Расчет системы теплоснабжения

Топливо: антрацит.

W_р=0,5 %;  A^р =0,15 %;   S_к^р =0,5% S_ор^р =1,5 %;

С^р =95%;  Н^р = 1,1%;  N^р =0,75%;  О^р = 0,5 %.

=21 МДж/кг;    =165 %; =0,10;  =1,6;    =0,019 ; =330

Теоретический объем воздуха, необходимый для  полного сгорания 1 кг топлива:

     V =0,089*(С +0,376*(S +S ))+0,265*H -0,033*О =

     =0,089(95+0,376*2)+0,265*1,1-0,033*0,5=8,8 м /кг.

Объем трехатомных газов:

     V

=0,0186*(С +0,375*( S + S ))=0,0186*(95+0,375*2)=1,78 м /кг.

Объем азота:

     V =0,79* V +0,008*N =0,79*8,8+0,008*0,75=6,958 м /кг.

Объем водяных паров:

V =0,111*Н +0,0124*W +0,0161* V =0,111*1,1+0,0124*0,5+0,0161*8,8=0,27 м /кг

Теоретически  полный объем продуктов сгорания:

      Коэффициент избытка  воздуха на выходе из топочной камеры задан: α_т=1,6. Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера Δα_э=0,10.

      Далее расчет производится для двух вариантов: с- сустановкой экономайзера, б-без установки экономайзера. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

= + =1,6+0,1=1,7;  = =1,6

     Действительный  объем водяных паров:

_{=0,27+0,0161*(1,7-1)*8,8=0,37 м³/кг}

_{0,27+0,0161*(1,6-1)*8,8=0,355 м³/кг}

      Действительный  объем продуктов сгорания:

1,78+6,958+0,27+(1,7-1)*8,8=15,168м³/кг

1,78+6,958+0,27+(1,6-1)*8,8=14,288м³/кг

7 Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

С установкой экономайзера.

      Температура уходящих газов t_ух2 = 165 °C  (табл. 2).

=292,1 кДж/м³;     =214,5 кДж/м³ ;

=251,3кДж/м³;     =219,9 кДж/м³,

Энтальпия действительных объемов продуктов  сгорания при температуре t_ух2

Без установки  экономайзера.

      Температура уходящих газов t_ух1 = 330 °C  (табл. 2).

=615,1 кДж/м³;     = 431,1 кДж/м³;

=509,1 кДж/м³;     = 443,2 кДж/м³,

Энтальпия действительных объемов продуктов  сгорания при температуре t_ух1

8 Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой  баланс составляется для определения  КПД котлоагрегата и расхода  топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

      Уравнение теплового баланса:

Q_р^р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, кДж/кг.

Примем  Q_p^p=Q_н^р, кДж/кг. Приняв располагаемое тепло за 100%, можно записать в виде:

100%-q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆-q₁+∑q_пот

      Если  известны потери тепла в котлоагрегате, его коэффициент полезного действия брутто определяется из выражения:

h =q =100-∑q_пот, %.

Потери  тепла с уходящими газами определяются по формуле:

Q₂=(I_г-a_ухI_хв^о)(100-q₄)/100, кДж/кг.

q₂=Q₂/Q_p^p

I_хв^о энтальпия теоретического объема воздуха, подаваемого в топку.

С_хв=1,3 кДж/м³ - удельная ёмкость 1 м³воздуха в интервале температур 0 – 100

      В связи с тем, что объёмы продуктов  сгорания рассчитываются предположении  полного сгораниия топлива, в  уравнение введена поправка на величину q₄ – механической неполноты сгорания.

q₃=0,5; q₄=10,0

Для антрацита Q_н^р=21 МДж/кг.

t_хво=30 .

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива:

I_хво^o=V_в^оt_хвоС_хв=8,8*30*1,3=343,2 кДж/кг

Составление теплового баланса:

С экономайзером

      Потери  теплоты с уходящими газами

q₅^c=1,3 %

      Из  расчета тепловой схемы имеем:

                                                       

      Расход  топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью  сгоревшего в топке топлива:

Без экономайзера

      Потери  теплоты с уходящими газами

 q₅^б=0,5%

Расход  топлива, подаваемого в топку  в данном варианте, изменится только за счет изменения, поэтому

Расчетный расход топлива

 
 
 
 

9 Определение годового расхода топлива

Годовой расход пара, вырабатываемого одним  котельным агрегатом (D_ка =5,56 кг/с):

Приращение  энтальпии рабочего тела в котлоагрегате

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10 Тепловой  и конструкционный расчет водного экономайзера

          Водяной экономайзер  представляет собой поверхностный  теплообменник и служит для подогрева  питательной воды перед подачей  ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижаются  потери теплоты с уходящими газами, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе. Присосы воздуха  в газоходе не только снижают , но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (привод дымососа).

          Исходными данными  для расчета водяного экономайзера являются:

1. Температура воды перед экономайзером t_пв1, °C.
2. Температура газов перед экономайзером t_ух1, °C.
3. Температура газов после экономайзера t_ух2, °C.

    Расчетом  определяется: 

1. Температура воды на выходе экономайзера t_пв2, °C.
2. Поверхность нагрева экономайзера H_э, м².

    Тепловосприятие экономайзера определяется из уравнения  теплового баланса:

             

    где φ – коэффициент сохранения тепла.

    

          Затем  определяется энтальпия воды, выходящей из экономайзера, по формуле:

           

          Температура воды после  экономайзера определяется по соответствующей  энтальпии воды i_пв2.

          Если энтальпия  воды после водяного экономайзера меньше энтальпии воды при температуре  кипения, то водяной экономайзер  получается некипящим. 

    Если  энтальпия воды после экономайзера больше энтальпии воды при температуре кипения, то водяной экономайзер получается кипящим. В этом случае применяются стальные змеевиковые экономайзеры.

    После этого производится определение  поверхности нагрева водяного экономайзера по формуле:

                 

    где К_э – коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/м²∙К;

          Δt_э – температурный напор, °С.

          В чугунных ребристых  экономайзерах скорость продуктов  сгорания обычно составляет 6-8 м/с. Значение коэффициентов теплопередачи при этих скоростях составляет 0,0155 – 0,0215 кВт/м²∙К.

          Температурный напор  в экономайзере определяется из выражения: 
°С,          

    где Δt_б – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где  она наибольшая, °С; Δt_н – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где  она наименьшая, °С.

          При любых  значениях  температуры наибольший возможный  температурный напор Δt_э достигается при использовании противоточной схемы и наименьший при прямотоке (при прочих равных условиях), в связи с чем рекомендуется применение  противоточной схемы.

          Если  степень  паросодержания  х >0, но не более 30 %, то температурный напор  для  экономайзеров рассчитывается по  формуле (35), но вместо температуры воды на выходе из экономайзера в эту  формулу подставляется условная температура воды.

     °С,          

    где  - количество тепла, затраченное в водяном экономайзере на парообразование, кДж/кг.

          Паросодержание воды на выходе из экономайзера определяют по формуле:

               

          После определения  H_э подбирают тип экономайзера или рассчитывают.

    Конструктивные  характеристики экономайзера и его  расчет.

    В парогенераторах малой и средней  мощности применяют экономайзеры двух типов: чугунные ребристые и стальные гладкотрубные.

    Чугунные  ребристые экономайзеры собирают из стандартных ребристых труб длинной 1,5; 2,5; 3 м. При выборе длины и количества труб в горизонтальном ряду учитывают  компоновку экономайзера в газоходе, а также скорость движения газов, которая должна находиться в пределах от  6 до 12  м/с. Общее количество труб определяется отношением расчетной поверхности нагрева экономайзера H_э к площади поверхности нагрева одной трубы с газовой стороны.