Тепловой расчёт котельных агрегатов (на примере котлоагрегатов КВ-6 и КВ-3Г)

2 Тепловой расчёт котельных агрегатов.

2.1 Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания.

Проведем тепловой расчет выбранных к установке котлоагрегата КВ-6 и котлоагрегата КВ-3Г.

В качестве основного вида топлива принято по заданию природный газ.

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

Таблица 2.1 - Состав природного газа

Метан СН4	Этан С2Н6	Пропан C3Н8	Бутан С4Н10	Пентан С5Н12	Азот N2	Кислород О2
97,318	0,989	0,284	0,114	0,03	1,252	0,013

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Q_н^р = 33603 (8020); плотность при нормальных условиях 

При тепловом расчете парового котла определяем теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания согласно [1].

Теоретический объем воздуха, необходимого для сгорания топлива при сжигании газа при   определяем по формуле [1]:

 ,                  (2.1)

где   m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

Теоретический объем продуктов сгорания:

объем водяных паров [1]:

,                          (2.2)

где   d_г.тл. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³;

-  теоретический объем азота [1]:

                                  (2.3)

-  теоретический объем трехатомных газов [1]:

,                                                (2.4)                           

-  теоретический объем продуктов сгорания [1]:

                             (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  [1], величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем в соответствии рекомендациями [1] при номинальной нагрузке:

-первый конвективный пучок котла

-второй конвективный пучок

-стальной газоход (на каждые 10м длины) .

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

.                               (2.6)

Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева:

 - за топкой;

- за первым конвективным пучком;

 - за вторым конвективным пучком;

где  - присос по элементам тракта

Средний коэффициент избытка воздуха:

- за топкой;

- за первым конвективным пучком;

- за вторым конвективным пучком;

Избыточное количество воздуха:

 - в топке;

 – в первом конвективном пучке;

 - во втором конвективном пучке;

Объем водяных паров:

- в топке;

– в первом конвективном пучке;

– во втором конвективном пучке;

Полный объем продуктов сгорания:

 - за топкой

 - за первым конвективным пучком;

 - за вторым конвективным пучком;

Объёмная доля трёхатомных газов:

- за топкой;

- за первой конвективной поверхностью;

- за второй конвективной поверхностью;

Объёмная доля водяных паров:

 - за топкой;

- за первой конвективной поверхностью;

- за второй конвективной поверхностью;

Суммарная объемная доля водяных паров и трёхатомных газов:

 - за топкой;

- за первой конвективной поверхностью;

- за второй конвективной поверхностью;

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	Теоретические объемы
		Газоход
		топка	1к.п.	2к.п.
1	2	3	4	5
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева		1,1	1,15	1,25
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе		1,1	1,125	1,2
Избыточное количество воздуха,		0,954	1,193	1,909
Объем водяных паров,		2,164	2,168	2,18

Окончание таблицы 2.2

1	2	3	4	5
Полный объем продуктов сгорания,		11,678	1,92	2,647
Объемная доля трехатомных газов		0,086	0,085	0,08
Объемная доля водяных паров		0,185	0,182	0,172
Суммарная объемная доля		0,272	0,266	0,252
Температура точки росы, оС		58,1	57,6	56,5

Рассчитываем энтальпию воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур согласно рекомендации [1].

 Энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляем по формуле [1]:

,                                                      (2.7)  

где (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха [1, стр.41];

Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяем по формуле [1]:

,                     (2.8)  

где  - энтальпия 1м³ трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров [1, стр.41];                 

Энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур t определяем по формуле [1]:

.                                               (2.9)

Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле [1]:

                          ,                                        (2.10)

где  Н_зл – энтальпия золы, для газа Н_зл = 0 [1, стр.42].

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

Таблица 2.3 Энтальпии воздуха и продуктов сгора

t, оС	, кДж/м3	, кДж/м3	, кДж/м3
			Топка	Конвективный пучок	Конвективный пучок
			,кДж/м3	,кДж/м3	,кДж/м3
1	2	3	4	5	6
1800	26130	31820	34430
1200	16800	20190	21870
1100	15270	18340	19870
1000	13740	16500	17870
900	12260	14670	15900
800	10820	12880	13960	15580
700	9371	11120	12050	13460
600	7940	9406		11390	13380
500	6546	7749		9385	11020
400	5182	6117		7412	8708

Окончание таблицы 2.3

1	2	3	4	5	6
300	3855	4530		5494	6458
200	2548	2988		3625	4262

100

1269

1477

1795

2112

2.2 Тепловой баланс котлоагрегата КВ-6 и определение

         расхода топлива

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты и на покрытие различных потерь теплоты. Тепловой баланс парогенератора характеризует равенство между приходом и расходом тепла. Тепловая эффективность котлоагрегата, совершенство его работы характеризуется коэффициентом полезного действия.

Располагаемая теплота для котлоагрегата КВ-6 составляет:

                )

Тепловой баланса котлоагрегата складывается и следующих составляющих [1]:

 .                                      (2.11)

где - теплота уходящих газов;

- количество теплоты полезно использованной в колоагрегате;

- количество потерянной теплоты с уходящими газами;

- количество потерянной теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

- количество потерянной теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

- количество потерянной теплоты с шлаком и на охлаждение панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла;

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:

.                                                           (2.12)

Разделив уравнение (2.11) на Q_р^р получим его в следующем виде [1]:

,                           (2.13)

где  q₁ – полезно использованная в котлоагрегате теплота;

q₂ – потеря теплоты с уходящими газами;

q₃ – потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива