Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Коэффициент полезного действия котельного агрегата характеризует степень совершенства процесса превращения химической энергии топлива в тепловую энергию вырабатываемого пара или горячей воды.КПД брутто учитывает использование тепловой энергии топлива в котлоагрегате и представляет собой отношение выработанного тепла к затраченному.η кабр =Q пол⋅ 100% =100% - ΣqQ затр(2.1)Σq – сумма удельных (на единицу массы или объема топлива) потерь тепла с уходящими газами, отхимической и механической неполноты сгорания топлива и потери в окружающую среду, %.Тепловые потери с уходящими газами q1 можно оценить по формуле:q1 =t ух − t вt max⋅ [c ′ + (h − 1) ⋅ n ⋅ k ] ⋅ (100 − q3 ) ,h=RO 2max,RO 2 + CO + CH 4(2.2)(2.3)где q3 - тепловые потери от механической неполноты сгорания топлива, %; tух, tв, tmax – температурыуходящих газов; воздуха, подаваемого в котельный агрегат; максимальная температура дымовых газов, °С; с′ и k – поправочные коэффициенты, показывающие отношение средних удельных теплоемкостей разбавленных и не разбавленных воздухом дымовых газов в интервале температур от 0 до tух ксредним удельным теплоемкостям в интервале от 0 до tmax; n – коэффициент, показывающий отношение средней удельной теплоемкости воздуха в интервале температур от 0 до tух к средней удельнойтеплоемкости не разбавленных воздухом дымовых газов в интервале от 0 до tmax; RO2 – сумма трехатомных газов (значения RO2max для основных видов первичных энергоресурсов приведены в Приложении 6).Тепловые потери от химической неполноты сгорания топлива q2 можно оценить по упрощеннойформуле:q2 =Qнр.сгQнр.сг ⋅ h⋅100%P(2.4)– низшая теплота сгорания 1 м3 сухих продуктов сгорания (подсчитывается по данныманализа), кДж/м3Qнр.сг = [30,2CO + 25,8 H 2 + 85,5CH 4 ]⋅ 4,19(2.5)P - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, отнесенная к объему сухих продуктовсгорания, кДж/м3.
Ориентировочные значения P по основным видам первичных энергоресурсов приведены в Приложении 6. КПД брутто можно определить иначе:брη ка=D ⋅ (h п −h пв ) + Q прВ ⋅ Q нр⋅100%(2.6)где D – паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч; hп, hпв– энтальпия пара, питательной воды,кДж/кг; Qпр – используемая тепловая энергия продувочной воды, кДж/ч; В, Qрн – расход, теплотворнаяспособность топлива, кг/ч, кДж/кгКПД нетто учитывает расход тепловой энергии на собственные нужды.120η кант =( D - D сн ) ⋅ ( h п − h пв ) + Q прВ ⋅ Q нр⋅ 100%(2.7)где Dсн – расход пара на собственные нужды, кг/ч.Для определения количества энергии, полезно используемой при утилизации тепла продувочной воды, используют выражение:Qпр = ϕ ⋅ G пр ⋅ (h кв − h пв )(2.8)Коэффициент использования тепловой энергии продувочной воды:ϕ=β ⋅( hсп −hив )+ ( 1− β )⋅( hсп −hив )hкв −hив(2.9)Доля пара, выделяющегося в сепаратореβ=h кв − h свh сп − h св(2.10)где hкв, hив, hсв, hсп – энтальпия котловой, исходной воды, сепарированной воды и пара,кДж/кг.Непрерывная или периодическая продувка в барабанных котлах применяется для получения пара заданных параметров по концентрации солей, растворенных в котловой воде, при этомчасть котловой воды заменяется подпиточной водой.Суммарные потери топлива без использования тепловой энергии продувочной воды составляют:∆В′=D ⋅τ ⋅ pп ⋅( hкв − hив )брQнр ⋅ηка(2.11)где τ - годовое число часов работы котельной; pп – величина продувки в процентах от паропроизводительности.
Последнюю можно определить:pп =S x ⋅ Пк⋅100%S кв − S х(2.12)где Sх - сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг; Пк - суммарные потери пара и конденсата вдолях паропроизводительности котельной; Sкв – расчетный сухой остаток котловой воды, мг/кг (принимается по нормам или по Приложению 7).Если для использования тепла непрерывной продувки применяются сепаратор и теплообменник (рис. 1), то экономия топлива (с учетом вскипания части продувки) определяется по формуле:∆В′′=D ⋅τ ⋅ pп ⋅[β ⋅( hcп −hив )+( 1− β )⋅( hсв −hсп )]брQнр ⋅ηка121(2.13)Рис.
1Значительную экономию топлива можно получить при замещении пара, полученного от собственной котельной, паром, отпускаемым с ТЭЦ. Тогда необходимо учитывать КПД передающих сетейот централизованного источника:⎛ 1∆В = 143×Q ⎜⎜⎝ η мк−y ⎞⎟,η кт ⋅η тс ⎟⎠(2.14)где Q – расход тепловой энергии в паре, ГДж; ηмк, ηкт, ηтс – КПД местной котельной, котельной ТЭЦ,тепловых сетей; y –коэффициент расхода тепла на теплофикацию (y ≈ 0,42÷0,82).y=гдеQОТБ , QТЭЦQОТБQТЭЦ,(2.15)– расчетная тепловая нагрузка отборов теплофикационных турбин, ТЭЦ.122ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧПример 2.1.УсловиеОпределите годовые суммарные потери условного топлива без использования тепловой энергии продувочной воды в котельной.
Паропроизводительность котельной Dк = 48т/ч, давление насыщенного пара Pп = 1,3 МПа, температура исходной воды, поступающей в котельную tив = 10°C, годовоечисло часов использования паропроизводительности котельной τ = 6500 ч,η кабр = 0,73. Сухой остатокхимически очищенной воды Sх = 515 мг/кг, суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной Пк = 0,41. В качестве сепарационного устройства используются внутрибарабанные циклоны.РешениеИсходя из условия задачи по Приложению 7 определяем расчетный сухой остаток котловойводы Sкв = 4 000 мг/кг, затем по 2.12 определяем величину продувки pп:515 ⋅ 0,41pп =4000 − 515⋅ 100% = 6,059По таблицам свойств водяного насыщенного пара находим значение энтальпии при Pп = 1,3МПа: hп = 814,7 кДж/кг.Годовые потери условного топлива без использования тепловой энергии продувочной воды,согласно 2.11 составляют:∆В′=48 ⋅ 6500 ⋅ 6,059 ⋅ (814,7 − 10 ⋅ 4,19)= 682,3 т у.т./год100 ⋅ 29,33 ⋅ 10 3 ⋅ 0,73Пример 2.2.УсловиеОцените среднегодовую экономию топлива в действующей промышленной котельной, теплопроизводительность которой Q=240 ГДж/ч, за счет снижения температуры уходящих газов tух с 190°Cдо 140°C.
Топливо – мазут (Qрн=39,8 МДж/кг), сжигание топлива производится при q3 = 0, температуравоздуха, подаваемого в котельный агрегат tв=20°C, максимальная температура дымовых газов tmax =2060°С. с′ = 0,83, k = 0,78, n = 0,9. Состав продуктов сгорания мазута: СО2 =10%, CO = 0,8%, CH4 =0,05%, H2 = 0,06%.
Годовое число часов использования паропроизводительности котельной τ = 4200 ч.Решение.Согласно Приложению 7Р, кДж/м34061,4Вид топливаМазутТогда h =RO2max16,516,5= 1,589,6 + 0,8 + 0,05Величина потерь q1 определяется по формуле 2.2 и составляет при температуре уходящих газов tух′ = 190°C:′ 190 − 20q1 =⋅ [0,83 + (1,58 − 1) ⋅ 0.9 ⋅ 0.78] ⋅ 100 = 10,23%2060То же при tух′′ = 140°C:″ 140 − 20q1 =⋅ [0,83 + (1,58 − 1) ⋅ 0.9 ⋅ 0.78] ⋅ 100 = 7,22%2060Низшая теплота сгорания 1 м3 сухих продуктов сгорания определяется по 2.5 и равна:Qнр.сг = [30,2 ⋅ 0,8 + 25,8 ⋅ 0,06 + 85,5 ⋅ 0,05] ⋅ 4,19 = 29,98 кДж/м3Тепловые потери от химической неполноты сгорания топлива q2 оцениваются по формуле 2.4:q2 =29,98 ⋅ 1,58⋅ 100% = 1,17 %4061,4Исходя из определения КПД брутто:при tух′ = 190°C′4η кабр = 100% − ∑ q = 100 − 10,23 − 1,17 − 1,5 = 87%1при tух ′′= 140°C″4η кабр = 100% − ∑ q = 100 − 7,22 − 1,17 − 1,5 = 90%1Согласно 2.6 определим годовую экономию топлива от изменения температуры уходящих газов, а следовательно и КПД брутто котельной:123⎛⎞⎛⎞1 ⎟1 ⎟⎜ 1⎜ 1−−D(hп − hпв ) ⋅ ⎜Q ⋅τ ⋅ ⎜1 ⎞⎛ 13⎜ η бр ′ η бр ″ ⎟⎟⎜ η бр ′ η бр ″ ⎟⎟ 240 ⋅ 10 ⋅ 4200 ⋅ ⎜ − ⎟ка ⎠ка ⎠⎝ ка⎝ ка⎝ 87 90 ⎠∆B ===рр39,8QнQн= 9596 т мазутаВ условном топливе годовая экономия энергии составит:⎛⎞1 ⎟⎜ 1240 ⋅ 10 3 ⋅ 4200 ⋅ ⎜−⎜ η бр ′ η бр ″ ⎟⎟ка ⎠⎝ ка∆B == 13025 т у.т.29,33Пример 2.3Энергосбережение при редуцировании давления параНижеприведенные расчеты парового эжектора позволяют для конкретных расходов пара и перепадов давления определить энергосберегающий эффект.Схема использования повышенного давления параВыпарнойаппарат(цилиндрыКДМ, БДМЭжекторРс, tсРн, tн≈0,15 GсмПароконденсатнаясмесьGсмРр, tрИсходныйпар≈0,85 Gсмiсм=(100-150) Ккал/кгt=(30-50)0 Cвозвратный конденсатРис.
3.4.2Расчет коэффициентов инжекции вторичного пара:Исходные данные для расчета:Рабочий потокРр=0.8 МПа0Смешанный потокИнжектируемый потокРс=0.3 МПаРн=0.05 МПа-tн = 100 0C0tр = ts+50 C (220.41 С)Коэффициенты, рекомендуемые на основе экспериментальных данных (Е. Я. Соколов, В. М.Бродянский «Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения»):φ2 = 0.95; φ2 = 0.975; φ3 = 0.9; φ4 = 0.925.Коэффициент скорости рабочего потока:К 1 = ϕ 1 ⋅ ϕ 2 ⋅ ϕ 3 = 0.834Коэффициент скорости инжектируемого потока:К 2 = ϕ 2 ⋅ ϕ 3 ⋅ ϕ 4 = 0.812124кр = 1.3; Rp = 463; Тр = tр+273 = 493.41 К;λр = 0;кр = 1.13;λн =0;Тн = tн+273 = 373 К;Относительные температуры рабочего и инжектируемого потоков:⎛ к р −1⎞⎟ ⋅λр2 = 1⎟⎝ к р +1⎠⎛ к −1⎞τ н = 1 − ⎜⎜ н ⎟⎟ ⋅ λ н 2 = 1⎝ кн + 1⎠τ р = 1 − ⎜⎜Температуры торможения при параметрах рабочего и инжектируемого потоков:ТрТт р =Ттн == 493.41 К;τрТн= 373 К;τнКритическая скорость рабочего и инжектируемого потока:2⋅кракр р =⋅ R р ⋅ Тт р = 508.18мс2 ⋅ кн⋅ Rн ⋅ Тт н = 428.065кн + 1мскр +1акр н =Промежуточные коэффициенты:θ =1θакр н= 0.842акр р= 1.187Pн= 0.125Pрλрн = 1.87 (Определяется по Прн по таблицам газодинамических функций при к=1.13)Прн =⎡ к + 1⎤qрн = ⎢ н⎥⎣ 2 ⎦1к н −1⎡ к −1⎤⋅ λрн ⋅ ⎢1 − н⋅ λрн 2 ⎥⎣ кн + 1⎦1к н −1= 0.479Проверяем, нет ли области значений qc3 в которой работа компрессора невозможна(qс3≤Pр ⋅ qрсPс)?кн⎛ 2 ⎞⎟⎟Пнкр = ⎜⎜= 0.578⎝ кн + 1 ⎠Прs = Пнкр ⋅ Прн = 0.072qрs = 0.38 (По таблицам газодинамических функций)Pр ⋅ qрs= 1.013 (Поскольку 0<qc3<1 то при любых значениях будет выполняться условиеPсPр ⋅ qрск н −1qс3≤Pс.)Далее проводим расчет для ряда значений:Приведенная массовая скорость смешанного потока в сечении 3:12511к н −1⎡ кн − 1⎡ к + 1⎤ кн −12⎤qс3 = ⎢ нλс31λс3⋅⋅−⋅⎢⎥⎥⎣ 2 ⎦⎣ кн + 1⎦Относительное давление смешанного потока в сечении 3:кн⎡ к −1⎤ кн −1Пс3 = ⎢1 − н⋅ λс3 2 ⎥⎣ кн + 1⎦Коэффициент инжекции при втором предельном режиме:Pн 1P1⋅− н ⋅Pс qс3 Pр qрs 1uпр 2 =⋅Pн 1θ1− ⋅Pс qс3λc3Пс3qc3uпр 20.50.7210.8750.60.8210.8240.70.90.7680.80.9560.7070.90.9890.644110.578Приведенная массовая скорость инжектируемого потока в сечении 2:qн 2 =0.2940.1540.0780.0360.0140.00781uпр 2 ⋅ θPн 1 + uпр 2 ⋅ θ Pн 1⋅−⋅Pсqс3Pр qрнОтносительное давление инжектируемого потока в сечении 2:кн⎡ к −1⎤ кн −1Пн 2 = ⎢1 − н⋅ λсн 2 ⎥⎣ кн + 1⎦Промежуточные коэффициенты:PнPPсК3 = 1+ ϕ3 ⋅ с ⋅Pр к н ⋅ Пнкр ⋅ λс3 ⋅ qрнПс3 −К3 = 1+ ϕ3 ⋅PсПс3 − Пс 2⋅Pн к н ⋅ Пнкр ⋅ λс3 ⋅ qн 2Коэффициент инжекции парового эжектора:u=K1 ⋅ λрн − К 3 ⋅ λс3 1⋅К 4 ⋅ λс3 − К 2 ⋅ λн 2 θλн 2 1qн 2Пн2Пс 2К3uK40.7850.560.8450.2822.1687.2430.1780.6560.440.9020.3011.8826.4930.1440.4930.320.9470.3161.676.4140.110.3090.190.9810.3271.5047.350.0740.1520.090.9960.3321.37210.4240.0410.0880.050.9990.3331.26412.5050.028Определение расходов инжектируемого пара, приходящегося на 1 кг рабочего пара:G р = 1 кгGн = G р ⋅ uGн10.1780.1440.11λн2 определяется по таблицам газодинамических функций.1260.0740.0410.028Приведенный расчет (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
