Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов

Федеральное агентство по образования и науке РФ

Иркутский государственный технический университет

Кафедра теплоэнергетики

Расчетно-графическая работа

по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования" на тему:

"Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов"

Выполнил:

студент гр. ТЭ-06-1

Константинов В.В.

Проверил:

доцент кафедры ТЭ

Картавская В.М.

Иркутск 2009 г.



Введение

Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия котла брутто можно определить, установив сумму тепловых потерь при его работе [4]:

Такой метод определения называют методом обратного баланса. Погрешность определения КПД методом обратного баланса зависит от точности измерения тепловых потерь котлом. Каждая из них определяется со значительной погрешностью [5] , но относительная доля тепловых потерь составляет около десятой части общей теплоты топлива.

Среднестатистические данные по тепловым потерям q3, q4, q5 приведены в нормативном методе тепловых расчетов, потери теплоты топлива q2, q6 определяются расчетом.

Наибольшее значение из тепловых потерь имеет отвод теплоты из котла с уходящими газами q2. Она составляет q2 = 4,5-12,0%. При сжигании малореакционных твердых топлив (каменный уголь) в зависимости от способа сжигания могут оказаться значительными потери теплоты с механическим недожогом топлива (q4=2-5%). Остальные потери в сумме не превышают обычно 1%.

Целью расчетно-графической работы является определение КПД котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича и оценка погрешности его расчетов относительно расчетного.

Задание

Составить тепловой баланс котлоагрегата по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и определить КПД котла.

Исходные данные

Доля золы топлива в уносе: аун=0,95;

Содержание горючих в золе-уносе: сун=3 %.

Таблица 1. Техническая характеристика котлоагрегата

Основные сведения	Характеристика
Марка котлоагрегата	ГОСТ 3619-69	Е-50-3,9
	Заводская	БКЗ-50-3,9
Производительность	т/ч	50
Параметры пара	Давление на выходе Р, МПа	3,9
	Температура t, °С	440
Топливо	Березовскийбурый уголь
Расчетный КПД брутто , %	91,8
Температура уходящих газов, єС	145

Таблица 2. Расчетные характеристики топлива из [3]

Месторождение	Марка	Элементарный состав на рабочую массу топлива, %	Низшая теплота сгорания , МДж/кг,(ккал/кг)	Выход летучих ,%
Березовское	Б2Р	Влажность, WP	Зольность , AP	Сера, SP	Углерод, CP	Водород, HP	Азот, NP	Кислород, OP	15,67 (3740)	48,0
		33,0	5,4	0,26	36,3	4,3	0,6	20,2



1. Расчет объемов воздуха и продуктов горения

Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1кг рабочего топлива при нормальных условиях (0оС и 101,3 кПа) по [6].

Теоретический объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при б=1, определяется по формуле

м3/кг.

Теоретические объемы продуктов горения (при б=1):

объем трехатомных газов

м3/кг;

объем водяных паров

м3/кг;

объем азота

м3/кг;

объем влажных газов

м3/кг;



объем сухих газов

м3/кг.

Действительные объемы воздуха и продуктов сгорания (при бух=1,4):

объем водяных паров

м3/кг;

объем дымовых газов

м3/кг;

объем сухих газов

м3/кг;

м3/кг.

2. Определение обобщенных характеристик топлива

Жаропроизводительность топлива - температура, до которой нагревались бы образующиеся продукты сгорания, если бы сгорание происходило в адиабатических условиях без подогрева воздуха и при стехиометрическом [соответствующем строго реакции горения (б=1)] расходе воздуха по [6].

Жаропроизводительность топлива без учета влаги в воздухе по [4]

єС,

где =4,5563 м3/кг - объем влажных газов.

Жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе по [4]

єС.

Жаропроизводительность топлива с учетом расхода теплоты на расплавление золы и влаги, содержащейся в воздухе по [4]:

єС.

Максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива по[4]

ккал/м3.

Изменение объема сухих продуктов горения в действительных условиях и при теоретических по[4]

.

Соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при б=1 по[4]

.

Отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0єС до tух=145єС к их теплоемкости в температурном интервале 0єС до tмакс=2042,26єС по табл. 14-12 [5] c' = 0,835.

Отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0єС до tух=145єС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0єС до tмакс =2042,26єС по табл. 14-12 [5] k = 0,79.

Содержание трехатомных газов в сухих газах по [4]

.

Максимальное содержание трехатомных газов в сухих газах по[4]

.

3. Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и КПД (брутто) котлоагрегата

Составление теплового баланса котлоагрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой , и суммой полезно использованной теплоты и тепловых потерь . На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных величинах), кДж/кг:

.

Принимая за 100%, находим составляющие баланса (qi) в относительных единицах. Тогда .

КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу

,

где q2=6,22% - потери теплоты с уходящими газами; q3 = 0% - потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q4 = 0,33% - потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q5 = 0,935% - потери теплоты от наружного охлаждения; q6 = 0,00096% - потери с физической теплотой шлаков.

Относительная погрешность определения КПД котлоагрегата (брутто) методом обратного баланса составила:

.

Потери теплоты с уходящими газами по [4]

,

где tух=145єС - температура уходящих газов; tхв=30єС - температура холодного воздуха; t'макс =2015,86єС - жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе; c'=0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0єС до tух=145єС к их теплоемкости в температурном интервале 0єС до tмакс =2042,26єС по табл. 14-12 [5]; h - изменение объема сухих продуктов горения в реальных условиях и при теоритических;- соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при б=1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0єС до tух=145єС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0єС до tмакс =2042,26єС по табл. 14-12 [5].

Потери теплоты в котлоагрегате по [4] с химическим недожогом отсутствуют q3=0%.

Потери теплоты по [4] в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива

%,

где Qун - теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3/кг продуктов горения, ккал/м3; P - максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива, ккал/м3.

Теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3 продуктов горения [4]:

ккал/м3,

где aун=0,95 - доля золы топлива в уносе; сун=3% - содержание горючих в золе-уносе.

Потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата принимаются по рис. 4-9 из [2] при номинальной нагрузке (50т/ч) и составляют .

Потери с физической теплотой шлаков рассчитываются по формуле [6]

,

где ашл=1 - аун = 1-0,95=0,05 - доля золы в шлаке по табл.2.6 из [6]; (сt)шл=0,56 кДж/кг - энтальпия шлака при твердом шлакоудалении при температуре tшл=600єС по табл.3.5 из [6].



Заключение

В расчетно-графической работе были определены тепловые потери топлива, которые составили:

q2 = 6,22% - потери теплоты с уходящими газами;

q3 = 0% - потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом;

q4 = 0,33% - потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива;

q5 = 0,935% - потери теплоты от наружного охлаждения;

q6 = 0,00096% - потери с физической теплотой шлаков.

Из анализа тепловых потерь следует, что в современных паровых котлах наибольшее значение имеют потери теплоты с уходящими газами q2, которые в основном и определяют величину КПД.

В соответствии с рассчитанной суммой тепловых потерь котла () по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. был определен коэффициент полезного действия котла брутто, который составил . Относительная погрешность определения КПД котла (брутто) этим методом по сравнению с расчетным (92,51%) составила .



Список литературы

1. Исаев А.В. Тепловой баланс паротурбинной установки (ПТУ). Курсовая работа по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования"

2. Справочное пособие теплоэнергетика электрических станций/ под ред. А.М. Леонкова. - Минск: Беларусь, 1974. - 368 с.

3. Сорокина Л.А. Топливо и основы теории горения: учеб. пособие / Л.А. Сорокина. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. - 78 с.

4. Практические занятия по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования", 2007.

5. Трембовля В.И. Теплотехнические испытания котельных установок / В.И. Трембовля, Е.Д. Фингер, Л.А. Авдеева. - М.: Энергия, 1977. - 269 с.

6. Сорокина Л.А. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие / Л.А. Сорокина, В.В. Федчишин, А.Н. Кудряшов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. - 146 с