7.2. Пример расчета теплового баланса котла

Используемое топливо (каменный уголь) имеет по заданию низшую теплоту сгорания МДж/кг. Принимаем, что .

Из таблицы 5 для каменного угля, сжигаемого в слоевой топке, находим потери от химической неполноты сгорания q₃ = 1,0 % и потери от механической неполноты сгорания q₄ = 6,0 %. Температура холодного воздуха t_хв = t_хво= 25 С.

Энтальпия теоретически необходимого объема холодного воздуха

кДж/кг.

Составление теплового баланса котлоагрегата выполним отдельно для двух вариантов конструкции.

7.2.1. Вариант "с" – с установкой экономайзера

Потери теплоты с уходящими газами

кДж/кг;

%.

Из таблицы 6 для котлоагрегата КЕ-10-23 находим % и вычисляем КПД "брутто" котла с экономайзером

%.

Из расчета тепловой схемы котельной находим

кг/с; кДж/кг;

кДж/кг; кДж/кг; %.

Расход топлива, подаваемого в топку

кг/с.

Расчетный расход твердого топлива с учетом неполноты его сгорания

кг/с.

7.2.2. Вариант "б" – без установки экономайзера

Потери теплоты с уходящими газами

кДж/кг;

%.

Так как экономайзер в котлах располагается в виде отдельного агрегата, то его отсутствие уменьшает тепловые потери в окружающую среду. Из таблицы 6 находим % и затем вычисляем КПД котла "брутто"

%.

Расход топлива, подаваемого в топку, изменится только за счет изменения КПД котла . Поэтому

кг/с.

Расчетный расход топлива с учетом неполноты его сгорания

кг/с.

8. Расчет годового расхода и экономии топлива

8.1. Общие положения

Для сравнения экономичности котлоагрегатов различной компоновки необходимо определить годовой расход топлива в одном котельном агрегате при номинальной нагрузке. Учитывая, что график расхода теплоты (свежего пара) для упрощения расчетов не задан, можно принять

,

где D_год – годовой расход пара, вырабатываемого одним котлом, кг/год;

6600 – условное число часов работы одного котла при номинальной нагрузке в течение года, ч/год;

3600 – число секунд в одном часе, с/ч.

Возрастание удельной энтальпии рабочей среды в котлоагрегате равно и не зависит от установки экономайзера или его площади.

Годовой расход теплоты в котлоагрегате

, ГДж/год.

Годовой расход топлива для котлоагрегата

, кг/год.

В общем случае применение экономайзера приводит к увеличению и, следовательно, к снижению затрат топлива. Годовая экономия топлива может быть условно определена при сравнении годового расхода топлива варианта котлоагрегата без экономайзера и варианта с экономайзером.

8.2. Пример расчета расхода и экономии топлива

Годовой расход пара, вырабатываемого одним котлом:

кг/год.

Приращение энтальпии рабочей среды в котлоагрегате

кДж/кг.

Годовой расход теплоты

ГДж/год.

Годовой расход топлива для двух вариантов

кг/год = 7204 т/год;

кг/год = 7663 т/год.

Годовая экономия топлива на одном котлоагрегате вследствие использования экономайзера для подогрева питательной воды равна

т/год.

9. Тепловой и конструктивный расчет экономайзера

9.1. Основы теплового расчета экономайзера

Водяной экономайзер представляет собой поверхностный рекуперативный теплообменник и используется для подогрева питательной воды перед подачей ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижается температура уходящих газов и потери теплоты с ними, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе в районе экономайзера. Присосы воздуха в газоходе не только снижают КПД котла , но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (на привод дымососа).

Исходными данными для расчета водяного экономайзера являются:

1. температура питательной воды перед экономайзером t_пв1, С, которую считаем равной температуре деаэрированной воды (повышением температуры в питательном насосе ПН пренебрегаем): t_пв1 = t_s (р₂) = t₂;

2) температура уходящих газов перед экономайзером: t_ух1, С;

3) температура уходящих газов после экономайзера: t_ух2, С.

Тепловым расчетом экономайзера определяются:

1) температура питательной воды после экономайзера: t_пв2, С;

2) площадь теплопередающей поверхности нагрева экономайзера F_э, м².

Теплота, отдаваемая газовым потоком (уходящие газы и присосанный извне воздух) питательной воде, называется тепловосприятием экономайзера. Она определяется из уравнения теплового баланса с учетом тепловых потерь

, кДж/кг, (35)

где – теплота, отдаваемая газовым потоком;

 – коэффициент сохранения тепла газового потока, который учитывает тепловые потери , кДж/кг, в окружающую среду в экономайзере. Они равны

.

Коэффициент сохранения тепла

.

Затем определяется энтальпия питательной воды, выходящей из экономайзера в барабан котла

, кДж/кг, (36)

где – энтальпия питательной воды, поступающей из деаэратора после насоса ПН в экономайзер (т.е. увеличением энтальпии при сжатии воды в ПН пренебрегаем), кДж/кг.

Если энтальпия воды после водяного экономайзера меньше энтальпии воды в состоянии насыщения при действующем после насоса давлении р₁, т.е. выполняется условие , то экономайзер является некипящим. В этом случае температура воды после экономайзера определяется по её энтальпии

.

Если же энтальпия воды после экономайзера больше или равна энтальпии воды в состоянии насыщения при давлении р₁, т.е. , то водяной экономайзер является кипящим. В этом случае t_пв2 = t_s (p₁) = t₁ и применяются только стальные змеевиковые экономайзеры. Паросодержание (степень сухости) воды на выходе кипящего экономайзера

, %.

Затем определяется площадь F_э поверхности нагрева экономайзера

, м², (37)

где k_э – коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/(м²К);

t_э – средний температурный напор теплопередачи, С.

В ребристых чугунных экономайзерах скорость продуктов сгорания обычно составляет 6…8 м/с. Значение коэффициентов теплопередачи при этих скоростях составляет 0,0155…0,0215 кВт/(м²К) (см. таблицу А.2).

Средний температурный напор в экономайзере

, С, (38)

где t_б – разность температур теплоносителей (уходящие газы – питательная вода) на том конце поверхности, где она наибольшая, С;

t_м – разность температур теплоносителей на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, С.

При любых значениях температур при прочих равных условиях наибольший температурный напор t_э достигается при использовании противоточной схемы движения сред и наименьший – при прямотоке, в связи с чем рекомендуется применение противоточной схемы.

Если паросодержание питательной воды на выходе экономайзера лежит в интервале х_пв2 = 0…30 %, то температурный напор для экономайзеров рассчитывается по формуле (36), но вместо температуры воды t_пв2 на выходе из экономайзера в эту формулу подставляется условная температура воды

, С, (39)

где – количество тепла, затраченное на парообразование в водяном экономайзере, кДж/кг.

После определения площади F_э поверхности нагрева производится конструктивный расчет экономайзера.