7.Тепловой баланс котельного агрегата

Уравнение теплого баланса котельной установки:

q₃ и q₄ – соответственно потери тепла от химического и механического недожога

q₅ – потери тепла в окружающую среду, зависят от теплопроизводительности котлоагрегата;

q₂ – потери тепла с уходящими газами.

Ј_ух – энтальпия уходящих газов, кДж/м³, определяется из графика при α_э по температуре уходящих газов t_ух.

Фактический расход топлива, который подается в топку:

D – паропроизводительность котла, м³/ч;

i^" – энтальпия насыщенного пара, вырабатываемая котлом;

i_пв – энтальпия питательной воды.

Так как в процессе горения из-за механической неполноты сгорания часть топлива не используется, то при подсчете продуктов сгорания и количества приточного воздуха, вводится поправка (1-q₄/100).:

Расчет теплового баланса можно вести в табличной форме.

Таблица 5

Тепловой баланс теплогенератора.

Определяемая величина	Обозначение	Единицы размерн.	Расчетная формула или способ определения	Расчет	Величина
1. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания	q3	%	Табл. ΧVΙΙ, ΧΧ, ΧΧΙ [7]
2. Потеря теплоты от наружного охлаждения	q5	%	Рис. 5-7 [7] табл. 4-5 [7]
3. Температура уходящих газов	Tух	^0С	Принимается
4. Энтальпия уходящих газов	Iух	кДж/м^3
5. Температура воздуха в котельной	tв	^0С	По заданию
6. Энтальпия воздуха в котельной	Iв	кДж/м^3	V^0в с tв
7. Потеря теплоты с уходящими газами	q2	%	Фор-ла (7.2)
8. Сумма тепловых потерь	∑q	%
9. КПД агрегата	η	%	100-∑q
10.Коэффициент сохранения теплоты	φ		1-(q5/100)
11. Полный расход топлива	В	м^3/ч	Фор-ла (7.3)
12. Расчетный расход топлива	Вр	м^3/ч	Фор-ла (7.4)

8. Расчет топочной камеры.

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств, при этом считаются известными конструктивные характеристики топки и экранных поверхностей.

По чертежам котла следует выполнить эскиз топки с указанием границ внутреннего объема, конструктивных характеристик поверхностей нагрева: длины, диаметра, шага труб, расположения горелки. Затем следует определить объем топки и полную поверхность стен топки как сумму площадей ограждающих ее стен.

Определяется тепловое напряжение топочного объема и сравнивается с максимально допустимыми, приведенными в [7]

V_т – объем топочной камеры (определяется по эскизу).

Под площадью лучевоспринимающей поверхности участка H_л1, (м²) понимают площадь непрерывной поверхности, эквивалентной по тепловосприятию действительной незагрязненной площади поверхности экрана:

Суммарная лучевоспринимающая поверхность нагрева для топки:

выходящая в топку поверхность барабана определяется по формуле:

d – диаметр барабана, м

l - длина поверхности барабана, выходящей в топку, м.

Лучевоспринимающая поверхность первого ряда конвективного пучка:

a и b соответственно ширина и высота окна для выхода газов из топки.

х – угловой коэффициент экрана.

Для лучевоспринимающей поверхности котельного пучка x = 1.

Геометрические размеры топки заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

Параметр	Обознач.	Размернос.	Экран
			Фронт	задний	Бок.пр.	Бок. Лев.
Количество труб экрана Шаг труб экрана Расстояние от оси до стенки Наружный диаметр Расстояние между осями крайних труб экрана Площадь стены, занятой экраном Поверхность барабана в топке Освещенная длина труб экрана Характеристика экрана Относительный шаг труб экрана Коэффициент эффективности экрана Лучевоспринимающая поверхность Экрана Суммарная поверхность нагрева для топки	N S0 l0 dн b Hст Hб L l0/dн S0/dн X H^эл Hл	шт мм мм мм мм м^2 м^2 м м^2 м^2

При поверочном расчете температуру газов на выходе из топки Т^"_т определяя ют по серии номограмм, представленных в нормативном методе, либо по формуле, представленной ниже. Для этого необходимо знать:

1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки Т^"_т

2. Адиабатную температуру горения Т_а.

3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки.

4. Параметр М, характеризующий распределение температур в топке.

5. Тепловую нагрузку стен топки.

6. Степень черноты факела.

Температура газов на выходе из топки является следствием процесса теплопередачи в топке. Оптимальные значения этой температуры находятся в пределах 1000-1150⁰С. При сжигании в котле только газа температура газов на выходе из топки может достигать 1300-1350⁰С, причем установка ширм не является обязательной. В результате расчета топки эта температура уточняется.

Полные тепловыделения в топке:

Определив тепловыделения в топке по J-t диаграмме, построенной при α_т, находим соответствующую этой энтальпии температуру, которая и является адиабатической температурой горения, то есть температурой, которую имели бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.

Температура газов, выходящих из топки:

Определяются величины, входящие в формулу:

1. Адиабатная температура горения:

2. Абсолютная температура газа на выходе из топки:

3. Средняя суммарная теплоемкость продуктов горения:

Ј_а и Ј_т определяются по Ј_т - t_т диаграмме.

4. Условный коэффициент загрязнения принимается в зависимости от вида сжигаемого топлива и типа экранных поверхностей: для гладкотрубных экранов при сжигании газообразного топлива ξ = 0,8 [1].

5. Для учета распределения температуры в топке служит параметр М, который зависит от относительной температуры положения максимальной температуры пламени Х по высоте топки:

При сжигании газа и мазута коэффициент М равен:

h_г– высота расположения горелок, м

Н_т – полная высота топки, м.

6. Степень черноты факела:

где а_нсв - степень черноты среды топки;

m – коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем, зависит от рода топлива и способа его сжигания и принимается по таблице 7:

Таблица 7.

Вид пламени	M
Светящееся пламя при сжигании жидких и твердых топлив	0,6 – 0,4
Несветящееся пламя при сжигании газообразных топлив	0

7. Степень черноты несветящейся части факела:

где е – основание натурального логарифма ;

Р – давление в топке;

S – эффективная толщина излучаемого слоя, м

Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами:

где r_n – суммарная объемная доля трехатомных газов, r_n = r_R2O + r_H2O

где k_г – коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами, определяется либо по номограмме 3 (7), либо по формуле:

P_n – суммарное сопротивление 3-х атомных газов численно равно их объемной доли.

8). Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки:

9). Степень черноты топки:

10). Коэффициент сохранения тепла – потери тепла от наружного охлаждения:

Тепловая нагрузка на стенки топки:

После проведения расчетов проверяется температура газов на выходе из топки Т^”_т. Если расчетная температура отличается от предварительно принятой не более чем на 100⁰С, то она (расчетная) принимается за действительную. Если отличие превышает 100⁰С, то найденную в результате расчета температуру следует принять за исходную и расчет повторить. По этой температуре уточняется энтальпияJ”_т.

Потери тепла в топке:

Количество тепла, переданное топке:

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности