₃Н₈=1,5; С₄Н₁₀=0,8; С₅Н₁₂=0,6; N₂=5,0; СО₂=0,1; Q^р_н= 38380,4 МДж/м³.

Определяем теоретический объем воздуха V⁰, м³/м³, необходимого для полного сгорания при сжигании газа

V⁰=0,0476 [0,5 СО+0,5Н₂+1,5Н₂S+∑(m+n/4)С_mН_n-О₂], (1)

где m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

V⁰=0,0476[(1+4/4)85,9+(2+6/4)6,1+(3+8/4)1,5+(4+10/4)0,8+(5+12/4)0,6]=10,03.

Определяем теоретический объем азота V⁰_N₂, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

V⁰_N₂=0,79 V⁰+N^р/ 100. (2)

V⁰_N₂=0,79 * 10,03+5,0 / 100=7,97.

Определяем объём трехатомных газов V_RO₂, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

V_RO₂=0,01(СО₂+СО+Н₂S+∑ m С_mН_n). (3)

V_RO₂=0,01(0,1+(1*85,9+2*6,1+3*1,5+4*0,8+5*0,6)=1,09.

Определяем теоретический объём водяных паров V⁰_H₂_O, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

V⁰_H₂_O=0,01(Н₂S+Н₂+∑ n/2 С_mН_n+0,124d_г.тл)+0,0161 V⁰. (4)

V⁰_H₂_O=0,01(4/2*85,9+6/2*6,1+8/2*1,5+10/2*0,8+12/2*0,6+0,124*10)+0,0161*10,03=2,2.

Определяем средний коэффициент избытка воздухаa_ср, для каждой поверхности нагрев

(5)

где a^′ и a^″ – коэффициент избытка воздуха перед и после газохода;

a^′_T– коэффициент избытка воздуха на входе в топку; принимаем равным 1,05[источник 3].

a″ = a′+ Da, (6)

где Da – присос воздуха в поверхность нагрева.

Определяем избыточное количество воздуха V^в_изб, м³/м³, для каждого газохода

V^в_изб= V⁰(a_ср –1). (7)

Определяем действительный объём водяных паров V_H₂_O, м³/м³, для газа

V_H₂_O=V⁰_H₂_O + 0,0161 (a_ср–1) V⁰. (8)

Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания V_г, м³/м³, для газа

V_г= V_RO₂+ V⁰_N₂+V^в_изб + V_H₂_O. (9)

Определяем объемные доли трехатомных газов r_RO₂ и водяных паров r_H₂_O, а также суммарную объемную долю r_п

r_RO₂= V_RO₂/ V_г. (10)

r_H₂_O= V_H₂_O / V_г. (11)

r_п = r_RO₂+r_H₂_O. (12)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1

– объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов.

Обозначение и расчетные формулы
Обозначение и расчетные формулы
	10,5315	11,033	11,534	11,785	12,036	12,537	13,039	13,540	14,042
	1,09
	8,4715	8,973	9,4745	9,7252	9,976	10,477	10,979	11,480	11,982
	2,200805	2,2016	2,2024	2,2028	2,2032	2,2040	2,2048	2,2056	2,2064
	11,76231	12,264	12,766	13,018	13,269	13,771	14,273	14,776	15,278
	0,187107	0,1795	0,1725	0,1692	0,166	0,1600	0,1544	0,1492	0,1444
	0,092669	0,0888	0,0853	0,0837	0,0821	0,0791	0,0763	0,0737	0,0713
	0,279776	0,2683	0,2578	0,2529	0,2481	0,2391	0,2308	0,2230	0,2157

3 Построение Н, Т-диаграммы

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 2200⁰C.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].

Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H⁰_в, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H⁰_в= V⁰*(сJ)_в, (13)

где (сJ)_в – энтальпия 1м³воздуха, кДж/м³[опред. По табл. 3.4 ист. 2].

V⁰– теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м³/м³ [опред. По табл. 3.3 ист. 2].

Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу 2.

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H⁰_г, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H⁰_г = V_RO₂ (сJ)_RO₂ + V⁰_N₂(сJ)_N₂+ V⁰_H₂_O(сJ)_H₂_O, (14)

где (сJ)_RO₂, (сJ)_N₂, (сJ)_H₂_O– энтальпии 1м³ трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м³;

V_RO₂, V⁰_N₂, V⁰_H₂_O – объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м³/м³[ табл. 3.4].

Значение и определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур сведены в таблицу3.

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха H^в_изб, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

H^в_изб=(α–1) H⁰_в. (15)

Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м³, при коэффициенте избытка воздуха α >1

H= H⁰_г+ H^в_изб. (16)

Значение и определение продуктов сгорания для всего диапазона температур сводятся в таблицу 4.

Таблица 2 – теплосодержание воздуха.

t⁰	(сJ)_в		(сJ)_в*
100	132,7	10,03	1334
200	267,1		2678
300	404		4052,1
400	543,5		5446,3
500	686,3		6880,6
600	832,4		8345
700	982,8		9849,5
800	1134		11374
900	1285,2		12889
1000	1440,6		14443
1100	1600,2		16048
1200	1759,8		17653
1300	1919,4		19248
1400	2083,2		20892
1500	2247		22537
1600	2410,8		24182
1700	2574,6		25817
1800	2738,4		27462
1900	2906,4		29147
2000	3074,4		30832
2100	3242,4		32517
2200	3410,4		34202

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.