Тепловые потери и КПД котла

2.4.2 Тепловые потери и КПД котла

Потери тепла обычно выражаются в % от располагаемого тепла топлива:

  и т.д. (2.4.2-1)

Потеря тепла с уходящими газами в атмосферу определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева (экономайзера) и холодного воздуха:

, (2.4.2-2)

где I_ух = I^Н _ЭК – энтальпия уходящих газов. Определяется интерполяцией по данным таблицы 7 по заданной температуре уходящих газов t_ух°С:

, кДж/м³. (2.4.2-3)

α_ух = α^Н_ЭК – коэффициент избытка воздуха за экономайзером (см. табл.3);

I_0.х.в. – энтальпия холодного воздуха,

I_0.х.в = (ct)_в*V^H₀ = 39,8*V^H₀,кДж/м³, (2.4.2-4)

где (ct)_в = 39,8 кДж/м³ – энтальпия 1 м³ холодного воздуха при t_х.в. = 30°С; V^H₀ – теоретический объем воздуха, м³/м³ (см. табл. 4) = 9,74 м³/м³.

I_0.х.в = (ct)_в*V^H₀ = 39,8*9,74 = 387,652 кДж/м³, (2.4.2-5)

По таблице параметров паровых котлов t_ух = 162°С,

,(2.4.2-6)

 (2.4.2-7)

Потеря тепла от химической неполноты сгорания q₃ , %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н₂, СН₄ и др.). Для проектируемого котла принимаем

q₃ = 0,5%.

Потеря тепла от наружного охлаждения q₅ , %, принимается по таблице 8 в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с,

кг/с, (2.4.2-8)

где D, т/ч – из исходных данных = 6,73 т/ч.

Таблица 8 – Потери теплоты от наружного охлаждения парового котла с хвостовыми поверхностями

Номинальная паропроизводительность котла D, кг/с (т/ч)	Потеря теплоты q5 , %
1,67 (6)	2,4
2,78 (10)	1,7
4,16 (15)	1,5
5,55 (20)	1,3
6,94 (25)	1,25

Находим приблизительное значение q₅ , %, для номинальной паропроизводительности 6,73 т/ч.

 (2.4.2-9)

Суммарная потеря теплоты в котле:

Σq = q₂ + q₃ + q₅ = 4,62 + 0,5 + 1,93 = 7,05 % (2.4.2-10)

Коэффициент полезного действия котла (брутто):

η_К = 100 – Σq = 100 – 7,05 = 92,95 %. (2.4.2-11)

2.4.3 Полезная мощность котла и расход топлива

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:

, кВт, (2.4.3-1)

где =  - количество выработанного насыщенного пара = 1,87 кг/с,

 - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; определяется по давлению и температуре насыщенного пара (Р_НП = 14,0 кгс/см² (1,4 МПа); t_НП = 195,1 °С):

 кДж/кг.

 - энтальпия питательной воды, кДж/кг,

, кДж/кг, (2.4.3-2)

где с_П.В. @ 4,19 кДж/(кг*°С) – теплоемкость воды;

t_П.В. – температура питательной воды = 83°С;

 кДж/кг; (2.4.3-3)

 - энтальпия кипящей воды, кДж/кг, определяется по таблице 9 по давлению насыщенного пара Р_НП = 14,0 кгс/см² (1,4 МПа):

Давление насыщенного пара, РПЕ, МПа	Температура насыщения, tS, °C	Удельный объем кипящей воды, v’, м3/кг	Удельный объем сухого насыщенного пара, v’’, м3/кг	Удельная энтальпия кипящей воды, i’, кДж/кг	Удельная энтальпия сухого насыщенного пара, i’’, кДж/кг
1,25	189,82	0,0011412	0,15698	806,8	2785,2
1,27	190,54	0,0011422	0,15436	810,0	2785,7
1,3	191,61	0,0011438	0,15117	814,8	2786,5
1,35	193,35	0,0011464	0,14579	822,6	2787,7
1,37	194,03	0,0011474	0,14378	825,6	2788,2
1,4	195,05	0,0011489	0,14077	830,1	2788,9

 кДж/кг, (2.4.3-4)

 - расход воды на продувку котла, кг/с:

, кг/с; (2.4.3-5)

где a_ПР – доля непрерывной продувки = 4 %;

D – паропроизводительность котла = 1,87 кг/с.

 кг/с (2.4.3-6)

 кВт (2.4.3-7)

Расход топлива, подаваемого в топку котла:

, м³/с, (2.4.3-8)

где Q_K – полезно использованная теплота в котле, кВт;

Q_Р – располагаемое тепло 1м³ газообразного топлива, кДж;

h_К – коэффициент полезного действия котла, %.

м³/с. (2.4.3-9)

Таблица 10 – Расчет теплового баланса.

Наименование	Обозначение	Расчетная формула	Единица измерения	Расчетное значение
1	2	3	4	5
Располагаемая теплота топлива	QP	QPС + Qв.вн	кДж/м3	36 800
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания			%	0,5
Потеря теплоты от механической неполноты сгорания		По рекомендации [1]	%	0
Температура уходящих газов	tух	По рекомендации [2]	°С	162
Энтальпия уходящих газов	Iух		кДж/м3	2160,0833
Температура холодного воздуха	tХВ	По заданию	°С	30
Энтальпия холодного воздуха	I0.х.в	tХВ*VH0	кДж/м3	387,652
Потеря теплоты с уходящими газами			%	4,62
Потеря теплоты от наружного охлаждения			%	1,93
КПД котла	h	100 – Σq	%	92,95
Коэффициент сохранения теплоты	j		-	0,98
Температура питательной воды	tПВ	По заданию	°С	83
Температура насыщенного пара	tНП	По заданию	°С	195,1
Температура перегретого пара	tПЕ	По заданию	°С	210
Энтальпия питательной воды			кДж/кг	347,77
Энтальпия насыщенного пара		По таблице 3	кДж/кг	2788,4
Энтальпия перегретого пара		По таблице 3	кДж/кг	2828,9
Величина продувки	aПР	По заданию	%	4
Полезно используемая теплота	QR		кВт	4631,44
Полный расход топлива	B		м3/с	0,135
Расчетный расход топлива	BP		м3/с	0,135

2.5 Расчет топки (поверочный) 2.5.1 Геометрические характеристики топки

Расчет площади поверхностей, ограждающих объем топочной камеры.

Границами объема топочной камеры являются осевые плоскости экранных труб или обращенные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя, а в местах, не защищенных экранами, - стены топочной камеры и поверхность барабана, обращенная в топку. В выходном сечении топки и камеры догорания объем топочной камеры ограничивается плоскостью, проходящей через ось левого бокового экрана. Поскольку поверхности, ограждающие объем топочной камеры, имеют сложную конфигурацию, для определения их площади поверхности разбивают на отдельные участки, площади которых затем суммируются. Площадь поверхностей, ограждающих объем топочной камеры, определяются по чертежам котла.

Рисунок 2 – К определению границ расчетного объема топочной камеры котла.

Площадь потолка, правой боковой стенки и пода топки:

, м², (2.5.1-1)

где  - длины прямых участков потолка, боковой стенки и пола; а – глубина топки = 2695 мм.

, м², (2.5.1-2)

Площадь левой боковой стенки:

, м². (2.5.1-3)

Площадь фронтовой и задней стенки:

, м². (2.5.1-4)

Общая площадь ограждающих поверхностей:

, м². (2.5.1-5)

Расчет лучевоспринимающей поверхности топочных экранов и выходного экрана топки

Таблица 11 – Геометрические характеристики топочных экранов

№	Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Фронтовой экран	Задний экран	Боковой экран
				левый	правый
1	2	3	4	5	6
1	Наружный диаметр труб d, мм	51	51	51	51
2	Шаг экранных труб S, мм	55	55	55	55
3	Относительный шаг экранных труб s	1,078	1,078	1,078	1,078
4	Расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е, мм	25	25	25	25
5	Относительное расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е	0,4673	0,4673	0,4673	0,4673
6	Угловой коэффициент х	0,96	0,96	0,96	0,96
7	Расчетная ширина экрана bэ, мм	1790	1790	2695	2695
8	Число труб экрана z, шт.	33	33	50	50
9	Средняя освещенная длина труб экрана , мм	2400	2400	2750	6776
10	Площадь стены Fпл, занятой экраном, м2	4,296	4,296	5,525	15,853
11	Лучевоспринимающая поверхность экрана Нэ, м2	4,124	4,124	5,304	15,22

Где  - относительный шаг экранных труб,  - относительное расстояние от оси трубы до обмуровки, b_э – расчетная ширина экрана - расстояние между осями крайних труб экрана, принимается по чертежам.

z – число труб экрана, принимается по чертежам или рассчитывается по формуле:

, шт., количество труб округляется до целого числа. (2.5.1-6)

 - средняя освещенная длина трубы экрана, определяется по чертежу.

Замер длины трубы экрана производится в объеме топочной камеры от места вальцовки трубы в верхний барабан или коллектор до места вальцовки трубы в нижний барабан.

Площадь стены занятой экраном:

F_пл = b_э*l_э*10^-6, м² (2.5.1-7) Лучевоспринимающая поверхность экранов: Н_э = F_пл * х, м² (2.5.1-8) Таблица 12 – Геометрические характеристики топочной камеры

№	Наименование, условное обозначение, единицы измерения	Величина
1	Площадь стен топки FСТ, м2	29,97
2	Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры, НЛ, м2	28,772
3	Высота топочной камеры hт.к., м	2,4
4	Высота расположения горелок hг, м	1,372
5	Относительная высота расположения горелок, ХГ	0,572
6	Активный объем топочной камеры Vт.к., м3	11,578
7	Степень экранирования топочной камеры c	0,96
8	Эффективная толщина излучающего слоя s, м	1,39

Площадь стен топки F_СТ принимается по формуле 2.5.1-5.

Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры вычисляется суммированием лучевоспринимающей поверхности экранов по таблице 11.

Высота расположения горелок и высота топочной камеры замеряется по чертежам.

Относительная высота горелки:

. (2.5.1-9)

Активный объем топочной камеры:

 (2.5.1-10)

Степень экранирования топочной камеры:

 (2.5.1-11)

Эффективная толщина излучающего слоя в топке:

 (2.5.1-12)