Тепловий баланс і ккд парового котла

3.1. ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ПАРОВОГО КОТЛА Тепловий баланс парового котла визначається рівністю

Q + Q + Q + Q - Q_-к – Q = Q + Q₃ + Q + Q + Q₆ + H_yx,

де Q — нижча теплота згорання робочої маси, кДж/кг; бв.внш—теплота повітря, підігрітого зовні котла, кДж/кг, рівна Q ⁼ '(Н ^—Н ); ' — відношення кількості повітря на вході в котел до теоретично необхідного; Н ', Н ентальпії теоретично необхідного об'єму повітря при температурах повітря на вході в котел і холодного повітря, кДж/кг; Qтл _— фізична теплота палива, кДж/кг, рівна твору його теплоємності стл на температуру палива tтл (стд приймається по табл. П6 додатки); Qф—теплота, що вноситься в котел при спалюванні мазуту з паровим дуттям, кДж/кг, Qф = GФ (hф —2512); Gф і hф — витрата і ентальпія пари, що йде на распил мазуту у форсунках, кг/кг і кДж/кг; QK— теплота, витрачена на розкладання карбонатів сланців, кДж/кг, QK = 40,6(CO2)) ; Qх_.B — теплота холодного повітря, відповідна об'єму газів, що йдуть,кДж/кг, Qх.в ₌= _ухH; _ух—надлишок повітря в газах, що йдуть ; Qпол—удельная теплота, корисно сприйнята робочим середовищем в котлі, кДж/кг; Q3—Q6—потери теплоти відповідно з хімічним і механічним недопалюванням, на зовнішнє охолоджування і з теплотою шлаку (золи), кДж/кг; Н_вих — ентальпія газів, що виходять , кДж/кг.

У тепловому балансі парового котла виділяють теплоту пподаного в топку палива, що розташовується, включаючи теплоту його згорання зі всіма супутніми додатковими джерелами теплоти:

Q = Q + Q + Q + Q_ф – Q_к.. (3.2)

При спалюванні газу складові теплового балансу відносяться до 1м3 газового палива.

Питоме корисне теплосприйняття котла, кДж/кг,

Q =Q /В, (3.3)

де B—витрата палива, кг/с; Q_nк — теплота, сприйнята робочим середовищем в паровому котлі, кДж/с,

Q = D_n.ne(h" -h'_п.пе) + D_H._n(h"-h_n.в), (3.3a)

D_пe—паропродуктивність котла, кг/с; hпе,, hn._B, h', h"—энтальпії відповідно перегрітої пари, живильної і продувочной (киплячої) води і насиченої пари, кДж/кг; D_n.пе — витрата пара через проміжний перегрівач, кг/с; h'_n.ne, h"_{n.ne—энтальпия}пара до і після промперегрівача, кДж/кг; D_nр—витрата води на продування, кг/с; Dн.п—витрата насиченої пари, кг/с.

За наявності уприскування води в проміжне перегрівник для регулювання перегріву пари формула (3.3а) приймає вигляд:

Q == Dвпр(h"" -h_впр)+D._n.е(hn.е-hn.в) +DD (( ), (3.36)

де D_впр і h_впр—витрата води на уприскування в проміжне перегрівач, кг/с, і її ентальпія, кДж/кг.

ПРИКЛАДИ

Приклад 3.1. Скласти тепловий баланс барабанного парового котла продуктивністю 186,11 кг/с, що має наступні параметри пари:

Температура перегрітої пари 545/545° С

Температура живильної води 250° С

Тиск свіжої пари на виході 13,7 МПа

Тиск живильної води 16,2 МПа

Витрата пари через проміжний перегрівач 163,89 кг/с

Температура пари на вході в проміжний перегрівач 333° С

Тиск пари після проміжного перегрівач 2,44 МПа

Тиск пари на вході в проміжний перегрівач 2,66 МПа

Паливо — сушонка березовського вугілля: Q ^суш = 21 298 кДж/кг і вологістю Wcyш = 13,0%. При проведенні розрахунків прийняти: температури повітря перед котлом і після калориферів tх.в = 30° З(Н _х.в,= 223,6 кДж/кг) і = 55° З (H = 409,9 кДж/кг);' надлишок повітря на вході в калорифери ' = 1,198; температуру палива після сушки 85° З; температуру газів 120°, що йдуть, З (H _відб=1256,0 кДж/кг); температуру газів при відборі на сушку _{386° З (}Н_відб= 4001,3 кДж/кг); частку відбору газів на сушку 0,34; частку віднесення золи _ун =0,5 при зольності А^р = 4,8%; температуру шлаків tшл = 1430° С (зс )_шл = 1637,0 кДж/кг); надлишок повітря в газах 1,231, що йдуть; вприскування в проміжний перегрівач відсутній.

Рішення. 1. Визначаємо питому кількість теплоти, сприйнятої робочим середовищем в котлі. Ентальпія перегрітої пари і живильної води при заданих температурах і тиску приймається по термодинамічних таблицях води і водяної пари: h_пе = 3449,1 кДж/кг; h_пв= 1086,5 кДж/кг.

Ентальпія пари до і після проміжного перегревателя: h'_п.пе = 3083,6 кДж/кг; hп.в = 3563,0 кДж/кг. Тоді Q_n.к = 186,11 (3449,1-1086,5)+163,89(3563,0-3083,6) = 518270 кДж/с.

Продування води з барабана незначне (менше 0,5%), і її теплотою можна нехтувати.

2. Визначаємо теплоту палива, що розташовується, по (3.2). Додаткові джерела теплоти

Q_в.внш = 1,198 (409,9-223,6) = 223,2 кДж/кг.

Теплоємність палива знаходиться по залежності

с_тл = 4,18688 ,

де с_стл — теплоємність сухого палива, визначувана по табл. П6 додатки,

с _тл = 4,18688 +1,23099 = 1,615кДж/(кгг К).

У результаті:

= 21298 + 223,2+1,6155 85 = 21 658 кДж/кг.

3. Відповідно до табл. П7 і досвідом спалювання вугілля визначаємо теплові втрати Q3-Q5_: q3 ₌ 0,0; q4 _{= 0,3%;} q5=0,3%. Тоді : Q3=0; Q4= q4/100 =2l6588 0,3/100== 65,0кДж/кг; Q5 == q5/100 = 21 6588 0,3/100 = 65,0 кДж/кг.

Визначаємо втрати теплоти з газами, що йдуть. Оскільки застосовується розімкнена схема сушки палива, то ці втрати складаються з теплоти газів, що покидають котел, і теплоти частки газів в місці відбору на сушку

Q2 = ;

. Q2 = 1256,0 (1-0,34) + 4001,33 0,34 = 2189,4 кДж/кг.

5. Втрати теплоти з фізичною теплотою шлаків (див. § 3.2)

Q_6..шл == = 78,6 кДж/кг.

6. Теплота холодного повітря

Q_х.в = 1,231 223,6 = 275,0 кДж/кг.

Таким чином, відповідно до рівності (3.1) тепловий баланс має вигляд

21658 + 275,0 == +0 + 65,0 + 65,0 + 78,6 + 2189,4.

7. Витрата палива В= 518 270/(21933-2398)= 26,5 кг/с.

Приклад 3.2. Визначити, наскільки зміниться та, що розташовується теплота рідкого палива при збільшенні попереднього підігріву повітря в калорифері з 40 до 100° С. Відношення кількості повітря на вході в котел до теоретичного р' = 1,18; ентальпія теоретично необхідного об'єму повітря при 1000C Н°_'х.в = 1390кДж/кг.

Рішення. З (3.2) витікає, що :

Q -Q =Q -Q = Q

В той же час

Q == (( .

Ентальпія теоретично необхідного повітря при 40° З рівна

= 13900 0,4 = 556 кДж/кг.

Відповідно до цього зміна теплоти палива, що розташовується, складе

Q -Q =1,18 (1390-556) = 984 кДж/кг.

Приклад 3.3. Визначити, наскільки зміниться теплота мазуту при збільшенні його підігріву з tтл.1, що розташовується = 80° З до t_{тл2 =} 150°С.

Рішення. Аналогічно прикладу 3.2 . Теплота поступаючого в пальник мазуту

де теплоємність мазуту по табл. П6 визначається по формулі с_тл= 1,737 + 0,00251tтл_.

Тоді = l,737(150 —80)+0,00251 (1502-802) = 162,1 кДж/кг.

При значенні = 399 103 кДж/кг частка складе 0,00415,

або 0,415%.

Приклад 3.4. Визначити, наскільки зміниться теплота мазуту, що розташовується , при використовуванні для роспилу мазуту пари в кількості 0,15 кг пари на 1 кг мазуту. Прийняти тиск пари 1,6 МПа, температуру пари 300° З.

Рішення. Зміна теплоти мазуту, що розташовується

= Qф = Gф (hф-2512).

При р = 1,6 МПа і t = 300° З hф = 3036 кДж/кг. При цьому = 0,\5 (3036-2512) = 78,6 кДж/кг.

Приклад 3.5. Визначити, наскільки зміниться витрата палива на барабанному котлі при включенні продування води з барабана в кількості 2,5% і збереженні корисної теплопроізводітельності котла. Параметри пари і води і їх витрати прийняти за прикладом 3.1.

Рішення. За відсутності продування Qпол=Qn.к_к /BB = = 518 270/26,5 = 19 557 кДж/кг при витраті палива B1 =26,5 кг/с.

За наявності продування втрати теплоти з водою, що продувається , рівні Qnp ₌ Dnp (h'-hn.в_). При тиску в барабані 15,4 МПа h' = 1627,6 кДж/кг.

Відповідно до формули (3.3а) при продуванні 2,5%

Qп.к2 = 186,11 (3449,1 - 1086,5)+163,89 (3563,0-3086,6) +

+ 186,11 (1627,6 -1086,5) = 520 790 кДж/с. Витрата палива B2 = 520 790/19557,4 = 26,63 кг/с.

Збільшення витрати палива B/B1 =(26,63-26,5)/26,5 = 0,00486, або 0,486%.

Приклад 3.6. Визначити теплоту естонських сланців (додаток, табл. П1, паливо № 17), що розташовується, при температурі палива 20° З, холодного повітря 30° З, температурі попереднього підігріву повітря t'B = 50° З, відношенні кількості повітря на вході у воздухоподогреватель до теоретично необхідного =1,35 і замкнутій сушці палива.

Рішення. Відповідно до табл. П1 додатки нижча теплота згорання естонських сланців 9000 кДж/кг. По табл. ПЗ додатки

= 96,15 кДж/кг, = 160,25 кДж/кг.

1. Визначаємо теплоту підігріву повітря

Qв.внш = 135 (160,25-96,15) = 86,5 кДж/кг.

2. Визначаємо фізичну теплоту палива. По табл. П6 додатки:

с_стл = 1,0636 кДж/(кгг ^0C);

С_тл = 4,1868 + 1,06366 = 1,438 кДж/(кг ^0C);

Q_тл = 1,438 20 = 28,8 кДж/кг.

3. Визначаємо втрати теплоти від розкладання карбонатов:

Q_K = 40,6 (CO2) S.

По табл. П1 додатки для естонських сланців (CO2) S = 16,7%. Тоді

Q_K = 40,66 16,7 = 678 кДж/кг.

4. Визначаємо QQ по (3.2):

Q = 9000 +86,5+ 28,8-678 = 8437 кДж/кг.

ЗАДАЧІ

Задача 3.1. Визначити теплоту донецького вугілля марки Г (відсів) (додаток, табл. П1, паливо № 2), що розташовується, при температурі холодного повітря 30° С, температурі попереднього підігріву повітря 50° С. Относіння кількості повітря на вході в котел до теоретично необхідного '=1,35, сушка палива — замкнута, фізичною теплотою палива нехтувати.

Задача 3.2. Наскільки міняється Q бурого вугілля Челябінського родовища(додаток, табл. Ш, паливо № 12) при зміні температури попереднього підігріву повітря з 40 до 80° З? При рішенні задачі прийняти ' = 1,22.

Задача 3.3. Визначити теплосприйняття котла Q_пол за наявності відбору пари на власні потреби. Витрату пари на власні потреби прийняти з проміжного пароперегревателя в кількості 40 кг/с з параметрами tпе, = 450° С, р = 2,55 МПа. Прийняти параметри і витрати свіжої пари за прикладом 3.1, при цьому витрата пари на вході в проміжний перегрівач збільшити з 163,9 до 203,9 кг/с.

Задача 3.4. Визначити теплоту фрезерного торфу (додаток, табл. ПІ, паливо № 18), що розташовується, а також ентальпію уходяших газів при зміні вогкості W з 50 до 40%. Прийняти: температуру холодного повітря 30° З, попереднього підігріву повітря на вході у повітропідігрівник 50° С; відношення витрати повітря на вході у повітропідігрівник до теоретично необхідного '=1,25; надлишок повітря за котелом _ух=1,40; температуру газів, що йдуть _ух=150° С; температуру палива прийняти 20° С.