Лабораторная работа: Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов

Название: Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов
Раздел: Рефераты по физике
Тип: лабораторная работа

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 q ₃ , q ₄ , q ₅ приведены в нормативном методе тепловых расчетов, потери теплоты топлива q ₂ , q ₆ определяются расчетом.

Наибольшее значение из тепловых потерь имеет отвод теплоты из котла с уходящими газами q ₂ . Она составляет q ₂ = 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 (q ₄ =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

Основные сведения	Характеристика
Марка котлоагрегата	ГОСТ 3619-69	Е-50-3,9
Марка котлоагрегата	Заводская	БКЗ-50-3,9
Производительность	т/ч	50
Параметры пара	Давление на выходе Р, МПа	3,9
Параметры пара	Температура t, °С	440
Топливо	Березовскийбурый уголь
Расчетный КПД брутто , %	91,8
Температура уходящих газов, ºС	145

Таблица 2 . Расчетные характеристики топлива из [3]

Месторождение

Марка

Элементарный состав на рабочую массу

топлива, %

Низшая теплота сгорания

, МДж/кг,(ккал/кг)

Выход летучих

Березовское

Б2Р

Влажность, W^P

Зольность , A^P

Сера, S^P

Углерод, C^P

Водород, H^P

Азот, N^P

Кислород, O^P

15,67(3740)

48,0

33,0

5,4

0,26

36,3

4,3

0,6

20,2

1. Расчет объемов воздуха и продуктов горения

Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1кг рабочего топлива при нормальных условиях (0^о С 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 =2042,26ºСпо 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 =2042,26ºСпо 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 q ₂ =6,22% – потери теплоты с уходящими газами; q ₃ = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q ₄ = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q ₅ = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения; q ₆ = 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 =2042,26ºСпо 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 q ₃ =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]; (с t )_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:

q ₂ = 6,22% – потери теплоты с уходящими газами;

q ₃ = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом;

q ₄ = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива;

q ₅ = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения;

q ₆ = 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 () поупрощенной 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