Проектирование водогрейной котельной

• Название: Проектирование водогрейной котельной
• Дата: 05.03.2023
• Размер: 3.37 Mb.
• Имя файла: KP_Sosedov_25.doc
• Тип: Пояснительная записка; #969108
• страница: 4 из 8

3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Для сгорания топлива в топку подают воздух. При сгорании топлива образуются продукты сгорания (состав: CO2, H2O (пар), N2, SO2).

Коэффициенты избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличиваются. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.

При тепловом расчете водогрейных котлов определяются теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

𝐶𝑂2 = 0,7 С𝐻4 = 91,4 % С2𝐻6 = 4,1% С3𝐻8 = 1,9%

С4𝐻10 = 0,6% С5𝐻12 =0% 𝑁2 = 0,2%

Низшая теплота сгорания 38020 кДж/м3

Плотность газа 0,883 кг/м3

1. 
   Определение теоретического объема воздуха, необходимого для полного сгорания
   

При сжигании природного газа теоретический объем воздуха равен:



где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода.

2. 
   Определение теоретического объема азота в продуктах сгорания:
   

(23)

3. 
   Определение объема трехатомных газов:
   

𝑉_𝑅𝑂2 = 0,01 ∙ (𝐶𝑂₂ + 𝐶𝑂 + 𝐻₂𝑆 + ∑ 𝑚𝐶_𝑚𝐻_𝑛) , ^м3⁄м3 (24)

𝑉_𝑅𝑂2 = 0,01 ∙ (0,7 + 1 ∙ 91,4 + 2 ∙ 4,1 + 3 ∙ 1,9 + 4 ∙ 0,6) = 1,084 ^м3⁄м3 4) Определение теоретического объема водяных паров:

(25)

где 𝑑_г.тл − влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого воздуха, г/м3; в курсовом проекте влагосодержание газообразного топлива рекомендуется принимать 10 г/м3.

5. 
   Определение среднего коэффициента избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева:
   

(26)

Табл. 5

Участки газового тракта	Топка	Конвективный пучок
Коэффициент избытка воздуха за газоходом, 𝛼′′	1,05	1,15
Среднее значение коэффициента избытка воздуха αср	1,05	1,125

5. 
   Определение избыточного количества воздуха
   

𝑉избв = 𝑉0 ∙ (𝛼ср − 1), м3⁄м3 (27)

5. 
   Определение действительного объема водяных паров.
   

(28)

5. 
   Определение действительного суммарного объема продуктов сгорания.
   

(29)

5. 
   Определение объемных долей трехатомных газов, водяных паров и суммарной объемной доли:
   

(30)

Результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам сводим в таблицу 3.

Табл. 6

Величина	Теоретические объёмы: V0=10,022 м3/м3; VN02 = 7,92 м3/м3; VRO2 =1,08 м3/м3; VH02O =2,19 м3/м3.
1. Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	1,05	1,15
2. Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	1,05	1,125
3. Избыточное количество воздуха, м3/м3	0,50	1,25
4. Объём водяных паров, м3/м3	2,20	2,21
5. Полный объём дымовых газов, м3/м3	11,70	12,45
6. Объёмная доля трёхатомных газов	0,093	0,087
7. Объёмная доля водяных паров	0,187	0,176
8. Суммарная объёмная доля	0,280	0,263

3.3 Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1 кг топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

Определение энтальпии теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур производиться по формуле.

(31)

где 𝑉^о − теоретический объем воздуха, необходимого для горения, м3; 𝑉^о = 10,022 м³/кг;

(с𝛳)_в − энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [8].

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур:

(32)

где объемы трехатомных газов, теоретический объем

азота и водяного пара воздуха, необходимого для горения;

(с𝛳)_𝑅𝑂2, (с𝛳)_𝑁2, (с𝛳)_Н𝑂2 − энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [8].

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур.

(33)

Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α > 1

(34)

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания сводим в таблицу 5.

Табл. 7

Поверхность	Температура,	IB0,	IГ0,	Iизбв,	I,
нагрева	0С	кДж/м3	кДж/ м3	кДж/ м3	кДж/ м3
Топка	2000	30 808	37 440	1 540	38 980
	1900	29 124	35 361	1 456	36 817
	1800	27 440	33 265	1 372	34 637
	1700	25 797	31 201	1 290	32 491
	1600	24 163	29 153	1 208	30 361
	1500	22 519	27 112	1 126	28 238
	1400	20 876	25 110	1 044	26 154
	1300	19 232	23 087	962	24 049
	1200	17 639	21 109	882	21 991
	1100	16 035	19 179	802	19 981
	1000	14 432	17 255	722	17 977
	900	12 878	15 346	644	15 990
	800	11 365	13 467	568	14 036
Конвективный пучок	800	11 365	13 467	1 705	15 172
	700	9 842	12 414	1 476	13 891
	600	8 338	9 837	1 251	11 088
	500	6 875	8 103	1 031	9 134
	400	5 442	6 396	816	7 212
	300	4 049	4 737	607	5 344
	200	2 676	3 124	401	3 526
	100	1 333	1 545	200	1 745

3.4 Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива.

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла и суммой полезно

использованного тепла 𝑄₁, и тепловых потерь 𝑄₂, 𝑄₃, 𝑄₄, 𝑄₅, 𝑄₆. На основании теплового баланса вычисляются коэффициент полезного действия и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 м³ газообразного топлива при 0 ⁰С и 760 мм рт. ст. Общее уравнение баланса в тепловых единицах имеет вид:

(35)

где 𝑄₁ − полезная теплота, содержащаяся в горячей воде КА, кДж/м³;

𝑄₂ − потери теплоты с уходящими газами, кДж/м³;

𝑄₃ − потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

𝑄₄ − потери теплоты из-за механической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

𝑄₅ − потери теплоты от наружного охлаждения котельного агрегата, кДж/м³;

𝑄₆ − потери теплоты со шлаком, кДж/м³; Q₆=0 кДж/м³. В удельных величинах, % при:

(36)

𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞3 + 𝑞4 + 𝑞5 = 100 %	(37)

КПД брутто КА можно определить следующим образом:

Ƞ^бр_КА = 𝑞₁ = 100 − (𝑞₂ + 𝑞₃ + 𝑞₄ + 𝑞₅) (38)

Потеря теплоты с уходящими газами определяется:

, (39)

где 𝐼_ух − энтальпия уходящих газов, кДж/м³; при t_ух = 130 ⁰С (согласно технической документации для данного котельного агрегата) путем интерполяции находим, что 𝐼_ух = 2279 кДж/м3;

Для газа принимают ;

𝛼_ух − коэффициент избытка воздуха; энтальпия воздуха, который поступает при 30 ⁰С:

( 40)

𝑞3 = 0,5 %, согласно табл. 4.4 [8]; 𝑞4 = 0, согласно табл. 4.4 [8]; 𝑞5 = 0,8 %, согласно табл. 4.5 [8] КПД брутто водогрейного котла определяется:
ȠбрКА = 100 − (4,8 + 0,5 + 0 + 0,8) = 93,9% Расход топлива определяется по формуле:	(41)

(42)

где 𝑄_КА − теплопроизводительность водогрейного котла, кВт.

Согласно заводской документации, максимальная тепло-

производительность водогрейного котла составляет 7,56 МВт, тогда расход соплива составит:



Учитывая общую тепловую мощность котельной на основе исходных данных, расход топлива на один водогрейный котел составит:



Для водогрейных котлов КВ-ГМ-7,56-150 подбираем газомазутные горелки РГМГ-7. Горелки выполнены с принудительной подачей воздуха от постороннего источника без предварительного смешения с воздухом.

Табл. 8

Наименование параметра	Значение параметра
	РГМГ-7
1 Номинальная тепловая мощность, МВт	8,15+0,82-0,41
2 Коэффициент рабочего регулирования, не менее	5
3 Номинальное разрежение в камере горения (топке), Па	20±20
4 Номинальное давление топлива перед горелкой, кПа:- мазута- газа	75±2518±3
5 Номинальный расход топлива:- мазута при (9680 ккал/кг), кг/ч- природного газа при (7960 ккал/м3), м3/ч	724880
6 Температура газа перед горелкой, 0С	от 0 до 40
7 Кинематическая вязкость жидкого топлива перед горелкой, мм2/с, не более	44
8 Температура воздуха перед горелкой, 0С	от 0 до 40
9 Потери полного напора воздуха в горелке при номинальной тепловой мощности, Па, не более	2000
10 Давление первичного (распыливающего) воздуха, кПа, не менее	5,0
11 Минимальный коэффициент избытка воздуха в диапазоне тепловых мощностей горелки от 100% до 60% номинальной величины при сжигании жидкого топлива, не более	1,2
12 Минимальный коэффициент избытка воздуха при номинальной тепловой мощности при работе на газе, не более	1,15
13 Увеличение коэффициента избытка воздуха в диапазоне рабочего регулирования тепловой мощности, не более	0,2
14 Содержание оксидов углерода в сухих продуктах сгорания (при a=1,0) в диапазоне рабочего регулирования, %, не более	0,05
15 Содержание оксидов азота (NOx) в сухих продуктах сгорания (при a=1,0) при номинальной тепловой мощности, мг/м3, не более: при сжигании мазута при сжигании природного газа	350 210
16 Потери тепла от химической и механической неполноты сгорания на выходе из камеры горения теплового агрегата в диапазоне рабочего регулирования, %, не более	0,5
17 Сажевое число по шкале Бахараха в диапазоне рабочего регулирования, не более: при сжигании мазута при сжигании легкого жидкого топлива	32
18 Длина факела при номинальной тепловой мощности, м, не более	3,5
19 Электродвигатель форсунки: - потребляемая мощность, кВт, не более	4,03000380
частота вращения (синхронная), мин-1 номинальное напряжение питания, 3 фазы (50Гц), В
20 Масса, кг, не более	620
21 Топливо	Мазут ГОСТ 10585 Природный газ ГОСТ 5542