Лабораторная работа: Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов

Федеральное агентство по образования и науке РФ

Иркутский государственный технический университет

Кафедра теплоэнергетики

Расчетно-графическая работа

по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования" на тему:

"Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов"

Выполнил:

студент гр. ТЭ-06-1

Константинов В.В.

Проверил:

доцент кафедры ТЭ

Картавская В.М.

Иркутск 2009 г.

Введение

Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия котла брутто можно определить, установив сумму тепловых потерь при его работе [4]:

Такой метод определения называют методом обратного баланса. Погрешность определения КПД методом обратного баланса зависит от точности измерения тепловых потерь котлом. Каждая из них определяется со значительной погрешностью [5] , но относительная доля тепловых потерь составляет около десятой части общей теплоты топлива.

Среднестатистические данные по тепловым потерям q₃, q₄, q₅ приведены в нормативном методе тепловых расчетов, потери теплоты топлива q₂, q₆ определяются расчетом.

Наибольшее значение из тепловых потерь имеет отвод теплоты из котла с уходящими газами q₂. Она составляет q₂ = 4,5-12,0%. При сжигании малореакционных твердых топлив (каменный уголь) в зависимости от способа сжигания могут оказаться значительными потери теплоты с механическим недожогом топлива (q₄=2-5%). Остальные потери в сумме не превышают обычно 1%.

Целью расчетно-графической работы является определение КПД котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича и оценка погрешности его расчетов относительно расчетного.

Задание

Составить тепловой баланс котлоагрегата по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и определить КПД котла.

Исходные данные

Доля золы топлива в уносе: а_ун=0,95;

Содержание горючих в золе-уносе: с_ун=3 %.

Таблица 1. Техническая характеристика котлоагрегата

Таблица 2. Расчетные характеристики топлива из [3]

1.  Расчет объемов воздуха и продуктов горения

Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1кг рабочего топлива при нормальных условиях (0^оС и 101,3 кПа) по [6].

Теоретический объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при α=1, определяется по формуле

 м³/кг.

Теоретические объемы продуктов горения (при α=1):

объем трехатомных газов

 м³/кг;

объем водяных паров

м³/кг;

объем азота

 м³/кг;

объем влажных газов

 м³/кг;

объем сухих газов

 м³/кг.

Действительные объемы воздуха и продуктов сгорания (при α_ух=1,4):

объем водяных паров

 м³/кг;

объем дымовых газов

 м³/кг;

объем сухих газов

 м³/кг;

 м³/кг.

2. Определение обобщенных характеристик топлива

Жаропроизводительность топлива – температура, до которой нагревались бы образующиеся продукты сгорания, если бы сгорание происходило в адиабатических условиях без подогрева воздуха и при стехиометрическом [соответствующем строго реакции горения (α=1)] расходе воздуха по [6].

Жаропроизводительность топлива без учета влаги в воздухе по [4]

ºС,

где =4,5563 м³/кг – объем влажных газов.

Жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе по [4]

 ºС.

Жаропроизводительность топлива с учетом расхода теплоты на расплавление золы и влаги, содержащейся в воздухе по [4]:

 ºС.

Максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива по[4]

 ккал/м³.

Изменение объема сухих продуктов горения в действительных условиях и при теоретических по[4]

.

Соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α=1 по[4]

.

Отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t_ух=145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до t_макс=2042,26ºС по табл. 14-12 [5] c' = 0,835.

Отношение средней теплоемкости 1м³ воздуха в температурном интервале от 0ºС до t_ух=145ºС к теплоемкости 1м³ неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t_макс =2042,26ºС по табл. 14-12 [5] k = 0,79.

Содержание трехатомных газов в сухих газах по [4]

.

Максимальное содержание трехатомных газов в сухих газах по[4]

.

3. Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и КПД (брутто) котлоагрегата

Составление теплового баланса котлоагрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой , и суммой полезно использованной теплоты  и тепловых потерь . На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных величинах), кДж/кг:

.

Принимая  за 100%, находим составляющие баланса (q_i) в относительных единицах. Тогда .

КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу

,

где q₂=6,22% – потери теплоты с уходящими газами; q₃ = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q₄ = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q₅ = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения; q₆ = 0,00096% – потери с физической теплотой шлаков.

Относительная погрешность определения КПД котлоагрегата (брутто) методом обратного баланса составила:

.

Потери теплоты с уходящими газами по [4]

,

где t_ух=145ºС – температура уходящих газов; t_хв=30ºС – температура холодного воздуха; t^’_макс =2015,86ºС – жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе; c'=0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t_ух=145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до t_макс =2042,26ºС по табл. 14-12 [5]; h – изменение объема сухих продуктов горения в реальных условиях и при теоритических;– соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α=1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м³ воздуха в температурном интервале от 0ºС до t_ух=145ºС к теплоемкости 1м³ неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t_макс =2042,26ºС по табл. 14-12 [5].

Потери теплоты в котлоагрегате по [4] с химическим недожогом отсутствуют q₃=0%.

Потери теплоты по [4] в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива

%,

где Q_ун – теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м³/кг продуктов горения, ккал/м³; P – максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива, ккал/м³.

Теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м³ продуктов горения [4]:

 ккал/м³,

где a_ун=0,95 – доля золы топлива в уносе; с_ун=3% – содержание горючих в золе-уносе.

Потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата принимаются по рис. 4-9 из [2] при номинальной нагрузке (50т/ч) и составляют .

Потери с физической теплотой шлаков рассчитываются по формуле [6]

,

где а_шл=1 – а_ун = 1–0,95=0,05 – доля золы в шлаке по табл.2.6 из [6]; (сt)_шл=0,56 кДж/кг – энтальпия шлака при твердом шлакоудалении при температуре t_шл=600ºС по табл.3.5 из [6].

Заключение

В расчетно-графической работе были определены тепловые потери топлива, которые составили:

q₂ = 6,22% – потери теплоты с уходящими газами;

q₃ = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом;

q₄ = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива;

q₅ = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения;

q₆ = 0,00096% – потери с физической теплотой шлаков.

Из анализа тепловых потерь следует, что в современных паровых котлах наибольшее значение имеют потери теплоты с уходящими газами q₂, которые в основном и определяют величину КПД.

В соответствии с рассчитанной суммой тепловых потерь котла () по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. был определен коэффициент полезного действия котла брутто, который составил . Относительная погрешность определения КПД котла (брутто) этим методом по сравнению с расчетным (92,51%) составила .

Список литературы

1. Исаев А.В. Тепловой баланс паротурбинной установки (ПТУ). Курсовая работа по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования"

2. Справочное пособие теплоэнергетика электрических станций/ под ред. А.М. Леонкова. – Минск: Беларусь, 1974. – 368 с.

3. Сорокина Л.А. Топливо и основы теории горения: учеб. пособие / Л.А. Сорокина. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. – 78 с.

4. Практические занятия по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования", 2007.

5. Трембовля В.И. Теплотехнические испытания котельных установок / В.И. Трембовля, Е.Д. Фингер, Л.А. Авдеева. – М.: Энергия, 1977. – 269 с.

6. Сорокина Л.А. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие / Л.А. Сорокина, В.В. Федчишин, А.Н. Кудряшов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. – 146 с