Тепловой расчет котельного агрегата. Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания. Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2.1 Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

Тепловой расчет котельного агрегата произвожу для устанавливаемого котла КВ-ГМ-6,5-150.

Вид топлива – природный газ.

Характеристику природного газа (Торжок-Минск-Ивацевичи) принимаем по данным объединения «Белтрансгаз».

Состав природного газа в % по объему приводим в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Состав природного газа в % по объему

Метан СН4	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Бутан С4Н10	Пентан С5Н12	Азот N2	Кисло-род О2	Угле-кислый газ СО2
97,756	0,826	0,254	0,103	0,019	0,942	0,07	0,03

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Q_н^р = 33549 кДж/м³

(8007 ккал/м³); плотность при нормальных условиях   

При тепловом расчете парового котла определяю теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

2.1.1 Теоретический объем воздуха, необходимого для сгорания топлива при сжигании газа при  определяем по формуле, м³/м³:

                     (2.1) где          m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода;

2.1.2 Теоретический объем продуктов сгорания:

-  объем водяных паров, м³/м³:

,                     (2.2)

где d_г.тл. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³; принимаем в соответствии с рекомен –

дацией [2] равным  d_г.тл. = 10 г/м³

                                        ;

-  теоретический объем азота, м³/м³:

,                               (2.3)

-  теоретический объем трехатомных газов:

,                                             (2.4)

;

-  теоретический объем продуктов сгорания (м³/м³):

                     (2.5)

Действительные объемы продуктов сгорания рассчитываются с учетом коэффициента избытка воздуха в топке  и объемов присосов воздуха по газоходам котельного агрегата.

Коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для камерной топки при сжигании газа равным  [2], величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем в соответствии рекомендациями таблицы [2] при номинальной нагрузке:

-  конвективный пучок котла

2.1.3 Действительный суммарный объем продуктов сгорания природного газа определяю (при среднем коэффициенте избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева) по формуле, м³/м³:

.                           (2.6)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Расчет действительных объемов продуктов сгорания

Величина	Расчетная формула	Газоход
		Топка	Конвектив-ный пучок
1	2	3	4
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева		1,1	1,15
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе		1,1	1,125
Избыточное количество воздуха, м3/м3		0,954	1,193
Объем водяных паров, м3/м3		2,177	2,181
Полный объем продуктов сгорания, м3/м3		11,684	11,927
Объемная доля трехатомных газов		0,086	0,084
Объемная доля водяных паров		0,185	0,181
Суммарная объемная доля		0,271	0,265

Далее рассчитывается энтальпия воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур.

2.1.4 Энтальпия теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляется по формуле, кДж/кг:

,                                                                                       (2.7)

где (ct)_в – энтальпия 1 м³ воздуха, принимаем по таблице ;

2.1.5 Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяем по формуле, кДж/м³:

,                                            (2.8)

где -энтальпия 1м³ трехатомных газов, теоретического объема  азота и водяных паров, принимается для каждой выбранной температуры t по таблице кДж/м³.

2.1.6 Энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур t определяем по формуле, кДж/м³:

.                                                                                (2.9)

Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле, кДж/м³:

,                                                                          (2.10)

где  Н_зл – энтальпия золы, для газа Н_зл = 0.

Результаты расчетов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.3.

Для составления таблицы интервал температур принимаю равным 100 ^оС. Интервалы температур для расчета по газоходам принимаю:

- топка котла  2000 – 700 ^оС;

- конвективный пучок 800 – 100 ^оС;

     Для упрощения дальнейших расчетов строим по данным таблицы 2.3 Н–T диаграмму для дымовых газов (рис. 2.1).

Расчет энтальпии для температуры 2100ºС:

2.1.7 Энтальпия теоретического объема воздуха вычисляется по формуле [3], кДж/кг:

=9.54·3242=30874кДж/м³                                             (2.11)

2.1.8 Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания определяем по формуле, кДж/м³:

=1,007·5132+7,546·3137+2,162× 

×4175=37793,7, кДж/м³                                                                  (2.12)

2.1.9 Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле, кДж/м³:

37793,7+(1,1-1)·30874=40881,1,кДж/м³                (2.13)

Таблица 2.3

Энтальпия продуктов сгорания

О, оС	Значения энтальпии		, кДж/м3
	, кДж/м3	, кДж/м3	Топка		Конвективный пучок
2100	30874	37793,7	40881,1
2000	29274,7	35787,9	38715,4	2165,7
1900	27675,4	33782,2	36549,8	2165,7
1800	26093,1	31803,2	34412,5	2137,2
1700	24510,8	29824,2	32275,3	2137,2
1600	22943,1	27867,1	30161,4	2113,9
1500	21375,3	25909,9	28047,4	2113,9
1400	19825,6	23990,1	25972,7	2074,8
1300	18275,9	22070,3	23897,9	2074,8
1200	16795,3	20188,9	21868,4	2029,4
1100	15314,7	18307,5	19839,0	2029,4
1000	13778,6	16479,3	17857,1	1981,9
900	12242,4	14651,0	15875,2	1981,9
800	10791,2	12884,7	13963,9	1911,4	14503,4
700	9340,0	11118,5	12052,5	1911,4	12519,5	1983,9
600	7935,8	9428,1			10618,5	1901,0
500	6531,5	7737,7			8717,5	1901
400	5193,4	6164,4			6943,4	1774,0
300	3878,2	4591,1			5172,8	1770,6
200	2563,0	3017,8			3402,3	1770,6
100	1265,1	1476,3			1666,1	1736,2

2.2  Тепловой баланс котельного агрегата и определение

расхода топлива

Тепловой баланс котлоагрегата характеризует равенство между приходом и расходом тепла. Тепловая эффективность котлоагрегата, совершенство его работы характеризуется коэффициентом полезного действия.

2.2.1 Приходная часть теплового баланса в большинстве случаев определяется по формуле:

,                                                 (2.11)

где - Q_р^р – располагаемая теплота;

Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива, для газа принимаем Q_н^с – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³; принимаем по исходным данным для газа Q_н^с = 33549 кДж/м³ (8007 ккал/м³);

Q_ф.т. – физическое тепло топлива, принимаем Q_ф.т.= 0, так как топливо-газ;

Q_т.в. – физическое тепло воздуха, подаваемого в топку котла при подогреве его вне котлоагрегата; принимаем Q_т.в.= 0, так как воздух перед подачей в котлоагрегат дополнительно не подогревается;

Q_пар. – теплота, вносимая в котлоагрегат при поровом распиливании жидкого топлива, кДж/кг; принимаем Q_пар.= 0, так как топливо газ.

Располагаемая теплота для котлоагрегата КВ-ГМ-6,5 составят: