Принципиальная схема котельного агрегата [1]

2. Принципиальная схема котельного агрегата [1]

Рисунок 1 – Принципиальная схема котельного агрегата

В котельном агрегате вода подается питательным насосом 1 в подогреватель ( водяной экономайзер) 2, где за счет теплоты дымовых газов (показаны пунктиром) подогревается до температуры кипения . Из экономайзера вода попадает через барабан 5 и опускные трубы 4 в систему испарительных трубок 3, которые расположены в топке котла. В испарительных трубках в результате подвода теплоты от продуктов горения часть воды превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная эмульсия возвращается в барабан 5, где разделяется на сухой насыщенный пар и воду, которая опять возвращается в испарительный контур. Полученный таким образом сухой насыщенный пар из верхней части барабана поступает в пароперегреватель 6, где за счет теплоты горячих дымовых газов перегревается до требуемой температуры перегретого пара .

Таким образом, процесс получения перегретого пара состоит из трех п последовательных стадий: подогрев воды до температуры кипения, парообразования и е перегрева пара до требуемой температуры. Все эти стадии протекают при постоянном давлении.

3. Теплотехнические расчеты котельного агрегата

3.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

Коэффициент избытка воздуха за установкой

,

Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива

,

м3/м3.

Объем трехатомных газов

,

 м3/м3.

Теоретический объем азота

,

 м3/м3.

Объем избытка воздуха в топочном пространстве

,

м3/м3.

Объем водяных паров

,

 м3/м3.

Объемное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании  топлива

,

. м3/м3.

Плотность топливного газа при нормальных условиях

,

кг/м3.

Массовое количество дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива

,

 кг/м3.

Определим калориметрическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при температуре 1400 и 2000 °С

,

кДж/кг,

кДж/кг.

где , , ,  - Средние объемные изобарные теплоемкости углекислого газа, азота, водяных паров и воздуха;

Энтальпию продуктов сгорания  при калориметрической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки, для двух случаев

а. с воздухоподогревателем

,

 кДж/м3.

где - физическое тепло топлива, ввиду его малости можно принять ;

 - физическое тепло воздуха;

,

кДж/м3.

где  - температура воздуха;

 - средняя изобарная объемная теплоемкость воздуха при;

б. без воздухоподогревателя

,

кДж/м3

Зная  и  по ht – диаграмме определяем калориметрические температуры горения  и

Построили диаграмму - продуктов сгорания и определили  и , которые равны °С и °С.

Определяем энтальпию уходящих газов

а. с воздухоподогревателем

,

б. без воздухоподогревателя

,

Для этого случая определяем приближенное значение температуры уходящих газов  без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего

,

где 1,295 и 1,293 – плотности дымовых газов и воздуха при нормальных условиях;

 - средняя изобарная массовая теплоемкость газов,

принимаем ;

 - средняя изобарная массовая теплоемкость воздуха,

принимаем ;

отсюда

,

°С.

3.2 Расчет процесса горения и - диаграмма продуктов сгорания топлива

Исходные данные содержание компонентов смеси

CH4	C2H6	C3H8	C4H10
98.000	0,400	0.200	0.000
C5H12	H2S	H2	H2O
0.000	0.000	0.000	0.000
O2	CO	CO2	N2
0.000	0.100	0.000	1.300

Q – НИЗШАЯ ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ, кДж/м3 Q = 36700.000

Определяем энтальпию продуктов сгорания

Т/А	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8
0.0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
100.0	1462,075	1712,302	1962,529	2212,756	2462,984
200.0	2943,884	3446,974	3950,063	4453,152	4956,242
300.0	4482,032	5242,573	6003,114	6763,654	7524,195
400.0	6042,497	7065,550	8088,603	9111,656	10134,709
500.0	7662,754	8955,125	10247,495	11539,866	12832,237
600.0	9316,992	10883,935	12450,878	14017,821	15584,763
700.0	11012,272	12859,842	14707,412	16554,982	18402,552
1400.0	23754,819	27674,749	31594,680	35514,610	39434,541
1500.0	25666,249	29893,366	34120,483	38347,600	42574,717
1600.0	27594,377	32131,034	36667,691	41204,348	45741,005
1700.0	29542,715	34389,814	39236,913	44084,013	48931,112
1800.0	31495,488	36655,757	41816,026	46976,294	52136,563
1900.0	33466,855	38904,961	44343,066	49781,172	55219,277
2000.0	35445,070	41235,243	47025,416	52815,590	58605,763
2100.0	37439,057	43544,581	49650,105	55755,629	61861,153
2200.0	39439,580	45863,258	52286,936	58710,615	65134,293
2300.0	41440,367	48182,919	54925,472	61668,024	68410,576
2400.0	43456,609	50520,344	57584,079	64647,814	71711,550
2500.0	45472,713	52855,617	60238,522	67621,427	75004,332

Т/А	2.0	3.0	3.5	4.0	4.5
0.0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
100.0	2713,211	3964,347	4589,915	5215,483	5841,051
200.0	5459,331	7974,778	9232,501	10490,225	11747,948
300.0	8284,736	12087,439	13988,791	15890,143	17791,495
400.0	11157,762	16273,028	18830,661	21388,294	23945,927
500.0	14124,607	20586,460	23817,387	27048,313	30279,240
600.0	17151,706	24986,421	28903,778	32821,135	36738,493
700.0	20250,122	29487,972	34106,897	38725,822	43344,747
1400.0	43354,471	62954,123	72753,949	82553,775	92353,601
1500.0	46801,834	67937,418	78505,211	89073,003	99640,796
1600.0	50277,662	72960,947	84302,589	95644,232	106985,875
1700.0	53778,212	78013,709	90131,457	102249,206	114366,954
1800.0	57296,832	83098,175	95998,847	108899,518	121800,190
1900.0	60657,383	87847,911	101443,175	115038,439	128633,703
2000.0	64395,936	93346,802	107822,235	122297,667	136773,100
2100.0	67966,677	98494,296	113758,106	129021,916	144285,726
2200.0	71557,972	103676,363	119735,559	135794,755	151853,951
2300.0	75153,128	108865,890	125722,270	142578,651	159435,031
2400.0	78775,285	114093,961	131753,299	149412,637	167071,975
2500.0	82387,237	119301,761	137759,023	156216,285	174673,547

Т/А	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0
0.0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
100.0	6466,619	7092,187	7717,755	8343,323	8968,891
200.0	13005,671	14263,395	15521,118	16778,842	18036,565
300.0	19692,846	21594,198	23495,550	25396,902	27298,254
400.0	26503,559	29061,192	31618,825	34176,458	36734,091
500.0	33510,166	36741,093	39972,019	43202,946	46433,873
600.0	40655,850	44573,207	48490,564	52407,922	56325,279
700.0	47963,672	52582,597	57201,522	61820,447	66439,372
1400.0	102153,427	111953,253	121753,079	131552,905	141352,731
1500.0	110208,588	120776,380	131344,173	141911,965	152479,757
1600.0	118327,517	129669,160	141010,802	152352,445	163694,088
1700.0	126484,703	138602,452	150720,200	162837,949	174955,697
1800.0	134700,862	147601,533	160502,205	173402,877	186303,548
1900.0	142228,967	155824,231	169419,495	183014,758	196610,022
2000.0	151248,533	165723,966	180199,399	194674,832	209150,265
2100.0	159549,536	174813,346	190077,156	205340,965	220604,775
2200.0	167913,147	183972,343	200031,539	216090,735	232149,931
2300.0	176291,412	193147,792	210004,173	226860,554	243716,934
2400.0	184731,313	202390,651	220049,989	237709,327	255368,665
2500.0	193130,809	211588,071	230045,333	248502,596	266959,858

Сумма теплоты сгорания топлива и физической теплоты подогретого воздуха

Т/А	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8
0.0	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000
100.0	36728,386	36974,064	37219,741	37465,418	37711,096
200.0	37969,431	38463,317	38957,203	39451,089	39944,975
300.0	39232,768	39979,322	40725,876	41472,429	42218,983
400.0	40521,233	41525,479	42529,726	43533,972	44538,219
500.0	41841,720	43110,064	44378,408	45646,752	46915,096
600.0	43188,278	44725,934	46263,590	47801,246	49338,901
700.0	44564,215	46377,058	48189,901	50002,744	51815,587

Т/А	2.0	3.0	3.5	4.0	4.5
0.0	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000
100.0	37956,773	39185,159	39799,353	40413,546	41027,739
200.0	40438,862	42908,292	44143,008	45377,723	46612,439
300.0	42965,537	46698,305	48564,689	50431,073	52297,457
400.0	45542,465	50563,698	53074,314	55584,931	58095,547
500.0	48183,440	54525,159	57696,019	60866,879	64037,739
600.0	50876,557	58564,835	62408,975	66253,114	70097,253
700.0	53628,430	62692,645	67224,752	71756,859	76288,967

Т/А	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0
0.0	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000	35500,000
100.0	41641,932	42256,125	42870,319	43484,512	44098,705
200.0	47847,154	49081,870	50316,585	51551,300	52786,016
300.0	54163,841	56030,226	57896,610	59762,994	61629,378
400.0	60606,164	63116,780	65627,396	68138,013	70648,629
500.0	67208,599	70379,459	73550,319	76721,179	79892,039
600.0	73941,392	77785,532	81629,671	85473,810	89317,949
700.0	80821,074	85353,182	89885,289	94417,397	98949,504

Q=35500 кДж/м3

100

200

300

400

500

600

700

3.3 Тепловой баланс котельного агрегата

Расчет теплового баланса производится по уравнению

, (3.1)

где  - располагаемая или внесенная в котельный агрегат теплота;

 - низшая теплота сгорания топлива;

 - полезно использованная в котельном агрегате теплота;

 - потери теплоты с уходящими газами;

 - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

 - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

 - потери теплоты от наружного охлаждения;

 - потери с физическим теплом шлака;

Разделив обе части уравнения (3.1) на  и умножив на 100, получим уравнение теплового баланса

,

в котором величина

,

численно равна КПД котельного агрегата.

При сжигании газообразного топлива принимаем

;

;

Зная коэффициент αТ=1,20, выбираем горелку. Нам подходит камерная топка для сжигания жидких и газообразных топлив, с потерей теплоты от химической неполноты сгорания q3=2.8%.

По паропроизводительности котельного агрегата, которая равна D=21 т/ч, можно определить потери тепла на наружное охлаждение q5=1,28%.

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

кДж/нм3

Потери теплоты с уходящими газами определяем для двух случаев [1]

а. с воздухоподогревателем

,

%.

б. без воздухоподогревателя

,

%.

где  при t0=0°C;

КПД брутто котельного агрегата

а. с воздухоподогревателем

,

%.

б. без воздухоподогревателя

,

%.

Часовой расход натурального топлива

а. с воздухоподогревателем

,

м3/ч.

где D – паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч;

 - энтальпия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара по  и ;

 - энтальпия питательной воды при температуре  и ;

 - энтальпия котловой воды в котельном агрегате, определяется при температуре  и ;

б. без воздухоподогревателя [1]

,

 м3/ч.

Часовой расход условного топлива

а. с воздухоподогревателем

,

 м3/ч

б. без воздухоподогревателя

,

 м3/ч.

Диаграмма тепловых потоков

Рисунок 4 - Диаграмма тепловых потоков (кДж/м3) котельного агрегата