Расчетный тепловой баланс и расход топлива
Тепловой расчет котла
Расчет горения топлива
Исходные данные:
Характеристика топлива. Состав в %. Таблица №1
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
кДж/кг
| Выход
летучих
на горючую массу
 ,%
| 
| 
|
| 27,8 | 2,9 | 44,1 | 3,3 | 0,9 | 3,16 | 6,75 |
Объемы воздуха и продуктов сгорания нм3/кг при 
и 760 мм.рт.ст.
Теоретические объемы воздуха и дымовых газов. Таблица №2
| Наименование величины | Обозначение | Расчетная формула и обоснование | Размерность | Результат |
| Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения |
|
| м3/кг | 4,62 |
| Теоретический объем азота | 
| 
| м3/кг | 3,66 |
| Объем сухих трехатомных газов | 
| 
| м3/кг | 0,84 |
| Теоретический объем водяных паров | 
| 
| м3/кг | 0,60 |
В зависимости от рода топлива, от типа топочного устройства выбираем коэффициент избытка воздуха в топке, равным 
Объем водяных паров при 
.
м3/кг
Объем водяных газов
м3/кг
Объемные доли трехатомных газов равные парциальным давлениям газов при общем давлении 1кг/см2(0,1 Мпа)
Концентрация золы в продуктах сгорания
масса продуктов сгорания
кг/кг
Таблица №3
| Рассчитываемая величина | Размерность |  
| ||||
| Газоходы | ||||||
| В топке | Камера догорания | Первый конвективный пучок | Второй конвективный пучок | экономайзер | ||
Средний Коэффициент избытка воздуха 
| 1,45 | 1,55 | 1,625 | 1,7 | 1,8 | |
| м3/кг | 0,635 | 0,643 | 0,649 | 0,654 | 0,661 |
| 7,19 | 7,65 | 8,0 | 8,34 | 8,81 | |
| 0,117 | 0,110 | 0,105 | 0,101 | 0,096 | |
| 0,084 | 0,079 | 0,075 | 0,072 | 0,068 | |
| 0,201 | 0,189 | 0,180 | 0,173 | 0,164 | |
| кг/кг | 0,0044 | 0,0041 | 0,0040 | 0,0038 | 0,0036 |
Вычисляем энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур
, кДж/кг
где 
- энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3;
- теоретический объем воздуха, необходимый для горения (см. таблицу 2).
Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур
, кДж/кг
где 
, 
, 
- энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров;
, 
, 
- объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (см. таблицу 2).
Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур
, кДж/кг
Определяем энтальпию золы
где 
- величина уноса золы с газами
- энтальпия золы, МДж/кг.
Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха 
, кДж/кг
Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам сводят в таблицу №4.
Энтальпия продуктов сгорания 
, кДж/кг Таблица №4
| t° | Н°г | Н°в | Нзл | Нг | ||||
| топка | К.Д. | К.П.1 | К.П.2 | эконом | ||||
| 711,69 | 613,773 | 3,36936 | 991,258 | 1052,64 | 1098,67 | 1144,7 | 1206,08 | |
| 1442,11 | 1234,95 | 7,05147 | 2004,89 | 2128,39 | 2221,01 | 2313,63 | 2437,12 | |
| 2195,93 | 1863,98 | 11,0088 | 3045,73 | 3232,13 | 3371,93 | 3511,73 | 3698,12 | |
| 2967,91 | 2506,9 | 15,012 | 4111,02 | 4361,71 | 4549,73 | 4737,75 | 4988,44 | |
| 3762,91 | 3168,31 | 19,0986 | 5207,75 | 5524,58 | 5762,21 | 5999,83 | 6316,66 | |
| 4579,5 | 3838,97 | 23,352 | 6330,39 | 6714,29 | 7002,21 | 7290,14 | 7674,03 | |
| 5415,75 | 4528,14 | 27,6054 | 7481,01 | 7933,83 | 8273,44 | 8613,05 | 9065,86 | |
| 6266,54 | 5221,93 | 31,9839 | 8648,39 | 9170,58 | 9562,23 | 9953,87 | 10476,1 | |
| 7137,58 | 5934,22 | 36,4875 | 9844,47 | 10437,9 | 11921,4 | |||
| 8021,49 | 6651,14 | 41,0328 | 11055,5 | 11720,7 | 12219,5 | 12718,3 | 13383,4 | |
| 8909,83 | 7377,3 | 45,7449 | 12275,4 | 13013,1 | 13566,4 | 14119,7 | 14857,4 | |
| 9816,65 | 8112,72 | 50,2902 | 13517,7 | 14328,9 | 14937,4 | 15545,8 | 16357,1 | |
| 10705,3 | 8852,76 | 56,7537 | 14745,8 | 15631,1 | 16295,1 | 17844,3 | ||
| 11626,8 | 9602,06 | 66,0111 | 16013,8 | 17694,1 | 18414,3 | 19374,5 | ||
| 12556,7 | 73,3503 | 17290,2 | 18325,8 | 19102,5 | 19879,2 | 20914,8 | ||
| 13493,7 | 11114,5 | 78,2292 | 18573,4 | 19684,9 | 20518,5 | 21352,1 | 22463,5 | |
| 14441,2 | 11873,1 | 86,0688 | 19870,2 | 21057,5 | 22838,4 | 24025,7 | ||
| 15391,7 | 12636,2 | 91,1562 | 21169,1 | 22432,8 | 23380,5 | 24328,2 | 25591,8 | |
| 16343,9 | 13408,7 | 99,5379 | 22477,4 | 23818,2 | 24823,9 | 25829,5 | 27170,4 | |
| 17303,1 | 14181,1 | 104,75 | 23789,4 | 25207,5 | 27334,6 | 28752,7 | ||
| 18267,4 | 14958,1 | 104,75 | 25103,3 | 26599,1 | 28842,8 | 30338,6 | ||
| 19232,9 | 15735,2 | 104,75 | 26418,5 | 29172,1 | 30352,3 | 31925,8 | ||
| 20204,1 | 16516,8 | 104,75 | 27741,4 | 29393,1 | 30631,9 | 31870,6 | 33522,3 | |
| 21177,7 | 17298,5 | 104,75 | 29066,8 | 30796,6 | 33391,4 | 35121,2 | ||
| 22151,5 | 18084,8 | 104,75 | 30394,4 | 32202,9 | 33559,3 | 34915,6 | 36724,1 |
Расчетный тепловой баланс и расход топлива
Расчет потерь теплоты
При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид:
,
где 
- располагаемая теплота, кДж/кг;
- полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/кг;
- потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, плюс потери на охлаждение панелей и балок, не включённый в циркуляционный контур котла, кДж/кг.
Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты.
1. Потеря теплоты с уходящими газами (q2) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.
где 
- энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 3 при соответствующих значениях 
и выбранной температуре уходящих газов кДж/кг;
- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при tв=20°С, кДж/кг;
= 
1,85- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, принимается по таблице 2 в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
- потеря теплоты от механической неполноты горения (для угля q4 = 7,0 %).
. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q3)обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).
3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (q4)наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.
Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха.
4. Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5)обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности.
,
где 
- потери тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла;
- номинальная нагрузка парового котла, т/ч;
- расчётная нагрузка парового котла, т/ч.
5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков 
, возрастают с увеличением 
. Эти условия учитываются при слоевом, а также при камерном сжигании многозольных топлив по формуле:
где: 
кДж/кг – энтальпия шлака, при твердом шлакоудалении при 
;
- доля золы топлива в шлаке и провале.
4.2 Расчёт КПД и расхода топлива
Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.
1)По уравнению обратного баланса находим КПД
,
2)Из уравнения прямого теплового баланса находим расход топлива, подаваемого в топку (равному расчетному расходу топлива)
,
где 
- полезная мощность котла, кВт; 
,
где 
кг/с - расход выработанного перегретого пара;
кДж/кг - энтальпия насыщенного пара при Р=1,4МПа и 194 
С;
кДж/кг - энтальпия питательной воды при 100 
;
кДж/кг - энтальпия кипящей воды в барабане котла при Р=1,4МПа;
,
,
- расчетный расход топлива с учетом потери тепла от механической неполноты горения.
3) Определяем коэффициент сохранения теплоты
.
| Наименование | Обозначение | Расчетная формула, способ определения | Числовые значения | Единицы измерения | Результат |
| Располагаемая теплота | 
| 
| кДж/кг | ||
| Потери теплоты: | |||||
| -С уходящими газами | q2 | 
| 
| % | 7,49 |
| -от химического недожёга | q3 | Нормативный метод таблица XXI | % | 0,1 | |
| -от механического недожёга | q4 | Нормативный метод таблица XXI | % | ||
| -от внешнего охлаждения | q5 | Нормативный метод,рис 5.1 | % | 1,8 | |
| - потери со шлаком | q6 | 
| 
| % | 0,77 |
| Температура уходящих газов | tух.г. | Исходные данные | 
| ||
| Энтальпия уходящих газов | Hух.г. | 
| 1692,57 | ||
| Температура холодного воздуха | tх.в. | 
| |||
| Доля золы топлива в шлаке | 
| 1-aун | 1-0,15 | 0,85 | |
| Энтальпия холодного воздуха | 
|
| 189,5 | ||
| Температура шлака | tшл | Нормативный метод, при твердом шлакоудалении | 
| ||
| Энтальпия золы | 
| Нормативный метод, таблица XIV |
| ||
| Энтальпия питательной воды | Hпв |
| 419,1 | ||
| Температура питательной воды | tп.в. |
| |||
| Cуммарная потеря тепла в котле | 
| 
| 7,49+0,1+7+1,8+0,77 | % | 17,16 |
| Коэффициент полезного действия котла | 
| 
| 100-17,16 | % | 82,84 |
| Расход выработанного перегретого пара | D | Откуда это значение | 2,8 | ||
| Энтальпия насыщенного пара, при тем-ре 194 | Hнп |
| 2788,2 | ||
| Расход воды на продувку | Dпр | 
| 
| 0,14 | |
| Энтальпия кипящей воды в барабане котла,при Р=1,4 МПа | Hкв |
| 825,5 | ||
| Полезная мощность котла |
| 
| 
| кВт | 6576,58 |
| Полный расход топлива | B | 
| 
| 
| 0,460 |
| Расчетный расход топлива | Bр | 
| 
|
| 0,428 |
| Коэффициент сохранения теплоты | 
| 
| 
| 0,979 |
Расчет теплообмена в топке
Глава 7 Расчёт топочной камеры
7.1 Определение характеристик топки
При поверочном расчете топки по чертежам необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).
1.Определение площади ограждающих поверхностей топки
Общая площадь ограждающих поверхностей
| Наименование | Обозначение | Расчетная формула, способ определения | Числовые значения | Единицы измерения | Результат |
| Полная поверхность стен топки | Fст | 
По чертежу
| м2 | 35,57 | |
| Лучевоспринимающая поверхность топки | Hл | 
| м2 | 34,8 | |
| Угловой коэффициент экрана | 
| Как правильно взять значение | 0,98 | ||
| Объем топки | Vт | По чертежу | м3 | 22,6 | |
| Эффективная толщина излучающего слоя | S | 
| 
| м | 2,29 |
| Полезное тепловыделение в топке | |||||
| Распологаемая теплота 1кг топлива | |||||