Методика расчёта и рекомендации по выполнению курсовой работы

1. Теплота сгорания твёрдого и жидкого топлива (кДж/кг) определяется, исходя из состава топлива, с помощью эмпирической формулы Д.И.Менделеева ([1], § 6.3.1. Теплота сгорания топлива).

Теплота сгорания газообразного топлива (кДж/м³) рассчитывается с учётом объёмных долей и теплоты сгорания отдельных компонентов ([1] § 6.3.1. Теплота сгорания топлива).

2. Теоретические объёмы воздуха (м³/кг) и продуктов сгорания твёрдого и жидкого топлива , , , (м³/кг) определяются, исходя из состава топлива на основе материального баланса процесса горения ([2] § 3.1. Материальный баланс процесса горения твёрдого и жидкого топлива).

Теоретические объёмы воздуха (м³/м³) и продуктов сгорания газообразного топлива , , , (м³/м³) определяются, исходя из состава топлива на основе материального баланса процесса горения ([2] § 3.2. Материальный баланс процесса горения газа).

3. Действительные объёмы воздуха (м³/кг; м³/м³) и продуктов сгорания топлива , , , (м³/м³) рассчитываются с учётом выбранного коэффициента избытка воздуха ([2], § 3.3. Действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания).

Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в камере сгорания α осуществляется в соответствии с рекомендациями, приведёнными в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные характеристики камер сгорания

Топливо	Коэффициент избытка воздуха на выходе из камеры сгорания α	Потери теплоты c хим. недожогом q3 , %	Потери теплоты с мех. недожогом q4 , %
Антрацит	1,2 – 1,25	0,5 – 1	3 – 6
Полуантрацит	1,2 – 1,25	0,5 – 1	3 – 5
Тощий уголь	1,2 – 1,25	0,5 – 1	2 – 5
Каменный уголь	1,2 – 1,25	0,5 – 1	2 – 4
Бурый уголь	1,15 – 1,2	0 – 0,5	1 – 3
Фрезерный торф	1,15 – 1,2	0 – 0,5	1 – 3
Сланец	1,15 – 1,2	0 – 0,5	2 – 3
Мазут	1,05 – 1,1	0,5	0
Природный газ	1,05 – 1,1	0,5	0
Попутный газ	1,1 – 1,15	0,5 – 1	0
Генераторный, коксовый и доменный газ	1,05 – 1,1	0,5	0
Биогаз	1,05 – 1,1	0,5	0

4. Температура газов на выходе из камеры сгорания определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания:

, (1)

где – располагаемая теплота, ;

– сумма потерь теплоты в камере сгорания, %;

– энтальпия продуктов сгорания, .

Располагаемая теплота газового топлива принимается равной низшей теплоте сгорания сухого газа , а для твёрдого и жидкого топлива учитывается физическая теплота топлива i_тл , которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива:

i_тл = с_тлt_тл ,

где с_тл – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг°C); t_тл – температура топлива, С.

Температура твёрдого топлива (для летнего периода) принимается равной t_тл = 20 °С, а теплоёмкость топлива определяется по формуле:

, кДж/(кг·°С).

Теплоёмкость сухой массы топлива составляет, кДж/(кг∙°С):

- торф – 1,67

- бурый уголь – 1,13

- каменный уголь – 1,09

- антрацит, полуантрацит, тощий уголь – 0,92.

Температура мазута для обеспечения тонкого распыла в форсунках котельного агрегата должна быть достаточно высокой и принимается в расчётах t_тл = 90÷140 °С.

Теплоёмкость мазута , кДж/(кг·°С).

При распылении мазута с помощью паромеханических форсунок в камеру сгорания вместе с разогретым мазутом поступает пар, который вносит в камеру сгорания дополнительную теплоту Q_ф, определяемую по формуле:

Q_ф = G_ф (i_ф – 2380), кДж/кг,

где G_ф – удельный расход пара, кг пара/кг мазута; i_ф – энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг.

Удельный расход пара принимается в диапазоне G_ф = 0,03÷0,05 кг/кг, а энтальпия пара i_ф , поступающего на распыл мазута, определяется из соответствующих справочников или таблиц по давлению Р_пп = 0,3÷0,6 МПа и температуре t_пп = 280÷350 °С. При отсутствии справочных данных можно принять i_ф = 3000÷3200 кДж/кг.

Тепло, вносимое с воздухом, кДж/кг (кДж/м₃):

,

где с_в – теплоёмкость воздуха при температуре t_в.

Потери теплоты с химическим и механическим недожогом q₃ и q₄ выбираются, в зависимости от вида сжигаемого топлива, по табл. 2.

Потери с физической теплотой удаляемого шлака учитываются только для многозольных топлив, когда А^r > 2,5, где выражено в МДж/кг. Расчёт потерь с физической теплотой шлаков ведётся по формуле

, % ,

где а_шл = 0,05 – доля золы в шлаке; (сt)_шл = 560 кДж/кг – энтальпия шлака (принимается при t_шл = 600 °С).

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α=1 для всех видов топлива (кДж/кг, кДж/м³) определяются как:

;

.

В приведенных формулах: (с)_в , , , – энтальпии 1 м³ соответственно воздуха, трёхатомных газов, водяных паров и азота.

Таким образом, энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха  > 1 в камере сгорания:

.

При условии, что воздух состоит из 79 % азота и 21 % кислорода, а также имеет определённое влагосодержание, энтальпия продуктов сгорания:

,

где ,

.

Таким образом, уравнение теплового баланса (1) преобразуется следующим образом:

. (2)

Решение уравнения теплового баланса (2) относительно температуры в камере сгорания в явном виде не имеет решения, поскольку входящие в это уравнение теплоёмкости продуктов сгорания сами являются функцией температуры .

Определить можно, используя метод последовательных приближений, или графоаналитический метод (рис.2).

Рис. 2. Графоаналитический метод определения температуры в камере сгорания

Из уравнения теплового баланса температура на выходе из камеры сгорания:

, ºС .

Запишем эту зависимость в виде двух функций:

Решение задачи относительно сводится к нахождению условий, при которых y₁ = y₂. Значение y₁ и y₂ рассчитываются не менее по трём значениям , близким к ожидаемому. Пересечение прямой y₁ и расчётной кривой y₂ даёт искомую температуру на выходе из камеры сгорания .

Средняя теплоёмкость воздуха и продуктов сгорания, в зависимости от температуры, приведены в табл. 3, при этом принимается равной .