124450 (690013), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

, (4.11)

где СО₂, CO, Н₂S, C_mH_n – объемные доли соответствующих компонентов в отходящих газах, %, – объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания природного газа (см.табл.3).

Теоретический объем азота вычисляется следующим образом:

, (4.12)

где N_2(пг) – процентное содержание азота в отходящих газах, – объем азота при в продуктах сгорания природного газа (см.табл.3).

Объем водяного пара, вносимого в топку отходящими газами и получающегося при их сгорании, может быть вычислен следующим образом:

, (4.13)

где – влагосодержание отходящих газов, г/м³. Значение находится по формуле

, (4.14)

где W^Р – содержание влаги в отходящих газах, %; – плотность водяного пара, кг/м³ (при нормальных условиях = 0,804 кг/м³).

Суммарный объем водяного пара в продуктах сгорания составляет

. (4.15)

Второе слагаемое в правой части равенства (4.15) учитывает образование водяного пара при горении добавки природного газа (см.табл.3), а третье – влагосодержание воздуха, подаваемого в топку (принимается, что влагосодержание воздуха равно 10 г/м³).

Объем избыточного воздуха может быть найден по формуле (4.3) или

. (4.16)

4.4 Теплота сгорания смеси газообразных топлив

Низшая теплота сгорания , кДж/м³, сухой смеси ОГ с ПГ рассчитывается по уравнению:

, (4.17)

где CO, H₂, H₂S, … – объемное содержание соответствующих горючих компонентов в отходящих газах, %; 12636, 10798, 23400 и т. д. – низшие теплоты сгорания горючих компонентов отходящих газов, кДж/м³; – низшая теплота сгорания сухого природного газа, кДж/м³.

4.5 Энтальпии воздуха, отходящих газов и продуктов сгорания

Котел-утилизатор с термодинамической точки зрения представляет собой открытую термодинамическую систему. Поэтому вычисление составляющих энергетического и эксергетического балансов удобно выполнять, используя величину энтальпии продуктов сгорания. Кроме того, требуется знать энтальпии воздуха при различных его температурах.

4.5.1 Энтальпия продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания определяется в расчете на 1м³ сухих горючих газов, поступающих в топку (предтопок) котла-утилизатора. Так как компоненты продуктов сгорания можно считать идеальными газами, то

(4.18)

где t – температура газовой смеси; – энтальпия i-го компонента; – средняя в диапазоне температур 0 – t С объемная теплоемкость i-го компонента в изобарном процессе; – парциальный объем i-го компонента; N – число компонентов.

Значения при нелинейной зависимости от температуры могут быть найдены из таблиц термодинамических свойств газов. В инженерных расчетах широко пользуются приближенной линейной зависимостью

, (4.19)

обеспечивающей допустимую погрешность в диапазоне t = 0 – 2000 С. Здесь и – постоянные интерполяционной формулы теплоемкости.

При этом формула энтальпии смеси (4.18) принимает вид:

. (4.20)

Используя линейные зависимости вида (4.19) для отдельных компонентов продуктов сгорания, приведенные в табл. 4, можно на основе выражения (4.20) получить зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры

, (4.21)

где

, .

Формула (4.21) дает возможность вычислять значение энтальпии продуктов сгорания при любой заданной температуре.

4.5.2 Энтальпия воздуха

Если принять зависимость теплоемкости воздуха от температуры линейной, то согласно табл.П.2. средняя в диапазоне температур 0 – t С объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении определится так:

, (4.22)

Тогда энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сжигания 1 м³ смеси ОГ с ПГ составит:

, (4.23)

где t – температура воздуха, С.

Энтальпия действительного количества воздуха при сгорании 1 м³ смеси ОГ с ПГ, кДж/м³, определится по формуле

. (4.24)

4.5.3 Энтальпия отходящих газов

Энтальпия отходящих газов определяется по формуле:

, (4.25)

где t – температура ОГ, С; и –коэффициенты формул для средней объемной изобарной теплоемкости i-го компонента сухой части ОГ; – объемная доля i-го компонента в сухой части ОГ (в %); – число компонентов в сухой части ОГ; – объемная доля влаги в ОГ; - коэффициенты формулы средней объемной изобарной теплоемкости для водяного пара. Формула (4.25) учитывает то, что для расчета тепловых балансов в котле–утилизаторе энтальпия отходящих газов должна быть отнесена к 1 м³ сухой части этих газов.

4.6 Определение теоретической температуры продуктов сгорания

В топках паровых котлов, работающих на природном газе, мазуте, угольной пыли, стенки топки покрыты экранными трубами, которые защищают конструкцию от воздействия высоких температур. В котлах-утилизаторах, в которых сжигается низкокалорийное топливо, температуры пламени относительно низкие и потери теплоты в стенки топки нежелательны. По этой причине, в частности, в топочной камере котлов-утилизаторов типа ПКК экранные трубы отсутствуют. Если не учитывать потери теплоты в стенки топочной камеры и принимать, что все полезное тепловыделение в топке затрачивается только на их нагрев, то температуру продуктов сгорания на выходе из топки можно приближенно считать равной так называемой адиабатной температуре горения . Последняя находится на основе уравнения сохранения энергии:

, (4.26)

где – энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, – доля теплоты, теряемая от химической неполноты сгорания ( %), – теплота, вносимая в топку смесью отходящих газов с природным, – теплота, вносимая в топку воздухом, приходящим из воздухоподогревателя.

Теплота, вносимая смесью ОГ с ПГ

, (4.27)

где и – теплота, вносимая в топку соответственно отходящими газами и природным газом. Величина равняется энтальпии отходящих газов :

(4.28)

Вследствие малых значений и невысокой температуры природного газа, поступающего в котел-утилизатор, вторым слагаемым в правой части уравнения (4.27) можно пренебречь. Тогда с учетом (4.28)

. (4.29)

Теплота , вносимая в топку с воздухом, равна его энтальпии на выходе из воздухоподогревателя и может быть вычислена по формуле (4.24) при условии, что на входе в воздухоподогреватель температура воздуха составляет 60…80 С, а в воздухоподогревателе она повышается на 200…250 С.

Определив формуле (4.26), можно найти температуру продуктов сгорания на выходе из топки как

. (4.30)

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ТЕПЛОВОЙ КПД КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

5.1 Составляющие теплового баланса

Тепловой баланс котла вытекает из закона сохранения энергии и устанавливает равенство между количеством подведенной и расходуемой теплоты. В общем виде он записывается так:

= . (4.31)

Суммарное количество теплоты, внесенной в котел, называется располагаемой теплотой , которая является приходной частью теплового баланса:

= . (4.32)

Располагаемая теплота включает в себя все виды теплоты, внесенной в котел¹:

, (4.33)

где и – соответственно низшая теплота сгорания и физическая теплота смеси ОГ с ПГ; – теплота, внесенная в котлоагрегат воздухом при подогреве его вне агрегата посторонним источником энергии (не в воздухоподогревателе котла).

Если принять энтальпию воздуха в окружающей среде за начало отсчета, то теплоту внешнего подогрева воздуха можно определить по формуле:

, (4.34)

где и – соответственно энтальпии воздуха на входе в воздухоподогреватель котла после его предварительного подогрева (например, в паровом калорифере) до температуры и холодного воздуха с температурой . Как было сказано выше в разделе 4.6, температуру принимают равной 60…80 С. Температура холодного воздуха принимается обычно равной 30 С.

Если записать составляющие расходной части равенства (4.31) применительно к рассматриваемому котлу-утилизатору, то в развернутом виде уравнение теплового баланса котла будет иметь вид:

, (4.35)

где – полезно использованная теплота (израсходованная на выработку технологической или энергетической продукции, например, на нагрев воды или получение пара заданных параметров); , , – потери теплоты соответственно с уходящими газами (продуктами сгорания), химической неполнотой сгорания смеси ОГ с ПГ и от наружного охлаждения (в окружающую среду через ограждения котла).

Уравнение теплового баланса можно записать в виде, где все составляющие выражены в процентах по отношению к располагаемой теплоте, принимаемой за 100 % ( = 100%):

, (4.36)

где и т. д.

5.2 Коэффициент использования теплоты

Энергетическая эффективность котла-утилизатора характеризуется коэффициентом использования теплоты, или коэффициентом полезного действия , %:

. (4.37)

Среднестатистические данные по тепловым потерям и приводятся в таблице исходных данных к настоящей работе. Потеря теплоты с уходящими из котла газами (продуктами сгорания) , %, определяется по формуле

Характеристики

Список файлов курсовой работы