Адиабатная температура горения определяется при избытке воздуха за топкой ат и энтальпии, равной полезному тепловыделению в топке. Полезное тепловыделение находится по зависимости
QT = QPP{lOO-q3-q4-q6)/(lOO-q4) +
+ Qn— Єв. внш + НготЪг, (4.21)
Где QB—теплота, вносимая воздухом в топку,
Єв=К-Аат-Аапл) Я° в+(Дат+Дапл) Я°в; (4.22)
Аат и Аапл—присосы воздуха в топке и в пылесистеме (см. гл. 3); Я° в, Я° в—энтальпия теоретически необходимого объема воздуха при температурах горячего и присосанного холодного воздуха, кДж/кг (см. гл. 2 и приложение); бввнш— теплота воздуха, подогретого вне парового котла, кДж/кг (см. гл. 3); Яг отб, г—энтальпия и доля газов, отбираемых на рециркуляцию (см. гл. 3).
Параметр распределения температур по высоте топки
М=А-ВХТ, (4.23)
Где Хт—относительное положение максимума температур газов в топке. Для однокамерных топок с горизонтальным расположением осей вихревых горелок и верхним выводом из топки продуктов сгорания Хт, как правило, совпадает с относительным уровнем расположения горелок Хг.
Значение коэффициентов А и В в уравнении (4.23) определяется по табл. 4.4.
|
Таблица 4.4
|
При отклонении положения максимальной температуры от среднего уровня горелок
ХТ=~ХГ + АХ, (4.24)
Где Д X—относительное превышение максимума температур над уровнем горелок, определяется по табл. 4.5.
|
Таблица 4.5
|
В остальных случаях, не оговоренных в табл. 4.5, Х1 — Хт. В инвертных топках при размещении пылеугольных горелок на потолке топки и нижнем отводе газов принимают Хт = 0,25 ч-0,30.
Независимо от полученного значения М по формуле (4.23) параметр М в призматических топках, кроме инвертных, не должен для твердых топлив превышать 0,5. Для полуоткрытых топок параметр М’ принимают равным 0,48 при сжигании газа, мазута и высокореакционных топлив и 0,46 при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего угля. В топках с подовым расположением горелок рекомендуется принимать — Ы = = 0,39+0,40.
Число Больцмана
Bo = tpi? pFccp • 1011/(5,67 |/срігст7’а). (4.25)
Средняя теплоемкость продуктов сгорания Vc^ 1 кг топлива, *кДж/(кг • К), при избытке воздуха за топкой и в интервале температур газов —определяется по формуле
^сР = (0т-Я;’)/(За-0;’). (4.26)
При сжигании смеси твердого и жидкого топлива при определении числа Больцмана Во объем продуктов сгорания принимается на 1 кг смеси, а расход топлива равным суммарному расходу составляющих смеси топлив.
При сжигании природного газа в смеси с твердым или жидким топливом, как отмечалось ранее в гл. 2, расчет ведется, по расходу твердого (или жидкого) топлива и поэтому при определении числа Больцмана объем продуктов сгорания принимается по объему смеси, приходящемуся на 1 кг твердого или жидкого топлива (УС1Л = VTT+XVr т), в Вр—по расходу твердого (или жидкого) топлива. Здесь индексы «т. т»—твердое топливо, «г. т»—газообразное топливо; х^—количество кубических метров горючего газа, приходящегося на 1 кг твердого (или жидкого) топлива.
Относительная температура продуктов сгорания, за топкой
. 0" = г; IT — е;’ = Во°’6/(Во0’6+Мв?’6). ‘ <4.27)
Абсолютная температура продуктов сгорания за топкой
Т: = TJ[ 1 + М(єт/Во)0’6]. ‘ (4.28)
Поверхность стен топки j, необходимая для охлаждения продуктов сгорания до заданной температуры на выходе из топки,
FCT = BpQn_(Tjr;-
— 1)2/Л/2]°’33/(5,67 • 10"1 Ч^МТ’ЇТІ), (4.29)
Где Qn—удельное тепловосприятие экранов топки по балансу, кДж/кг,
ЄЛ = (Єт-Я;’)Ф; (4.30)
Ф—коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю Теплоты газов, воспринятой поверхностью нагрева, Ф—1 —
Пример 4.8. Определить адиабатную температуру горения Кузнецкого угля марки СС (приложение, табл. fll, топливо Щ 6). Условия сжигания топлива: топка с жидким шлакоудале — Йием, температура горячего воздуха /гв —370° С, Дат = 0,
55
Лапл = 0; котел работает под наддувом, рециркуляция газов отсутствует, избыток воздуха за топкой ат=1,15, ауй = 0,5.
Решение. 1. Определяем энтальпию газов для ожидаемого диапазона адиабатной температуры продуктов сгорания (2200— 2000° С). Для этого используем теоретические энтальпии и Щ для данного топлива (приложение,, табл. ПЗ). Они равны соответственно: при 0 = 2200ь С Щ = 24 865 кДж/кг, Я® = 28 855 кДж/кг; при $=2000° С #° = 22 408 кДж/кг, #? = = 25 971 кДж/кг.
Цри избытке ат=1,15 энтальпия газов равна: при 0 = 2200° С #г = 28 855 + (1,15-1) 24 865 = 32 585 кДж/кг; при 9 ;= 2000е С Яг = 25 971 +(1,15 — 1) 22 408 = 29 332 кДж/кг. .
Так как отсутствует предварительный подогрев воздуха бв вн ~ физической теплотой топлйва пренебрегаем; тогда Qi=Qi = 21 420 кДж/кг.
2. Определяем потери теплоты Q3 и ■ Q4 по табл. П7: с химическим недожогом #з = 0; с механическим недожогом
3. Потери с физической теплотой шлаков [по (3.6)]
0,5-2064,1 14,1
Ол=———————————————— = 0,531%.
46 27 420
Температура шлаков принята Tn Ж = 1700° С, при этом (г$)зл*= = 2064 кДж/кг.
4. Определяем полезное тепловыделение в топке [по (4.21)]. Теоретическая энтальпия горячего воздуха определяется по табл. ПЗ приложения для данного топлива: при /г в=400° С Н® = 3960 кДж/кг, при Tv в^=200° С Я° = 1947 кДж/кг. Для тем-
10
Пературы в = 370° С: Н°в= 3960-(3960-1947) =
= 3658 кДж/кг. Теплота, вносимая воздухом [по (4.22)],
= (1,15 — 0 — 0) 3658,0 + 0 = 4207 кДж/кг. Полезное тепловыделение в топке
420 100-1.0 -0.0 -0.53.+4207 _0 + 0 = 31 480 кДж/кг. 1 100-1,0 Для QT — 31 480 кДж/кг адиабатная температура
31 48fl_____________________________________ 1Я
8а = 2000 + (2200 — 2000) С
Пример 4.9. В соответствии с данными решения примера 4.8 найти изменение адиабатной температуры горения при повышении температуры горячего воздуха на 50° С.
Решение. 1. Определяем теоретическую энтальпию горячего воздуха при температуре 420° С. По табл. ПЗ приложения для данного топлива при fB=400° С Я" = 3960 кДж/кг; при fB = 600°C Я° = 6065 кДж/кг. При температуре 420° С
ЯЬ 39бО+6^^4оо° (420 — 400) = 4170,5 кДж/кг.
2. Полезное тепловыделение в топке при температуре горячего воздуха 420° С:
Єв = 4170,5(1,І5-0-0) + 0=±4796 кДж/кг;
100- 1,0-0,0-0,531 бт = 27420- :—+4796 = 32069 кДж/кг.
3. Определяем адиабатную температуру горения:
9. = 2000+(2200 — 2000)|^|І|=2.6Г С.
Таким образом, увеличение температуры горячего воздуха на 50° С повысило адиабатную температуру на 2168 — 2132 = 36° С.
Существует приближенный способ определения разницы адиабатных температур:
Определяем изменение энтальпии продуктов сгорания в интервале температур 200° С при ее изменении от 2000 до 2200° С. В соответствии с примером 4.9
ДЯГ = 32 585-29 332 = 3253 кДж/кг;
Изменение энтальпии горячего воздуха тоже в интервале температур 200° С при ее изменении от 400 до 600° С
В=(6065 — 3960) (1,15-0) = 2420 кДж/кг;
Изменение адиабатной температуры продуктов сгорания
ДЭ.=Д, Г.^ = 50^=37° С.
Г в АНг 3253
По этому способу можно определять изменения адцабатной температуры без повторного расчета QT.
Пример 4.10. Определить, насколько повысится адиабатная температура горения при переходе от замкнутой схемы сушки при сжигании кузнецкого угля марки СС (см. пример 4.8) к разомкнутой схеме сушки дымовыми газами. Принять влажность пыли И/Пл = 2%, при разомкнутой схеме подачу пыли в горелки воздухом от компрессора, долю транспортирующего воздуха Дагв = 0,012, температуру транспортирующего воздуха 60° С, температуру пыли после пылевого бункера 85° С, рециркуляция газов отсутствует, шлакоудале — ние—жидкое, доля уноса золы 0,5.
Решение. В соответствии с табл. ПI приложения элементный состав сырого топлива Wp = 6,0%; Лр=14,1%; Sp = 0,6%; Ср = 72,5%; Н* = 3,4%; #p=l,7%; Ор = 1,7%, низшая теплота
57
Сгорания 27 420 кДж/кг. Элементный сослан пыли при it " ~2% і ї соответствии с формулами пересчета (гл. 1. табл. 1.1): И/ПЛ = 2,0%; Л "л —• 14,7%; S*""=0.63%; Сп;|-75,59%: Н — 3.54%; N"’=1,77%; 0,1Я = 1,77%; (?£.„л = 28 694 кДж/кг. В сооівеісгвии с (2.1), (2.4) (2.7) теоретические объемы воздуха и составляющих продуктов сгорания будут равны:
Г° —7,58 м3/кг; %0і=.),4] м>г; I% -6.00 г’/кг;
У И, о — 0,57 м3/кг.
1. Определяем по (2.23) — (2.25) энтальпии газов при избытках ц = I и а-1,15 и ожидаемой гемпературе равной 2500 —2200′ С. В результате по іучаем следующие значення:
Эта. и.ьии. і. Дж — «сі Темпсрачл-ра. (
Л10(1 ‘ 22(H)
И{) ……………………………………………….. 24512 25784
В
//[‘………………………………………………… 28 350 2УН39
/У,’ при ас ■•= 1,15…………………………. 32 027 707
2. Определяем теоретические энтальпии воздуха при температурах 60 и 370 С по (2.23): при і = 60 С Н= 602,2 кДж/кг; при T = 370 С И Iі = 3791 кДж/кг.
3. Определяем располагаемую теплоту топлива. В связи с отсутствием подогрева воздуха в калориферах Qli AHlu —0.
В соответствии с табл. П6 приложения теплоемкость сухой массы кузнецкого угля марки СС при 85 С составляет 1,070 кДж/(кг •1 С), а теплоемкос ть пыли
2,0 100-2
Г,, — 4,1868 — — + 1,07 — …………… = 1,132 к ДжДкг • С).
ЦЮ loo
При ) і ом по (3.2)
Q ;;; = 28 694 + о + І, І з2 • 85 — 28 790 кДж/кг.
4. Определяем потери теплоты. Топочные потери, как при замкнутой схеме сушки в примере 4.8:
<7 з = 0; </4=1,0%.
Потери с физической теплотой шлаков (по 3.6)
0,5 ■ 2064.1 • 14,7
Tj„ =………………………………………… ——— «0,53%.
28790
5. Определяем теплоту воздуха (по 4.22):
£„ = (1,15-0,012)3791 + (0,012 + 0) 602,2 = 4321 кДж/кг.
Полезное тепловыделение в топке (по 4.2 Г)
100- 1,0 — 0 — 0,53
28 790————————— -— + 4321 -0 + 0 = 32 958 кДж и.
100- 1,0
Этому значению но табл. Н —У соответствует температура
32 — 32 027 ,
А;-2100+— —…………………… 2200-2100) = 2155′ С.
33 707 — 32 027 v ‘
Д ія замкичтой схемы сушки в соответствии с примером 4.9 V 2132 ( .
Таким образом, переход на разомкнутую схему сушки топлива для кузнецкого угля марки СС с Wр — 6% повысил адиабатную температуру горения на 23 С. Для более влажных гонлив это значение намного больше: например, для влажных бурых углей 150 200 С.
Пример 4.11. Определи ть изменение адиабатной температуры при введении рециркуляции тазов в ядро горения в количестве 5 20% с интервалом 5%. Топливо березовский бурый уголь (приложение, табл. ГП, топливо № 14), размол топлива — в индивидуальной замкнутой схеме пылеприготовления с мелющими вентиляторами, забор газов на рециркуляцию за воздухоподогревателем при й = 130 С и избытке воздуха аух= 1,26.
При этом следует принять: температуру горячего воздуха 250 С; отбор газов на сушку /4УГб = 0,20; температуру газов в отборе на сушку 400" С при асущ = аг; избыток воздуха в топке 1,20; присос в топке Аат = 0; то же в пылесистеме Аа11Л = 0,2; предварительный подогрев воздуха в калориферах отсутствует, физической теплотой топлива пренебрегаем.
Решение, Поскольку система пылеприготовления замкнутая, то газы, отбираемые на сушку топлива, также возвращаются в топку.
1. Определяем теоретические объемы воздуха и составляющих продуктов сгорания по табл. 111 приложения:
V 0 = 4,28 м-‘/кг; VROy = 0,82 м /кг;
Г Й, = 3,38 м3/кг; I й,;- 0,82 м3/кг.
Теоретические энтальпии воздуха И® и газов Н " определяем в соответствии с (2.23) и (2.24).
2. Определяем располаг аемую теплої у топлива (по 3.22). Б связи с отсутствием предварительного внешнего подогрева воздуха и физической геплогы топлива
0 =16 200 кДж/кг.
3. Определяем теплоту, вносимую в топку воздухом. Теоретические энтальпии воздуха Н ° при температурах
В = 250° С и t, „ = 30° С по (2.23) соответственно равны: 1434,8 и 171,0 кДж/кг. Тогда по (4.22)
£>„ = (1,20-0-0,20) 1434,8+(0+0,20) 171,0 =1469,0 кДж/кг.
Потери теплоты с химическим и механическим "недожогом в соответствии с табл. П8 приложения: <?3 = 0; qA = 1,0%.
4. Определяем энтальпию газов в отборе на рециркуляцию и сушку. В соответствии с (2.23) и (2.24) теоретические энтальпии воздуха и продуктов сгорания при 9ух = 130° С: Я ° = 741,0 кДж/кг; Я® = 923,7 кДж/кг. При избытке воздуха аух = 1,26 энтальпия продуктов сгорания по (2.25) (энтальпией золы пренебрегаем): Яг отб = 923,7 -+-(1,26—1,0) — 741,0 = = 1116,4 кДж/кг.
Определяем энтальпию продуктов сгорания в отборе на сушку при $ = 400° С: Я„ =2319 кДж/кг; Я? = 2926 кДж/кг. При избытке воздуха асуш = 1,20
Нг. сУш = 2926+(1,20 -1) 2319 = 3390 кДж/кг.
5. Определяем полезное тепловыделение в топке (по 4.29). Так как топливо малозольное, потерями с теплотой шлаков пренебрегаем (<?6 = 0). При fpil = 5%
Q= 16 200100~°"l,0~0 + 1469,0-0-И 1.16,4■ 0,05 + 3390■ 0,2 = 100-1,0 ‘ .
= 18347,2 +111-6,4 • 0,05 = 18 403 кДж/кг;
При грц=10%
QT = 18347,2 +1116,4 • 0,1 = 18 458 кДж/кг;
При грц = 15%
QT = 18347,2 +1116,4 • 0,15 = 18 514 кДж/кг;
При грц = 20%
QT= 18347,2+1116,4 0,20= 18 570 кДж/кг.
Для определения адиабатных температур горения, соответствующих полученным тепловыделениям, необходимо построение Я, 9-таблицы при температурах, близких к ожидаемым значениям
6. Находим избыток воздуха после смешения основного потока с рециркуляцией газов и отбором на сушку (см. пример 2.11):
Асм = ат + (арц ат)ГРц+ (асуш — ат ) Готб ■
При грц = 5%
Асм = 1,26+(1,26 -1,20) 0,05 + 0 = 1,203;
При грщ = 10%
Асм = 1,20 + (1,26 -1,20) 0,10+0=1,206;
При грц = 15%
Асм = 1,20+(1,26 -1,20) 0,15 + 0 = 1,209;
При грц = 29%
OcCM = l,20+(l,26-1,20)0,20 + 0= 1,212.
7. Находим энтальпию продуктов сгорания при избытках воздуха асм (см. пример 2.11):
Цг. см = [Я? ■+ (асм -1) и ° ] / (1 + грц + готб).
Для этого по (2.23) и (2.24) находим Я" и Я? при температурах 1200, 1400 и 1600° С и значения Нг при асм. Результаты сведены в табл. 4.6.
|
Таблица 4.6. Значения Ня н Нг
|
8. Определяем адиабатные температуры горения в соответствии с данными табл. 4.6: при грц = 5%
По аналогии получаем:
При грп= 10% &а = 1476° С;
При грц = 15% 0а= 1429° С;
При грц = 20% &а = 1385° С.
Таким образом, увеличение рециркуляции на 1% снижает адиабатную температуру горения в среднем на 9,5° С.
Пример 4.12. Определить температуру газов, покидающих топочную камеру котла Ё-670-13,8 ГМ с /пе = 545/545° С, паро — производителыюстью 186,11 кг/с для энергоблока мощностью
61
200 МВт при сжигании природного газа (приложение, табл. П2, топливо № 2).
Конструктивные данные топочной камеры принять по примеру 4.1. Параметры пара и воды следующие:
Температура перегретого пара…………………………………………….. 545/545" С
Температура питательной воды…………………………………………… 243° С
Давление свежего пара на выходе………………………………………… 13,7 МПа
Давление питательной воды ………………………………………………… 16,19 МПа
Расход вторичного пара………………………………………………………. 163,89 кг/с
Температура .пара на входе в
Промперегреватель…………………………………………………………….. 328° С
Давление пара после промперегревателя……………………………….. 2,40 МПа
Давление пара на входе в промперегреватель… 2,70 МПа
Избыток воздуха за топкой ат=1,05, котел — газоплотный, температура холодного воздуха 30 С, предварительный подогрев воздуха — отсутствует. Принять рециркуляцию газов в топку в количестве 6,8% (в воздушный короб на входе в горелки), отбор газов рециркуляции — за экономайзером при температуре 3221 С и избытке воздуха 1,05. Температура горячего воздуха 247 С, КПД котла т|к = 94,34%.
Решение. В соответствии с табл. П4 приложения объем трехатомных газов VRO = 1,00 м3/м3, теоретические объемы водяных паров, азота и воздуха соответственно равны:
^н2о = 2,15 м3/м3; К£з = 7,52 м3/м3; F° = 9,52 м3/м3.
Теоретический объем дымовых газов по (2.7)
Г?= 1,00 + 7,52 + 2.15 = 10,67 м3/м
При избытке а =1,05 объемы дымовых газов и водяных паров но (2.15 и. 2.14):
У, = 10,67+ 1,0161 (1,05 — 1,0)9,52 = 11.15 м3/м3;
1 н2о = 2, 15 + 0,0161 (1,05-1,0)9,52 = 2,16 м3/’м3.
Объемные доли трехатомных газов и водяных паров по (2.19) и (2.20):
RR02 = 1,0/11,15 = 0,09;
Г„2о = 2, 16/11,15 = 0,194.
Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров
Гп = 0,09 + 0,194 = 0,284.
|
Lj = 2,< |
|
Ср —=0,12 НР |
Отношение Ср/Нр определяем в соответствии с элементным составом топлива по табл.2 приложения и п. 4.1.8:
^98,9+^0,3+^0,1+^0,1 | = 2,988.
1. Определяем располагаемую теплоту топлива. В связи с отсутствием предварительного подогрева воздуха в калориферах и отсутствием заметной физической теплоты топлива Ql = Ql при б£ = 35 880 кДж/кг.
2. Определяем количество теплоты, воспринятой рабочей средой в котле (по 3.3а):
£>„., = 186,11 (3448,7 — 1053,1) + 163,89 (3561,7 — 3071,0) + 0 =
= 526 266 кДж/с.
3. Полный расход топлива (по 3.7)
526 266 100 з
В =——————————————- = 15,55лг/с.
35 880-94,34 ‘
4. Определяем адиабатную температуру горения. Полезное тепловыделение в топке —-по (4.21). Для ее нахождения по табл. П4 приложения определяем теоретические энтальпии горячего воздуха при t, ,в = 247 С. Она соответственно равна 3150 кДж/кг. При этом по (4.22) теплота, вносимая воздухом в топку,
QB = (і,()5- 0-0)3150 + 0 = 3307,5 кДж/м3.
При температуре рециркуляции газов 9 = 322 С по этой же таблице находим теоретические энтальпии воздуха и газов:
НІ = 4152,6 кДж/м3; tf® = 4868.2 кДж/м3.
При избытке воздуха в месте отбора аотб = 1,05 энтальпия газов по (2.25)
Яг. ог6 = 4868.2 + (1,05 — 1) 4152,6 = 5076 кДж/м3.
В соответствии с табл. П7 приложения <?3 = 0,3%, #4 = 0; потери с физической теплотой шлаков отсутствуют.
При полученных QB и Яг оіб определяем QT [см. (4.21)]:
100 0,3-0-0
Q, = 35880 — 1оо о———— + 3307,5 — 0 + 0.068 ■ 5076 = 39452 кДж/м3.
Для определения адиабатной температуры горения необходимо посгроение Н, 0-габлицы при температурах газов близким к Э„. С учетом рециркуляции газов теоретические энтальпии воздуха и газов принимаем при температурах 1800 и 2000° С по табл. П4 приложения. В связи с тем что избыток воздуха в месте забора рециркуляции равен избытку воздуха за топкой (оссм = ат= 1,05), энтальпию газов при а =1,05 находим по (2.25). В результате получаем следующие значения:
Энтальпия, кДж/м3 Температура, С
1800 2000
………………………………………………………………….. 25 987 29.178
………………………………………………………………….. 31 635 35 609
Нт при а=1,05 ……………………………………………… 32 934 37 068
Энтальпия газов с учетом рециркуляции определяется по (2.26):
При 9= 1800° С
Яг. рц = 35 174 кДж/м3;
При 0=2000° С
Яг рц = 39 589 кДж/м3.
В соответствии со значениями Нг рц и QT находим
39 452-35 174
-9а = 1800 +——————————- (2000 -1800) = 1994° С;
39 589 — 35 174 J
Га = 1994+273 = 2267 К.
5. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания по (4.26):
Принимаем температуру газов за топкой 1265° С.
Аналогично строим Н, ^-таблицу при температурах газов^ 1200 и 1400е С с учетом рециркуляции газов г = 0,068:
Энтальпия, кДж/м3 Температура, °С
1200 1400
……………………………………………………………………… 16 701 19 770
Н° …………………………………………………………………. 20 067 23 873
Нг при а= 1,05 …………………………………………………. 20 902 24861,5
Нт при а= 1,05 и грц = 0,068 ……………………………….. 22 323 26 552
В соответствии с таблицей температуре газов 1265° С соответствует Яг = 23 697 кДж/м3.
39 452-23 697 З тгч
Vccv=—>———————————— = 21,61 кДж/(м • К).
Ср 1994-1265 ‘ ^ /V )
Параметр температурного поля по (4.23) и табл. 4.3: М = 0,54-0,2-0,219 = 0,496,
Где ХТ = ХТ = 0,29 — по данным примера 4.1.
6. Определяем средний коэффициент эффективности экранов (по 4.18).
По данным примера 4.1 принимаем _
_ [386,5 ■ 1,0 + (337,3 — 10,6) 1,0 + 133,9 ■ 2 ■ 1,0 + 44,8 • 1,0 ] 0,65 +
+ 143,1-0,1+219,4 1,0 -0,65 ————————————— = 0,538.
Коэффициент эффективности газового окна принят с учетом коэффициента |3.= 0,5 по рис. П2 приложения.
7. Определяем коэффициент излучения топочной среды: произведение Pns = 0,103 -0,284 -6,2=0,181 МПа м; коэффициент кт по (4.14):
= /о,78+ 1,6^0Д94— Г 1265 + 273 =
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами но (4.16):
|
( |
1 — U 771
1,6 ~"І000————————————- 0,5J2,988 = 1,67 1/(МПам);
»
По (4.13) находим єсв и єг:
Єсв=1-^"(3’06 0’284 + 1’67)0Д03"6-2 =0,802;
Е, = 1 — е — " 103 •6-2 = 0,426;
Коэффициент усреднения M для газа равен 0,1; коэффициент излучения факела по (4.12)
Сф = 0,1 -0,802+(1 -0,1)0,426 = 0,464.
Затем по (4.10) находим
0,464
£, =—————————————————— = 0,616.
0,464+(1-0,464) 0,538
8. Определяем температуру газов на выходе из топки (по 4.28), число Больцмана Во по (4.25):
Во = 0,9968-15,55 -21,61 Ю11/^,67 0,538 • 1398,9 -22673) = 0,67;
П = 22б7/[1 +0,496(0,616/0,67)°’6] = 1540 К;
О;’= 1540-273 = 1267° С.
В соответствии с Я, Э-таблицей при этой температуре Я" = 23 740 кДж/кг. При этом лучистое тепловосприятие топки по (4.30)
<2Л = (39 452-23 740) — 0,9968 = 15 662 кДж/кг.
Пример 4.13. Определить изменение температуры газов на выходе из топки при увеличении загрязнений экранов выше расчетного на А]/э = 0,1 для котла Е-500-13,8 производительностью 138,9 кг/с.. Топливо — отсевы газовых углей (приложение, табл. П1, топливо № 2). Конструктивные данные по топочной камере принять по примеру 4.5 (рис. 4.3).
4-2065
Параметры пара и воды следующие:
Температура перегретого пара… 560 С
Давление пара за котлом…………………………. 13,73 МПа
Температура питательной воды…. 230 С Давление питательной воды 16.33 МІ і. і
При проведении расчетов принять: избыток воздуха за топкой 1,20; котел — газоплотный, мельницы среди сходные, под наддувом; температура холодного воздуха 30 С; температура воздуха после калориферов 66 С; избыток воздуха за ними 1,314; температура горячего воздуха 340 С; рециркуляция газов и их отбор на сушку отсутствую]; давление в топке />т = 0,100 МПа; расчетный КПД принять 91,618%;
Коэффициент сохранения теплоты ф = 0,9965; шлакоудаление……
Твердое; температура поступающего топлива 20 С.
Решение. В соответствии с табл. ПЗ приложения объем трехатомных газов VROl = 0,91 м3/кг, теоретические объемы водяных паров, азота и воздуха:
^н, о =0,58 м3/кг; ^S2 = 3,96 м3/кг; V0 = 5,00 м3/кг.
Теоретический объем дымовых газов по (2.7)
V ? = 0,91 + 3,96 + 0,58 = 5,45 м3/кг.
При избытке ат = 1,20 объемы дымовых газов и водяныч паров по (2.15) и (2.14):
Уг = 5,45 +1,0161(1,20-!,0) 5,00 = 6,47 м3/к;:
VHi0 = 0,58 + 0,0161 (1.20— 1,0)5,00 = 0.60 м%кг.
Объемные доли трехатомных газов и водяных паров по (2.19) и (2.20):
RROi = 0,91/6,47 = 0,141: ‘н2о =0,60/6,47 =0,093. Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров
Гп = 0,141+0.093 = 0,234. Масса дымовых газов по (2.16)
28 5
Gr = 1———————- -+ 1,306 • 1,20 • 5,00 = 8.55 кг/кг.
J 00
Ар = 28,5% по табл. П1 приложения. По табл. П7 приложения аун = 0,95, при этом
28,5-0,95
Ц, л =———— = 0,0317 кг/кг.
^ 100-8,55 ‘
Исходный вариант с расчетным загрязнением экранов
1, Определяем располагаемую теплоту и полный расход топлива. По табл. 113 приложения в соответствии с температурами іщ в, ґя определяем теоретические энтальпии воздуха #,.„=199,8 кДж/кі и #н = 439,7 кДж/кг.
По п. 3.1 теплота внешнего подогрева воздуха
<2« в„ш = 1,314 (439,7 — 199.8) = 315,2 кДж/кг.
Теплоемкость сухой массы топлива при 20 С по табл. П6 приложения с £ = 0,988 кДж/(кг • С), а с влажностью И/р=11%;
Г, = 4,1868 — + 0,988 ‘—■—— = 1,34 кДж/(кг • С). При этом фи — 100 100 1 4
Шческая теплота топлива Qrjl — 1,34 • 20 = 26,8 кДж/кг. По (3.2)
С учетом полученных (7В. ваш и (?,„, а также О £ ~ 18 880 кДж кі
Получаем Q :
Q!; = 3 8 880 + 315,2 + 26,8 = 19 222 кДж/кг.
Определяем количество теплоты, воспринятой рабочей средой в котле чо (3.3а):
0„„ — 138,9 (3488,4-993,4) + 0 + 0 = 346 531 кДж/кг.
Определяем полный расход топлива по (3.7):
346 53! • НЮ В—————— -.— 19,68 кг /С.
19 222 -9!.618
2. Определяем адиабатную температуру горения. Полез її — тепловыделение в гопке получаем [по (4.21)]. В соответствии с температурой горячего воздуха? ГшВ~340 С по табл. ИЗ приложения теоретическая энтальпия горячего воздуха Н-~ = 2295,9 кДж.’кі.
Теплота, вносимая в гонку с воздухом, по (4.22)
QB = (1,20 — 0 -0) 2295.9 + 0 — 2755 кДж/кг.
В соответствии с табл. П7 приложения t/j = 0, і/4 = 2%, ы„и —0.95. По (3.6) определяем потери теплоты со шлаками:
0,05-560,2-28.5 </„ =——————- = 0 042%.
19 222
При этом (сЭ)м принято по табл. П5 приложения при температуре 600 С.
При полученных значениях QB и тепловых потерь по (4.71)
] оо -0 2-0 04^
Єг=19 222 ———- —-—+2755-315,2 + 0 = 21 654 кДж/кг.
100-2 ‘
Для определения адиабліной темперл>рь* орс?*;: я полччасм энтальпии при значениях темпера гр га?—е «’.Іиіких К (при J 800 и 2000 С):
Энтальпия, кДж. кг Темпер:. .
200» і*- //!’ ……… 15 330 13 Ъп!
Я;1 ………………………………………….. І к 16 —
Hv, …………………………………………. 680 646
Я, при а= 1,20 …. 22 156 10 755
Так как /1пр>1,4, учитываем энтальпию толы. В соответствии со значениями //, и О,
= 1800+-^ | j (2000- 1800)= 1958 С;
T. d = 2231 К.
3. Определяем среднюю теплоемкость продуктов сгорания по (4.26).
В исходном варианте принимаем температуру за гонкой JK’= 1100 С.
Аналогично п. 4 получаем лпальпии при температурах газов 1000 и 1200 С:
Эш алышя, кДж кі Температура, С 1000 1200
НЧ…………………………………………. 7188 8760
Я? ………………………………………….. 8508 10 420
//,, ………………………………………….. 266 326
Я, при ос= 1,20 …. 10 212 12 500
В соответствии с таблицей температуре газов 1100 С соответствует энтальпия газов Нт = 11 356 кДж/кг, при этом
21 654- 11 356 __________________________ „
== кДж/(кг • К).
4. Определяем средний коэффициент эффективности экранов по (4.18).
|
1170-0,45+ 120,4-0,427 Тзокб |
По данным примера 4.5 и условным коэффициентам загрязнения экранов
Фср =———- = 0,444.
Здесь: = 0,45 —по табл. 4.2; = р = 0,45-0,95 = 0,427. 5. Определяем коэффициент излучения топочной среды: произведение ра S = 0,1 • 0,234 • 7,05 = 0,165 МПа ■ м: коэффициент А, =3,068 1/(МПа м) [см. (4.14)]:
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами
/ )Л = 73.3 1 /'(МПа — м);
Коэффициент ослабления лучей топочной средой по (4.17): в соответствии с п. 4.1.6
A-k<lkL, = 10,0; xt=0,5; х2=0,1;
К = 3,068 • 0,234 f 71,3 ■ 0,0317+10,0 ■ 0,5 • 0,1 = 3,48 1 ДМ Па • м);
Коэффициент излучения факела: сф= 1 —c"J’48’0’1 "7,°5 =0,914; по (4.10) находим е., =0,960.
Для топки (рис. 4.3) параметр температурного поля А’,. = Л = = 0.22:
М = 0,59-0,5 -0,22 = 0,48. Число Больцмана по (4.25): Во = 0,622. 6. Температура газов на выходе из топки по (4.28):
Г’,’= 2231 [1+0.48(0.960 0,622)0 6]= 1374 К;
•Г = 1374-273= 1101 С.
В соответствии с п. 3 при этой температуре Н" = = 11 367 кДж кг. при этом лучистое тепловоеприятие топки по (4.30)
С?., =(21 654-11 367)0,996= 10 251 кДж/кг.
Вариант с увеличением Заі ряшеиии экранов
В лом варианте связи с меньшей эффективностью жрано и температура газов за топкой должна был, выше. Принимаем 9^=1170 С. При этой темпераіуре в соответствии с табл. П6 //’,’= 12 157 кДж/кг. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сюрания в этом случае по (4.26) равна
21 654 12 157 •
I V „ —————————————— 12.05 кДж (кг-К).
1958— 1 170
^pj iinii! ко іффіпшеїі і эффективное! и экранов по (4.18) при
I;/, 0 4S 0,1-0.35 и ;„К„-0.35 (1.У4 =0,329 составляет
1170 0.35+ 120,4-0.329
Ці.-: ——————————————————— ~ 0,345.
1301.6
Определяем коэффициент излучения топочной среды при 9" =1170" С:
/V* = 0,165 МПа м; К, =2,907 1 (МПа-м);
, = 68.94 1. (МПа ■ м); к = 2,97 ■ 0.234- 6N ‘>4 • 0,0317 + 10,0 • 0,5 • 0.1 = 3,366 I /(МПа ■ м).
В соответствии с новым значением к определяем коэффициент излучения-факела:
Єф = 1_в-3,366-0.1-7,05 = 0 907
Находим по (4.10) еТ = 0,966.
При новых значениях J/cp и ет число Во = 0,802. Температура газов на выходе из топки:
Т" = 2231 /[ 1 + 0,48 (0,966;0,802)° ]= 1452 К;
1452-273= 1179 С;
Єл = (21 654-12 260)0,996 = 9361 кДж/кг.
Таким образом, увеличение загрязнения экранов на ДЕ, = 0,1 привело к повышению температуры газов за топочной камерой на 78г С и уменьшению* ее тепловосприятия на 877 кДж/кг. или на 8,7%.
ЗАДАЧИ
Задача 4.5. Решить такую же задачу, как в примере 4.10 при сжигании промпродукта карагандинского угля (приложение, табл. П1, топливо № 8). Сопоставить значения температур адиабатного горения. При решении задачи при построении Н, ^-таблицы к значению энтальпии Нг добавить Я, л.
Задача 4.6. Определить адиабатные температуры горения при сжигании печорского угля (приложение, табл. П1, топливо № И) с рециркуляцией 5V 10, 15 и 20%. Избыток воздуха за топкой и в месте отбора на рециркуляцию ot! = 1,20; температура газов рециркуляции 360° С; температура горячего воздуха 300° С; температура предварительного подогрева воздуха 50° С; избыток воздуха на входе в котел Р" == 1,31; топливо сжигается с твердым шлакоудале — нием при ауи — 0,95; <у3 = 0,0; <?4= 1,0%; размол в среднеходных мельницах под разряжением с присосом в системе пылеприготовления Аапл = 0,04; температура топлива /т= 20" С. При решении задачи учесть энтальпию золы.
Задача 4.7. Определить по приближенной зависимости как изменится адиабатная температура горения Эа при повышении температуры горячего воздуха на 50° С (начальная температура "горячего воздуха 250 ‘ С). Результат сопоставить с примером 4Л0. Условия принять по задаче 4.5.
Задача 4.8. При сжигании мазута в топочных камерах с однофронтальным или встречным расположением горелок в ряде случаев относительное положение максимума температур пламени не совпадает с относительным расположением горелок. Определить влияние положения максимума температур на температуру газов за топкой, приняв Л Л’=0,05; 0,10; 0,15. Принять конструктивные данные по примеру 4.1, параметры и расходы газа—по примеру 4.13. Топливо — сернистый мазут (приложение, табл. П1, топливо № 19); температура предварительного подогрева воздуха 70" С, холодного воздуха 30° С; избыток воздуха перед калорифером Р’=1,18, температура мазута 120° С; избыток воздуха в продуктах сгорания за топкой 1,03; потери принять: 03 = О,3%; 94 = 0; ?г. в= 300 С; КПД котла 94%; давление в топке рх= 0,103 МПа; тепловые напряжения объема топки Qv < 407 кВт/м3; коэффициент сохранения теплоты Ф = 0,9968.
Задача 4.9, Определить для данных примера 4.13, как изменяется поверхность стен FCT и высота топки Нт при увеличении температуры газов на выходе из топки на 50° С. Указание — при решении задачи пренебречь изменениями S; Хг; єт, |гср н Усср.
Задача 4.10. Определить температуру газов за топкой при сжигании природного газа непосредственно после мазута без очистки экранов. Исходные данные принять по примеру 4.13. Сопоставить результаты с решением данного примера.
Задача 4.11. Насколько изменится температура газов за топкой при сжигании природного газа в котле Е-500-140 производительностью 138,89 кг/с после сжигания отсевов газовых углей (по примеру 4.13). Принять конструктивные данные и параметры пара и воды по примеру 4.13; данные по топливу (приложение, табл. П2, топливо № 8). Принять, что предварительный подогрев воздуха и рециркуляция газов отсутствуют, температура горячего воздуха 250° С, КПД котла 94,2%, потери теплоты = 0,3%, </4 = 0, физической теплотой топлива пренебречь, избыток воздуха за топкой аг= 1,05, топка — газоплотная, рт=0,103 МПа.
Задача 4.12. Определить температуру газов, покидающих топочную камеру котла Е-670-13,8 ГМ, /пс= 545’545° С, паропроизводительностью 186,11 кг/с для энергоблока мощностью 200 МВт при сжигании высокосернистого мазута (приложение, табл. П1, топллво № 20).
Конструктивные данные и параметры пара—по примеру 4.13. При выполнении расчета принять следующее: избыток воздуха за топкой ат= 1,03; температура холодного воздуха 30° С, подогретого воздуха в калориферах 70е С; избыток воздуха за — калориферами Р’ = 1,18; температура горячего воздуха.260° С; рециркуляция газов в нижнюю часть топки 6,8%; температура газов рециркуляции 340° С; отбор газов рециркуляции за экономайзером при а =1,03; котел—газоплотнын; наддув в топке 0,103 МПа, потери теплоты с химическим и механическим недожогом принять: <у3 = 0,3%, <у4 = 0,0; температура подогрева мазута 125° С; КПД котла 93,97%; принять т = 0,35.