Тепловой баланс котла и расход топлива
Объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, сведённые в таблицы.
Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях (О °С и 101,3 кПа).
Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания заданного топлива при полном его сгорании (а = 1) принимаются по таблице XIII Приложения и заносятся в таблицу 5.4. Таблица 5.4. Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания
Таблица 5.4. Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания
| Наименование величины | Условное обозначение | Величина, м3/м3 |
| 1. Теоретический объём воздуха |
| |
| 2. Теоретические объёмы продуктов сгорания: - трехатомных газов |
 = 
| |
| - азота | 
| |
| - водяных паров | 
|
Объемы газов при полном сгорании топлива и а > 1 определяются для каждого газохода по формулам, приведенным в таблице 5.5. Данные расчетов заносятся в эту же таблицу.
Таблица 5.5. Действительные объемы газов (м3 /м3) и их объемные доли при > 1
| Величина | Поверхность нагрева | |||
| топка | первый конвективный пучок | второй конвективный пучок | экономайзер | |
| 1. =ср | ||||
2.  = + 0,0161(-1) 
| ||||
3.  =  + + + (-1) 
| ||||
4.  = 
| ||||
5.  = 
| ||||
6.  = +
| ||||
7. 
|
Пояснения к таблице 5.5
Коэффициент избытка воздуха а = аcp принимается по таблице 5.3;
берутся из таблицы 5.4,м3/м3 ;
- объем водяных паров при а > 1, м3/кг;
- объем дымовых газов при а > 1, м3 /кг;
- объемная доля водяных паров;
- объемная доля трехатомных газов;
- объемная доля водяных паров и трехатомных газов;
– масса дымовых газов;
= 
+ 
+ 1,306 
, кг/м3,
где:
- = 
– плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/м3; принимается по таблице 5.1;
- 
= 10 г/м3 – влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м3 сухого газа.
| Таблица 5.6. Энтальпии 1 м3 воздуха и продуктов сгорания |
| °C | (c)CO2 | (c)N2 | (c)H2O | (c)в |
| кДж/м3 | ||||
| - | ||||
Пояснения к таблице 5.6
Энтальпии 1 м3 углекислого газа азота водяных паров и воздуха принимаются по данным таблицы XIV Приложения.
Таблица 5.7. Энтальпии воздуха и продуктов сгорания при а >1 (/-S-таблица)
| Поверхности нагрева | (t), °С | I0.г | I0.в | (-1)I0.в | Iг | Iг |
| кДж/м3 | ||||||
| Топка, вход в первый конвективный пучок и пароперегреватель т= | ||||||
Продолжение таблицы 5.7
| Поверхности нагрева | (t), °С | I0.r | I0.в | (-1) I0.в | Iг | Iг |
| кДж/м3 | ||||||
| Первый конвективный пучок и пароперегреватель (вход во второй конвективный пучок) к.пI = | ||||||
| Второй конвективный пучок (вход в экономайзер) к.пII = | ||||||
| Экономайзер эк = | ||||||
Пояснения к таблице 5.7
Данные для расчета энтальпий принимаются из таблиц 5.4 и 5.6.
Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха = 1 и температуре газов , °С, принимается по таблице XVI Приложения или рассчитывается по формуле
I0.г = VHRO2 (c)CO2 + VH0.N2 (c)N2 + VH0.H2O (c)H2O , кДж/м3. (5-2)
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания газа при температуре t, °С, принимается по таблице XVI Приложения или определяется по формуле
I0.в=VН0 (с)в , кДж/м3. (5-3)
Энтальпия действительного объема дымовых газов на 1 м3 топлива при температуре , °С,
Iг = I0.г + (-1)I0.в , кДж/м3. (5.4)
Изменение энтальпии газов
Iг = Iгi-1 – Iгi, кДж/м3, (5.5)
где Iгi - расчетное значение энтальпии, кДж/м3;
Iгi-1 - предыдущее по отношению к расчетному значение энтальпии, кДж/м3.
Показатель Iг снижается по мере уменьшения температуры газов , °С. Нарушение этой закономерности указывает на наличие ошибок в расчете энтальпий.
Таблицей 5.7 придется постоянно пользоваться в дальнейших расчетах. По ней определяется энтальпия по известной температуре или температура по известной энтальпии. Расчеты ведутся методом интерполяции по следующим формулам:
- энтальпия по заданной температуре
I = 
( 
, кДж/м3 , (5.6)
или
I = 
( 
, кДж/м3 , (5.7)
- температура по заданной энтальпии I
= 
( 
, С, (5.8)
или
= 
( 
, С, (5.9)
где энтальпии газов Imin , Imax принимаются по графе Iг , а энтальпии воздуха Imin , Imax – по графе I0.в таблицы 5.7.
Тепловой баланс котла и расход топлива
Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемого располагаемым теплом Qр, и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2, Qз, Q4, Q5, Q6. На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.
Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг (1 м3 ) топлива при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид:
QP + Qв.вн +Qф = Q1 + Q2 +Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , кДж/м3 ,
где QP – располагаемое тепло топлива, кДж/м3;
Qв.вн – тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/м3;
Qф – тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром), кДж/м3;
Q1 – полезно использованное тепло, кДж/м3;
Q2 – потеря тепла с уходящими газами, кДж/м3;
Q3 – потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м3;
Q4 – потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м3;
Q5 – потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м3;
Q6 – потеря с теплом шлака, кДж/м3;
В условиях курсового проектирования при сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Qв.вн, Qф, Q4 и Q6 равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:
QP = Q1 + Q2 +Q3 + Q5 , кДж/м3,
Располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива
QP = Qdi + iтл , кДж/м3 ,
Коэффициент полезного действия котла (брутто)
к = 100 – q ,% . (6.10)
Расход топлива
Расход топлива, подаваемого в топку котла,
B= 
, м/с3, (6.14)
где Qк – полезно использованная теплота в котле, кВт;
Qp – располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3;
– коэффициент полезного действия котла, %.