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, ºС

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










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 α=1, определяется по формуле



 м3/кг.



Теоретические объемы продуктов горения (при α=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 αух=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 (α=1)] расходе воздуха по [6].

Жаропроизводительность топлива без учета влаги в воздухе по [4]






ºС,



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

Жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе по [4]



 ºС.



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



 ºС.



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 α=1 по[4]




.



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

Отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tмакс =2042,26ºС 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=145ºС – температура уходящих газов; tхв=30ºС – температура холодного воздуха; t’макс =2015,86ºС – жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе; c'=0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до tмакс =2042,26ºС 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 α=1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до tух=145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до tмакс =2042,26ºС 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=600ºС 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