2 Характеристика топлива
В соответствии с заданием для твёрдого и жидкого топлива необходимо выписать следующие данные о элементном составе и характеристиках топлива:
содержание углерода на рабочую массу, C - %;
содержание водорода на рабочую массу, H - %;
содержание серы на рабочую массу, S - %;
содержание азота на рабочую массу, N - %;
содержание кислорода на рабочую массу, O - %;
содержание влаги на рабочую массу, W - %;
зольность на рабочую массу, A - % ;
низшая
теплота сгорания топлива, Q
-
кДж/кг.
Низшая теплота сгорания топлива Q рассчитывается по формуле Менделеева:
,
МДж/кг (2.1)
3 РАСЧЁТЫ ОБЪЁМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
3.1 Все объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания определяются на 1кг сожженного топлива. Объём воздуха и газов рассчитываются в м3 при нормальных условиях (температуре 20 °С и давлении 760 мм.рт.ст.).
3.2 Теоретическое количество воздуха и соответствующие объёмы продуктов полного сгорания топлива (при коэффициенте избытка воздуха α=1) определяют по таблице XI [1].
3.3 Если состав топлива задан по [3], расчёт теоретических объёмов воздуха и продуктов полного сгорания топлива производится по следующим формулам:
3.3.1 Теоретическое количество воздуха необходимого для полного сгорания 1 кг топлива при α = 1
,
м3/кг (3.1)
3.3.2 Теоретический объём азота
,
м3/кг (3.2)
3.3.3 Объём трёхатомных газов при полном сгорании топлива (зависит только oт содержания углерода и серы в топливе и не зависит от коэффициента избытка воздуха).
,
м3/кг (3.3)
3.3.4 Теоретический объём водяных паров
,
м3/кг (3.4)
3.3.5 Теоретический объём продуктов полного сгорания топлива
,
м3/кг (3.5)
3.4 Те же величины в случае сжигания газообразного топлива
,
м3/м (3.6)
,
м3/м (3.7)
,
м3/м (3.8)
,
м3/м (3.9)
где СmHn – процентное содержание в газе углеводородов;
СО, H2, СО2, H2S, O2 – процентное содержание других компонентов газа;
m и n – количество атомов углерода и водорода и молекуле углеводородов, входящих в газообразное топливо;
dг.т. - влагосодержание газообразного топлива, при расчётной температуре 10 оС, dг.т =10 оС.
3.5 При действительном процессе горения в топку парогенератора подается больше воздуха, чем теоретически необходимое, т.е. в реальном процессе коэффициент избытка воздуха в топке >1.
Коэффициент
избытка воздуха в топке выбирается в
зависимости от её типа, вида топлива.
Для газо-мазутных топок α
=
1,1.
3.5.1 Объём двухатомных газов (азота)
,
м3/кг (3.10)
3.5.2 Объём водяных паров
,
м3/кг (3.11)
3.5.3 При распыле мазута паром количество водяных паров равно
,
м3/кг (3.12)
где Gф – расход пара через форсунку идущего на распыл 1 кг топлива; Для мазутных котлов Gф= 0,02 - 0,03 кг/кг.
3.5.4 Действительный объём продуктов сгорания
,
м3/кг
(м3/м) (3.13)
В скобках приведены единицы размерностей для газообразного топлива. При расчёте объёмов продуктов сгорания принимаются средние значения коэффициентов избытка воздуха в рассматриваемой поверхности нагрева.
Помимо объёма образовавшихся дымовых газов рассматриваются следующие характеристики продуктов сгорания:
3.6 Объёмная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания
(3.14)
3.7 Объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания
(3.15)
3.8 Суммарная объёмная доля трёхатомных газов и водяных паров
(3.16)
3.9 Для твёрдого топлива определяются ещё следующие величины:
3.9.1 Масса продуктов сгорания
,
кг/кг (3.17)
3.9.2 Безразмерная концентрация золы в продуктах сгорания (дымовых газах)
, (3.18)
где аун - 0,95 – доля золы, уносимой продуктами сгорания в камерных топках с твёрдым шлакоудалением.
Ар – зольность рабочей массы топлива, %;
–
масса
продуктов сгорания, кг/кг.
Величины, рассчитываемые по позициям 3.5 – 3.9.2 для твёрдого и жидкого топлива и по позициям 3.4. – 3.8 для газообразного топлива, должны определяться по средним значениям коэффициента избытка воздуха в каждой поверхности нагрева, с учётом её расположения по ходу движения продуктов сгорания.
3.10 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания определяются для полного объёма газов, образовавшихся при сгорании 1кг топлива и полного объёма воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива (кДж/кг) или (кДж/м3) для газообразного топлива.
Энтальпии теоретического количества воздуха и соответствующих объёмов продуктов полного сгорания определяются в диапазоне температур 100 – 2200 °С через каждые 100 °С.
Если состав топлива задан по [3], энтальпии теоретического количества воздуха и соответствующих объёмов продуктов сгорания определяются по следующим формулам:
3.10.1 Энтальпия теоретического необходимого количества воздуха
,
кДж/м3 (3.19)
где сt – теплоёмкость и температура воздуха, кДж/м3 (см. приложение А, таблица А.3);
V0 – теоретический объём воздуха, м3/кг (см. формулу 3.1).
3.10.2 Энтальпия продуктов сгорания при подводе теоретического количества воздуха (α=1)
,
кДж/кг (3.20)
где VRO2, VoN2, VoH2O – объёмы трёхатомных газов, азота и водяных паров, м3/кг;
(ct)RO2, (ct)N2, (сt)H2O – удельные теплоёмкости трёхатомных газов, азота и водяных паров, кДж/м3 и температура продуктов сгорания t (см. приложение А, таблица А.3).
Следует отметить, что при расчётах энтальпий трёхатомных газов приближенно принимается вместо теплоёмкости SO2 теплоёмкость СО2 в виду малости объёма SO2.
3.10.3 Энтальпия продуктов полного сгорания 1кг топлива при (α >1)
,
кДж/кг (3.21)
где α – коэффициент избытка воздуха в конце газохода;
,
–
энтальпии теоретических объёмов газа
и воздуха, соответственно, кДж/кг;
(определены выше см. пункты 3.10.1 и 3.10.2)
Нзл – энтальпия золы, кДж/кг.
,
кДж/кг (3.22)
где
(ct)зл
–
теплоёмкость и температура золы, кДж/кг,
определяется для температуры продуктов
сгорания t
;
Ар – зольность рабочей массы топлива, % (см. раздел «характеристика топлива»);
аун – доля уноса золы продуктами сгорания из топки, принимается 0,95 для твёрдого топлива.
Энтальпия золы учитывается в том случае, если 103аунАр/Qрн ≤ 6.
Энтальпии воздуха и продуктов сгорания, определенные по приведенным выше формулам, представлены в виде таблицы 3.2. При составлении Н - t таблицы для каждого коэффициента избытка воздуха в конце газохода определяют пределы вероятного изменения температуры продуктов сгорания с некоторыми запасами в меньшую и большую стороны. Например, известно, что температура продуктов сгорания на выходе из воздухоподогревателя для парогенератора находится в пределах 100 < tух < 200 °С, поэтому для коэффициента избытка воздуха αух необходимо рассчитать энтальпии для температур 100 и 200°С. Аналогично для первой ступени водяного экономайзера 200 < tэк1 < 400 оС, следовательно для αэк1 определяется три значения энтальпии для tэк - 200; 300 и 400 °С, аналогично определяются энтальпии для других поверхностей нагрева. Для топки и фестона (энтальпия одинакова, т.к. Δαф= 0) энтальпии продуктов сгорания определяются в пределах 800 - 2200°С через каждые 100°С.
В таблице 3.2 очерчены области возможных изменений энтальпии для каждой поверхности нагрева. Энтальпию следует рассчитывать для значений температур лежащих внутри обозначенной области.
Между двумя соседними значениями энтальпии определяется разность ΔН, например ΔН = Н200 – Н100, где Н200, Н100 – энтальпии продуктов сгорания при температурах 100 и 200°С соответственно.
Величина
ΔН
необходима для контроля правильности
составления Н
- t
таблицы. При правильно рассчитанных
величинах энтальпии Н
величины ΔН
для принятого коэффициента избытка
воздуха монотонно возрастают при
увеличении температуры продуктов
сгорания. Нарушение указанной
закономерности указывает на ошибки в
определении
.
Аналогично, если значения Н
,
не ложатся на графике на кривую Н
- t.
Построение Н
- t
графика (Рис. 3.1) следует делать на
миллиметровой бумаге. Рекомендуемый
масштаб температуры 10
÷ 20 °С/мм,
масштаб энтальпии 100
÷ 200 кДж/мм.
Результаты расчётов представляются в виде таблиц. Объёмы продуктов сгорания таблица 3.1 и энтальпии воздуха и продуктов сгорания таблица 3.2.
Рис. 3.1 График зависимости энтальпии продуктов полного сгорания топлива от температуры продуктов сгорания по газоходу котла H = f(t)
Таблица 3.1
Теоретические объёмы воздуха и продуктов сгорания топлива V0= м3/кг; VRO2= м3/кг; V0N2= м3/кг; V0 H20= м3/кг. |
|||||||
Величины |
Размерность |
Газорасходы |
|||||
Топка, фестон |
Пароперегреватель |
Водяной экономайзер II ступени |
Воздухоподогреватель II ступень |
Водяной экономайзер I ступени |
Воздухоподогреватель I ступень |
||
Коэффициент избытка воздуха в газоходе α |
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значения коэффициента избытка воздуха в газоходе
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительный объём паров
|
м3/кг |
|
|
|
|
|
|
Действительный объём продуктов сгорания
|
м3/кг |
|
|
|
|
|
|
Объёмная доля трёхатомных газов
|
|
|
|
|
|
|
|
Объёмная доля водяных паров
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса продуктов сгорания |
кг/кг |
|
|
|
|
|
|
Концентрация золы в продуктах сгорания
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.2
Темп υ0с |
Энтпльп. газов H0r,кДж/кг |
Энтальп. воздуха H0в, кДж/кг |
Энтальп. золы H0зл,кДж/кг (Для жидкого топлива H0зл= 0) |
Hr=H0r+(αср-1)H0в+Hзл |
|||||||||||
α |
α = |
α |
α |
α |
α |
||||||||||
Н |
ΔН |
Н |
ΔН |
Н |
ΔН |
Н |
ΔН |
Н |
ΔН |
Н |
ΔН |
||||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
__ |
__ |
_ |
__ |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
|
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
900 |
|
|
|
__ |
__ |
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1100 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1300 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1400 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1500 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1600 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1700 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1800 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1900 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2100 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2200 |
|
|
|
__ |
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=
=
=
=
=