Специальная часть. Расчет топлива и продуктов сгорания за котлом ТВГ-8М

Расчет топлива и продуктов сгорания за котлом ТВГ-8М

Элементарный состав рабочей массы топлива, %

Метан СН₄=92,8

Двуокись углерода СО₂=0,1

Этан С₂Н₆=3,9

Сероводород Н₂S=0

Пропан С₃Н₈=1,0

Кислород О₂=0

Бутан С₄Н₁₀=0,4

Окись углерода СО=0

Пентан С₅Н₁₂=0,3

Водород Н₂=0

Азот N₂=1,5

Теплота сгорания нижняя сухого газа, МДж/м³

Q^c_н=37300

Объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топли – ва, м³/ м³

 

V^o_в=0,0476 [0,5CO+0,5 Н₂+1,5 Н₂S+Σ (m+n/4)* C_mn – О₂] = 0,0476 [0,5*0+0,5*0+1,5*0+(1+4/4)*92,8+(2+6/4)*3,9+(3+8/4)*1+(4+10/4)*0,4+(5+12/4)*0,3) – 0]=9,5724

 

Объем продуктов сгорания, которые образовались вовремя сгорания топлива с теоретическим объемом воздуха, м³/ м³

– теоретический объем азота

 

V^o_N2=0,79 V^o_в+0,01N₂=0,79*9,5724+0,01*1,5=7,5772

– теоретический объем трехатомных газов

 

V^o_RО2=0,01 (СО₂+СО+ Н₂S+ Σm C_mH_n) = 0,01 (0,1+0+0+92,8+2*3,9+3*1+4*0,4+5*0,3)=1,068

 

– теоретический объем водяных паров

 

V^o_Н2О=0,01 (Н₂+ Н₂S+Σn/2 C_mH_n+0,124d_г*0,124 d_в V^o_в) = 0,01 (0+0+2*92,8+3*3,9+4*1+5*0,4+6*0,3+0,124*10+0,124*13*9,5724)=2,2177

 

Избыток воздуха в конце топки ά _m=1,10.

Для принятой конструкции и компоновки поверхностей нагрева используется присосы воздуха в газоходах:

– котельный пучок Δ ά _к.п.=0,1

– водяной экономайзер Δ ά _в.э.=0,08

Избытки воздуха в газоходах:

В конце топки α_т=1,1

Полный объем продуктов сгорания при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м³/ м³

 

V^o_г= V^o_RО2+ V^o_N2+ V^o_Н2О+(ά _ср-1) V^o_в

 

Объем водяных паров при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м³/ м³

 

V_Н2О= V^o_Н2О+0,0161 (ά _ср-1) V^o_в

 

Объемная доля водяных паров

 

r_H2O = V_Н2О/ V^o_г

Объемная доля трехатомных газов

 

r_RO2 = V^o_RО2/ V^o_г

 

Численные значения величин, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.1

 

Таблица 2.1 – Объемные характеристики продуктов сгорания

Наименование величина и ее обозначение	Газоходы котла
топка	котельный пучок	водяной экономайзер
Коэффициент избытка воздуха, ά»	1,1	1,2	1,28
Средний коэф-нт избытка воздуха в газоходе, άср	1,1	1,15	1,24
Объем водяных паров в продуктах сгорания, VH2O,м3/м3	2,2331	2,2408	2,7547
Полный объем продуктов сгорания, Vг,м3/м3	11,8355	12,321	13,1973
Объемная доля водяных паров, rH2O	0,1887	0,1818	0,1708
Объемная доля трехатомных газов, rRO2	0,0902	0,0866	0,0809

 

Энтальпия воздуха (МДж/м³) теоретически необходимого для горения топлива, в приделах возможных температур продуктов сгорания, МДж/м³

 

I^o_в= V^o_в(cν)_в*10^-3

 

где (cν)_в- удельная энтальпия воздуха при соответствующей температуре, кДж/ м³

Энтальпия газообразных продуктов сгорания при горении с теоретическим объемом воздуха в интервале тех же температур, МДж/м³

 

I^o_г= [(cν)_RO2*V_RО2+(cν)_N2* V^o_N2+(cν)_H2O* V^o_Н2О]* 10^-3

 

Численные значения энтальпий, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.2

 

Таблица 2.2 – Энтальпии воздуха и продуктов сгорания в газоходах котла

ν,°C	Iво, кДж/кг	Iго, кДж/кг	α «т=1,1	α «к.п.=1,2	α «эк=1,28
топка	котельный пучок	водяной экономайзер
	1267,424	966,5408
	2550,1891	1958,54
	3858,424	2978,809			3904,831
	5190,021	4031,752			5277,357
	6553,705	5114,213			6687,103
	7949,476	6214,105		7406,527	8121,979
	9385,355	7346,704		8754,507
	10829,26	8510,854		10135,24
	12273,16	9701,861	10929,18	11542,83
	13757,17	10905,06	12280,78
	15281,28	1213,42	13641,54
	16805,4	13329,27	15009,81
	18329,52	15840,63	17673,58
	19893,74	16468,8	18458,17
	21457,97	19379,5	21525,3
	23022,2	20836,03	23138,25
	24586,42	22314,26	24772,91
	26150,65	23792,5	26407,56
	27754,98	25273,07	28048,57
	29359,32	26773,01	29708,96
	30963,65	28275,29	31371,66
	32567,99	29777,58	33034,37

 

Тепловой баланс котла

 

Изложенные ниже расчеты, выполнены с целью определения коэффициента полезного действия (КПД) котла и расхода топлива.

Теплота сгорания единицы объема сухого газа, МДж/м³

Q^c_н=37,300

Подогрев топлива и воздуха вне котельного агрегата не предусмотрен. Отсутствует также форсуночное дутье. Поэтому Q_тл=0 Q_в.вн.=0 Q_ф=0.

Тогда располагаемая теплота, МДж/м³

 

Q^р_р= Q^c_н+Q_тл+ Q_в.вн.+ Q_ф=37,300

 

Потери теплоты и коэффициент полезного действия (КПД) котла.

Температура холодного воздуха, °C

t_х.в.=30

Энтальпия теоретически необходимого воздуха, кДж/м³

I^o_х.в.= 382,896

Температура уходящих газов, °C

ν_ух=152

Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах

α _ух=1,28

Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре (таблица 1.2), МДж/м³

I_ух=1,24499

Потери теплоты с уходящими газами, %

 

q₂=[(I_ух- α _ух* I^o_х.в.)/ Q^р_р]*10²=[(1,95854–1,28*0,289)/37,3]* 10²=4,55

 

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, %

q₃=0,5

 

Потеря теплоты от механического недожога, %

q₄=0

Потеря теплоты поверхностями котла и экономайзера, %

q₅=2,8

Суммарная потеря теплоты котельным агрегатом, %

 

Σ= q₂+ q₃+ q₄+ q₅=4,25+0,5+0+2,8=7,85

 

Коэффициент полезного действия котельного агрегата, %

 

η_к.у.=100- Σ q_пот=100–7,55=92,15

 

Расход топлива при номинальной тепловой нагрузке.

Тепловая нагрузка при работе котла в водогрейном режиме, МВт

Q_к=8

Расчет топлива котла при расчетной нагрузке, м³/с

 

В=Q_к*100/ Q^р_р* η_к.у.=8*100/37,3*92,15=0,1725

 

Расчетный расход топлива, м³/с

В_р=В=0,287.

 

Расчет теплообмена в поверхностях нагрева