РОЗХІД ТЕПЛА. ТЕПЛОВІ ВТРАТИ
Витратна частина теплового балансу складається з корисно використаного тепла Q1 і суми теплових втрат. В загальному випадку, коли котел виробляє насичену, перегріту і охолоджену пару, його корисна теплова потужність рівна, кВт
(3.6)
де iпп, iпв, iх, iох , 
i'–ентальпії перегрітої,вологої насиченої,охолодженої пари,
киплячої та живильної води відповідно, кДж/кг; Dпр – кількість води, що продувається з котла, кг/с
Коефіцієнт корисної дії котла ηк , % представляє собою відношення корисно використаного тепла до загального, виражене у відсотках:
(3.7)
Теплові втрати у котлі складаються із втрати від неповноти згоряння,
втрати тепла з вихідними газами та втрати тепла в навколишнє середовище через обшивку котла.
Відносна втрата тепла від неповноти згорання q3 – обумовлена наявністю у вихідних газах продуктів неповного окислення горючих компонентів палива. Її величина в розрахунках приймається рівною 0,5%.
Відносна втрата тепла в навколишнє середовище q5 обернено пропорційна продуктивності котла. Її величину приймають рівною 1,0 – 2,5 % або знаходять по емпіричній залежності:
(3.8)
де Dк – паропродуктивність котла, кг/с.
В процесі виконання теплового розрахунку котла q5 враховують за допомогою коефіцієнта збереження тепла:
(3.9)
Втрата тепла з вихідними газами q2 є найбільшою і рівна 5 – 25 %
залежно від типу котла. Її величина визначається за формулою:
(3.10)
Знаючи величину втрати тепла з вихідними газами, можна визначити ентальпію продуктів згорання кДж/кг, що покидають котел:
(3.11)
а потім по діаграмі I – t знайти температуру вихідних газів.
Розподіл складових теплового балансу допоміжного котла представлений на рис. 3.1.
МЕТОДИКА СКЛАДАННЯ ПОПЕРЕДНЬОГО ТЕПЛОВОГО
БАЛАНСУ
Початкові дані для виконання заняття приведені в табл. 3.3. Для
розрахунків буде потрібно:
- робочий тиск пари в котлі Рк, МПа;
- паропродуктивність котла Dк, кг/с, в тому числі:
- по перегрітій парі Dпп;
- по охолодженій парі Dох;
- температура насичення ts, °С (таблиці води і пари по Рк).
- температура перегрітої пари tпп, °С;
- температура охолодженої пари tох (задана або приймається рівною
ts +(15 ÷ 40)°С;
- температура живильної води tпв, °С;
- температура підігрівання палива tт, °С;
- ентальпія води в стані насичення і', кДж/кг (приймається по таблицях води і пара по Рк);
- ентальпія сухої насиченої пари і" кДж/кг (там же);
- ентальпія живильної води іпв, кДж/кг (там же або іпв = 4,19tпв );
- ентальпія перегрітої пари іпп, кДж/кг (там же по Рк та tпп);
- ентальпія, розпиленої пари ір кДж/кг (там же по Рр і tр);
- вологість пари, у, %;
- норма продувки Р, % (приймається не більше 0,5 –2).
Рис. 3.1. Графічне представлення теплового балансу (стрічкова діаграма)
При виборі інших параметрів необхідно керуватися наступними рекомендаціями. Паропродуктивність котла по насиченій парі, кг/с.
Якщо котел має одношаровий кожух і не обладнаний повітропідігрівачем температура повітря, що поступає в топку, приймається трохи вище за температуру навколишнього середовища, тобто tв.= tо + (5 ÷10)°С. У тому випадку, якщо котел має двошаровий кожух, то величина температури повітря на вході в топку tв залежить від наявності або відсутності у нього повітропідігрівача:
- при його наявності tв досягає 130 – 250 °С;
- за відсутності повітропідігрівача повітря підігрівається в міжкожушаному просторі і його температура, °С:
tв.= tо + (30 ÷ 50)
Середня питома об’ємна ізобарна теплоємність повітря з вологістю d
рівною 10 г/кг та водяної пари приведені в табл. 3.1.
Таблиця 3.1
| t, °С | ||
| 1,3188 | 1,4943 | |
| 1,3243 | 1,5052 | |
| 1,3318 | 1,5223 | |
| 1,5224 | 1,5423 |
При іншому вологовмісті повітря його теплоємність знаходиться по формулі:
Проміжні значення Св знаходять лінійною інтерполяцією.
Заздалегідь, перед виконанням розрахунків, складається теплова схема котла з вказівкою напрямів руху і параметрів (температур, ентальпій, витрат)
усіх робочих середовищ.
За результатами визначення складових теплового балансу в масштабі будується діаграма розподілу теплових втрат і аналізуються можливі способи їх зниження. Результати розрахунку оформляються у вигляді табл. 3.2.
Після складання попереднього теплового балансу проводиться дослідження впливу зміни одного з перерахованих нижче параметрів на техніко-економічні показники роботи котла:
- коефіцієнта надлишку повітря α;
- робочого тиску пари в котлі Рк;
- температури живильної води tпв;
- вологості пари, у;
- температури перегрівання пари tпп.
За результатами дослідження виконують графіки.
Таблиця 3.2
| Параметр, | Розм. | Формула, розрахунок | Рез. | |||
| позначення | ||||||
| Втрата | тепла | в | % | |||
| навколишнє | Формула (3.8) | |||||
| середовище q5 | ||||||
| Втрата | тепла | від | % | Приймається 0,5% | ||
| неповноти згорання q3 | ||||||
| ККД котла ηк | % | Задано | ||||
| Втрата | тепла | з | % | Формула (3.10) | ||
| вихідними газами q2 | ||||||
| Тепло, внесене в топку | кДж/кг | |||||
| з повітрям Qв | ||||||
| Фізичне тепло палива | кДж/кг | Формула (3.2) | ||||
| Qт | ||||||
| Тепло | розпиленої | кДж/кг | Формула (3.3) | |||
| пари, що подається у | ||||||
| форсунку Qп | ||||||
| Загальне тепло Qр | кДж/кг | Формула (3.1) | ||||
| Корисне | ||||||
| тепловиділення в топці | кДж/кг | |||||
| Qвт | ||||||
| Ентальпія | вихідних | кДж/кг | Формула (3.11) | |||
| газів Iух |
| Продовження табл. 3.2 | |||||
| Параметр, | Розм. | Формула, розрахунок | Рез. | ||
| позначення | |||||
| Температура | вихідних | °C | Діаграма I – t | ||
| із котла газів tух | |||||
| Коефіцієнт збереження | – | Формула (3.9) | |||
| тепла φ | |||||
| Кількість продуваємої | кг/с | ||||
| із котла води Dпр | |||||
| Ентальпія | вологої | кДж/кг | |||
| насиченої пари iх | |||||
| Корисна | теплова | кВт | Формула (3.6) | ||
| потужність Q1 | |||||
| Витрата палива В | кг/с | ||||
| Випарна | здатність | кг/кг | |||
| палива u | |||||
| Температура | точки | °C | |||
| роси вихідних газів tр | |||||
| Мінімально допустима | °C | ||||
| температура | вихідних | ||||
| газів tmin | |||||
| Мінімальна | ентальпія | кДж/кг | Діаграма I – t | ||
| вихідних газів Іmin | |||||
| Мінімальна | втрата | % | |||
| тепла з | вихідними | ||||
| газами q2min | |||||
| Максимально | % | ||||
| досяжний ККД котла | |||||
| ηкmax |
Визначення ηкmax доцільно проводити для котлів, обладнаних додатковими поверхнями нагріву. Це дозволить визначити межу ефективності котла при відсутності сірчанокислотної ерозії його поверхні нагрівання.
ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ
Варіанти задають представлені в табл. 3.3 Типи котлів для розрахунку приведені на рис. 3.2. У останній колонці табл. 3.3 вказаний порядковий номер схеми (1, 2 і т.д.)
Таблиця 3.3
| Вар. | Pк, | Dк | Dпп | Dох | tпп | tох | у | tв | tпв | ηк | Схема |
| МПа | кг/с | кг/с | кг/с | °С | °С | % | °С | °С | % | ||
| 1,0 | 3,0 | — | — | 0,5 | — | ||||||
| 1,5 | 1,2 | 1,0 | — | 2,50 | — | ||||||
| 2,0 | 1,7 | 1,5 | 0,2 | 1,50 | |||||||
| 0,5 | 1,3 | 1,3 | — | 3,50 | — | ||||||
| 1,5 | 3,7 | 3,0 | 0,7 | 1,50 | |||||||
| 1,0 | 2,0 | 1,8 | 0,2 | 0,75 | — | ||||||
| 0,5 | 0,9 | — | — | 2,50 | — | ||||||
| 0,8 | 1,0 | 0,9 | 0,1 | 3,50 | — | ||||||
| 1,2 | 1,7 | 1,5 | 0,2 | 5,0 | — | ||||||
| 2,5 | 4,5 | 4,5 | — | 5,0 | |||||||
| 2,0 | 3,8 | 3,3 | 0,5 | — | 2,5 | ||||||
| 0,7 | 0,8 | 0,7 | 0,1 | — | 2,2 | — | |||||
| 1,2 | 1,1 | — | — | 2,5 | — | ||||||
| 2,0 | 4,5 | 4,0 | 0,5 | 2,5 | |||||||
| 0,5 | 1,1 | 0,9 | 0,2 | 3,5 | — | ||||||
| 1,0 | 3,2 | 3,0 | 0,2 | — | 4,0 | ||||||
| 1,5 | 1,4 | 1,2 | 0,2 | — | 3,0 | — | |||||
| 2,5 | 1,7 | — | — | 3,5 | — | ||||||
| 1,0 | 1,3 | 1,3 | — | 1,5 | — | ||||||
| 1,5 | 4,7 | 4,1 | 0,6 | 1,0 | |||||||
| 1,0 | 2,3 | 2,3 | — | 0,5 | — | ||||||
| 0,5 | 0,9 | — | — | 0,75 | — | ||||||
| 1,5 | 1,4 | 1,1 | 0,3 | 2,5 | — | ||||||
| 1,0 | 1,7 | 1,4 | 0,3 | 2,25 | — | ||||||
| 2,5 | 4,5 | 3,8 | 0,7 | 0,9 | |||||||
| 2,5 | 3,8 | 3,8 | — | 2,0 | |||||||
| 0,5 | 0,8 | — | — | 0,8 | — | 84,5 | |||||
| 1,2 | 1,7 | 1,3 | 0,4 | 0,65 | 88,2 | ||||||
| 2,0 | 2,5 | 5,0 | 0,5 | – | 2,0 | – | 91,5 | ||||
| 0,5 | 1,1 | 0,8 | 0,3 | 3,5 | – | ||||||
| 0,5 | 1,1 | 0,9 | 0,2 | 3,5 | – | ||||||
| 1,5 | 3,2 | 3,0 | 0,2 | – | 4,0 |
Продовження табл. 3.3
| Вар. | Pк, | Dк | Dпп | Dох | tпп | tох | у | tв | tпв | ηк | Схема |
| МПа | кг/с | кг/с | кг/с | °С | °С | % | °С | °С | % | ||
| 1,5 | 1,4 | 1,2 | 0,2 | – | 3,0 | – | |||||
| 2,5 | 1,7 | – | – | 3,5 | – | ||||||
| 1,0 | 1,3 | 1,3 | – | 1,5 | – |
Рис. 3.2. Конструктивні схеми котлів до складення попереднього
теплового балансу
Рис. 3.3. Теплова схема котла
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Поясніть, з яких складових складається тепловий баланс допоміжного котла?
2. Назвіть теплові втрати, що спостерігаються при роботі допоміжного котла. Вкажіть конструктивні та експлуатаційні способи їх зменшення.
3. Напишіть рівняння прямого та зворотного теплових балансів для допоміжного котла, поясніть величини, що входять в них.
4. Поясніть, як змінюються величини теплових втрат при зміні навантаження котла, коефіцієнта надлишку повітря?
5. Як зміниться паропродуктивність котла у разі зниження температури живильної вози, підвищенні робочого тиску пари?
6. Чому слід обмежувати температуру вихідних з котла газів?
7. Поясніть у чому полягають відмінності між вологою насиченою,
сухою насиченою, перегрітою і охолодженою парою?
8. Дайте визначення ККД котла, поясніть, як впливають на його величину якість ведення паливного процесу, підготовки палива стан теплової ізоляції.
9. Поясніть фізичний сенс поняття «випарна здатність палива». Як її значення пов'язане з величиною паливного ККД?
10. Назвіть сферу застосування рівнянь прямого і зворотного теплового балансів допоміжного котла.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4