Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

 

Целями составления теплового баланса котельного агрегата яв­ляются:

· определение значений всех приходных и расходных статей ба­ланса;

· расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата;

· анализ расходных статей баланса с целью установления при­чин ухудшения работы котельного агрегата.

На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по по­вышению энергетической эффективности котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании органического топлива про­исходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов горения. Выделившаяся теплота расходуется на выработку полезной теплоты пара или горячей воды и на компен­сацию тепловых потерь. В соответствии с законом сохранения энер­гии должно соблюдаться равенство прихода и расхода теплоты в котельном агрегате, т.е.

Для котельных установок тепловой баланс обычно составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива, или на 1 м³ газа, находяще­гося при нормальных условиях (273 К и 0,1013 МПа). Статьи, вхо­дящие в уравнение теплового баланса, должны иметь размерность МДж/кг или МДж/м³.

Поступившую в котельный агрегат теплоту называют также рас­полагаемой теплотой и обозначают . В общем случае при­ходная часть теплового баланса записывается в виде уравнения

,

где — низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг для твердого или жидкого топлива и МДж/м³ для газа; — физи­ческая теплота топлива, определяемая по формуле

,

где с_т — удельная теплоемкость топлива, МДж/(кг·°С) или МДж/ (м³·°С); — температура нагрева топлива, °С.

Физическая теплота твердого топлива, имеющего обычно низ­кую температуру (около 20 °С), в балансе не учитывается. Жидкое топливо (мазут) для снижения вязкости и улучшения распыла по­ступает в топку подогретым до температуры 80...120°С, потому его физическая теплота при выполнении расчетов учитывается. Учет Q_ф.т ведется при сжигании газообразного топлива с низкой тепло­той сгорания (например, доменного газа) при условии его подо­грева до 200... 300 "С.

Q_ф.в — физическая теплота воздуха учитывается лишь при по­догреве его вне котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжи­гании в нем дополнительного топлива);

Q_пар — теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распыле мазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения горения в случае слоевого сжигания антрацита:

,

где G_п — расход пара на 1 кг топлива, кг. При паровом распыливании мазута G_п=0,3...0,35, кг/кг топлива, при сжигании антрацита и подаче пара под решетку G_п=0,2...0,4 кг/кг топлива; h_п — эн­тальпия пара, МДж/кг; 2,51 — примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный аг­регат, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно ис­пользуемую теплоту Q_пол, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и различные потери ΣQ_потерь, т.е.

Q_pacx=Q_пол+Q_потерь

или

О_расх= = Q_пол+ Q_у.г+ Q_х.н + Q_м.н + Q_н.о+ Q_ф.ш+ Q_охл ± Q_акк,

где — располагаемая теплота котельного агрегата; Q_y.г — поте­ри теплоты с уходящими газами; Q_x.н — потери теплоты от хими­ческой неполноты сгорания; Q_м.н — потери теплоты от механиче­ской неполноты сгорания; Q_н.о — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла; Q_ф.ш — потери теплоты с физической теплотой шлаков; Q_охл — потери теплоты с охлаждае­мыми элементами, не включенными в циркуляционную систему котла; Q_акк — расход (знак «+») или приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q_акк= 0.

Если обе части приведенного уравнения баланса умножить на 100 % и разделить на то получим при установившемся тепло­вом режиме котла

или

,

где — слагаемые расходной части теплового баланса, %.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Газовая динамика. Механика жидкости и газа. Учебник для вузов. /Бекнев В.С., Леонтьев А.И., Шабаров А.Б. и др. -М.: Изд-во МГТУ, 1997. - 671 с.

2. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.:Машиностроение, 1988.-360 с.

3. Ландау Л.Г. Гидродинамика т.6. - М., Наука, 1982. - 650 с.

4. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидродинамика. -Л.-М.: ОГИЗ, 1948, ч.1 - 536 с., ч. 2 - 728 с.

5. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика -М.: Наука, 1991, ч.1. - 600 с., ч. 2. - 304 с.

6. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. ч.1. - М.: Наука, гл. ред. ФМЛ, 1987 - 464 с.

7. Чугаев Р.Р. Гидравлика -М.: Энергоиздат, 1982 - 672 с.

8. Бекнев В.С., Михальцев В.Е., Шабаров А.Б. Турбомашины и МГД-генераторы. - М.: Машиностроение, 1983. - 392 с.

9. Турбулентность. Принципы и применение. /Под ред. У Фроста и Т. Моулдена. - М.: Мир, 1980 - 535 с.

10. Сборник задач по газовой динамике/ Бекнев В.С., Шабаров А.Б. и др. - М.: Машиностроение.

11.Техническая и параметрическая диагностика в трубопроводных системах /Антипьев В.Н., Земенков Ю.Д., Шабаров А.Б. и др. – Тюмень, 2002.

12. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. – М.: Недра, 1993.

13. Теплообмен при трубопроводном транспорте нефти и газа /Антонова Е.О., Бахмат Г.В. и др. – С.Петербург, 1999.

14.Теория тепломассообмена / Под ред. А.Н.Леонтьева. - М.: Изд-во МГТУ, 1997.

15.Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

16.Исаченко В.П., Осипова В.А. Теплопередача./Учебник для студентов энергетических вузов и факультетов. – М. –Л.:Энергия, 1965. – 419с.

17.Архаров А.М., Исаев С.Н. и др. Теплотехника. – М.: Машиностроение, 1986.

18.Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1975. – 280с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Раздел 1. Вопросы к экзаменационным билетам государственного экзамена по теплофизике
1.1.Термодинамика
1.2.Теплопроводность
1.3.Лучистый теплообмен
1.4.Гидрогазодинамика
1.5.Конвективный тепломассообмен
1.6.Тепломассоперенос при фазовых превращениях
1.7. Сбор, подготовка, транспортировка и хранение и распределение нефти и газа
1.8.Теплопередача в промышленных аппаратах
Раздел 2. Дипломное проектирование
Введение
2.1. Общие требования
2.2. Содержание пояснительной записки
2.3. Оформление расчетной части
2.4. Оформление списка использованных источников
2.5. Оформление приложения
Раздел 3. Общие требования к оформлению графической части
3.1.Применяемые форматы и масштабы
3.2. Основные надписи
3.3. Оформление чертежей
3.4. Системный подход к дипломному пректированию
3.5. Организация дипломного проектирования
3.6. Порядок представления дипломных проектов к защите
3.7. Защита дипломных проектов
Раздел 4. Конспект лекций
1.Термодинамика
1.1. Первое начало термодинамики
1.2.Круговые процессы (циклы)
1.3. Циклы холодильных установок
2.Теплопроводность
2.1. Температурное поле. Градиент температуры. Основной закон теп­ло­про­вод­ности (закон Фурье). Коэффициенты тепло- и температуропроводности.
2.2. Уравнение теплопроводности в неподвижной и в движущейся среде.
2.3. Стационарное температурное поле и тепловой поток через многослойную плоскую стенку. Температурный напор и тер­ми­ческое сопротивление.
2.4. Стационарное температурное поле в цилиндрической области. Ста­ци­о­нар­ный тепловой поток через многослойную цилиндрическую стенку.
2.5. Стационарное температурное поле сферического источника тепла в огра­ни­че­нной и в неограниченной среде.
2.6. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности; его физический смысл.
2.7. Температурное поле непрерывного неподвижного точечного источника в неограниченной среде. Функция ошибок Гаусса (функция erf(х)).
2.8. Температурное поле непрерывного плоского источника. Нагрев полуограниченной среды постоянным потоком тепла.
2.9. Нестационарное одномерное температурное поле в полуограниченной среде с заданной постоянной температурой на поверхности.
2.10. Задача о промерзании влажного грунта (классическая задача Стефана).
2.11.Квазистационарный метод Л.С. Лейбензона для приближенного решения задач Стефана. Задача о промерзании цилиндрической трубы.
3. Лучистый теплообмен
3.1. Основные закономерности лучистого теплообмена. Коэффициенты отражения, поглощения и прозрачности. Понятие серого тела, степень черноты. Эффективное излучение.
3.2. Теплообмен излучением между двумя плоскими параллельными пластинами.
3.3. Теплообмен излучением между двумя поверхностями тел в замкнутом пространстве.
4.Гидрогазодинамика
4.1. Уравнение неразрывности для многофазной среды
4.2.Уравнения движения сплошной среды
4.3. Уравнение баланса кинетической энергии
4.4. Уравнение баланса полной энергии
4.5. Уравнение баланса внутренней энергии
4.6. Квазиодномерное течение несжимаемой жидкости.
4.7. Уравнение Навье-Стокса.
4.8. Уравнения турбулентного движения в форме Рейнольдса.
4.9. Схемы воздействия на поток.
4.10. Дифференциальные уравнения пограничного слоя.
4.11. Характерные толщины пограничных слоев. Интегральное соотношение импульсов.
5. Конвективный тепломассообмен
5.1. Интегральные соотношения энергии и диффузии
5.2. Интегральные модели тепломассопереноса в турбулентном пограничном слое
5.3. Теплообмен при вынужденном течении в трубах
5.4. Естественная конвекция
6. Тепломассоперенос при фазовых превращениях
6.1. Виды конденсации, равновесие капли конденсата на поверхности, термическое сопротивление при пленочной конденсации. Режим течения конденсата в пленке.
6.2. Теплообмен при ламинарном течении конденсата на вертикальной стенке.
6.3.Теплообмен при пленочной конденсации пара движущегося внутри труб.
6.4.Теплообмен при капельной конденсации пара.
6.5.Основные понятия и модельные представления о кипении.
6.6.Параметры и структура потока при кипении жидкостей в трубах.
6.7. Теплопередача при пузырьковом режиме течения.
6.8.Теплоотдача при пленочном режиме кипения жидкости.
6.9. Кризисы теплообмена.
7. Сбор, подготовка, транспортировка, хранение и распределение нефти и газа
7.1. Состав сооружений магистрального трубопровода.
7.2. Основные технологические процессы подготовки нефти
7.3.Способы подготовки газа к транспортировке.
8.Теплопередача в промышленных аппаратах
8.1. Классификация теплообменных аппаратов.
8.2.Исходное уравнение теплового баланса теплообменного аппарата
8.3.Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата
Литература