ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПАРОВОГО КОТЛА

Тепловой баланс іарового котла, определяется равенством

Єн + а. внш + бхл + QФ — бк + £?Х. в =

Где QPH — низшая тешота сгорания рабочей массы, кДж/кг; бв. внш — теплота воздуха, подогретого вне котла, кДж/кг, равная Єв. внш = р'(я^-ях. в); Р’ — отношение количества воз­духа на входе в котел к теоретически необходимому; #°в—энтальпии теоретически необходимого объема воздуха при температурах вэздуха на входе в котел и холодного воздуха, кДж/кг; бт.—физическая теплота топлива, кДж/кг, равная произведению его теплоемкости стл на температуру топлива T[N (стл финимается по табл. П6 приложения); <2ф—теплота, вносимая в котел при сжигании мазута с па­ровым дутьем, кДж/кг, QQ^GQ (Лф —2512); и H,—расход и энтальпия пара, идущего на распыл мазута в форсунках, кг/кг и кДж/кг; Q,—теплота, затраченная на разложение карбонатов сланцев, кДж/кг, QK — 40,6(С02)£; QX B—теплота холодного воздуха, соответствующая объему уходящих газов, кДж/кг, ‘ бх. в = аухЯ®в; аух — избыток воздуха в уходящих газах; Qnon—удельная теплота, полезно воспринятая рабочей средой в котле, кЦж/кг; Q3 — Q6 — потери теплоты соот­ветственно с химическим и механическим недожогом, на наружное охлаждение и с теплотой шлака (золы), кДж/кг; Нух — энтальпия уходящих газов, кДж/кг.

В тепловом балансе парового котла выделяют располага­емую теплоту поступающего в топку топлива, включая теплоту его сгорания со всеми сопутствующими дополнительными источниками теплоты:

Ql**Ql+Q..m + Qm+Q*-Q.- (3.2)

При сжигании газа составляющие теплового баланса относятся к 1 м3 газового топлива.

Удельное полезное тепловосприятие котла, кДж/кг,

Є„ол = Єп. к/Я, (3.3)

Где В—Расход топлива, кг/с; QnK—теплота, воспринятая рабочей средой в паровом котле, кДж/с,

Би. ш= DNe (Ке — *п..) + Дпр (Л ‘ — А„..) +

+ Dn. ne(h п. „е — Л ц. „е) + n(h"~ hn В); (3.3а)

Dne—паропроизводительность котла, кг/с; /гпе, hn B, h‘, h"—энталь­пии соответственно перегретого пара, питательной и продувочной (кипящей) воды и насыщенного пара, кДж/кг; /)п пе—расход пара через промежуточный перегреватель, кг/с; h’nne, h[[nc—энтальпия пара до и после промперегревателя, кДж/кг; Dnp—расход воды на продувку, кг/с; DB a—расход насыщенного пара, кг/с.

При наличии впрыска воды в промежуточный перегреватель Для регулирования перегрева пара формула (3.3а) принимает вид

+ л„р(Лп. пе-лвир) + Due (hDe — ha B) + Dnp{h’ — hn v), (3.36)

Где Dvnp и /гвпр — расход воды на впрыск в промежуточный перегреватель, кг/с, и ее энтальпия, кДж/кг.

ПРИМЕРЫ

Пример 3.1. Составить тепловой баланс барабанного па­рового котла производительностью 186,11 кг/с, имеющего сле­дующие параметры пара:

Температура перегретого пара…………………………………………………………. 545/545° С

Температура питательной воды………………………………………………………. 250° С

Давление свежего пара на выходе……………………………………………………. 13,7 МПа

Давление питательной воды…………………………………………………………….. 16,2 МПа

Расход пара через промежуточный перегреватель………………………… ,…. 163,89 кг/с

Температура пара на входе в промежуточный перегреватель…………… 333° С

Давление пара после Промежуточного перегревателя…………………………. 2,44 МПа

Давление пара на входе в промежуточный перегреватель……………………. 2,66 МПа

Топливо-—сушонка березовского угля: Q =21 298 кДж/кг И влажность Wc*m = 13,0%.

При проведении расчетов принять: температуры воздуха перед котлом и после калориферов tx В = 30° С (Я° в = 223,6 кДж/кг) и /"ф = 55° С (Н%’=409,9 кДж/кг); избыток воздуха на входе в калориферы (3′ = 1,198; температуру топлива после сушки 85° С; температуру уходящих газов 120° С (Я—1256,0 кДж/кг); температуру газов при отборе на сушку 386° С (Яотб = 4001,3 кДж/кг); долю отбора газов на сушку 0,34; долю уноса золы а =0,5 при зольности Ар = 4,8%; температуру шлаков гшл = 1430°С (с0)шл = 1637,0 кДж/кг); из­быток воздуха в уходящих газах 1,231; впрыск в промежуточ­ный перегреватель отсутствует.

Решение. 1. Определяем удельное количество теплоты, вос­принятой рабочей средой в котле. Энтальпия перегретого пара и питательной воды при заданных температурах и дав­лениях принимается по термодинамическим таблицам воды И водяного пара: hne = 3449,1 кДж/кг; //п в= 1086,5 кДж/кг.

Энтальпия пара до и после промежуточного перегревателя: К пе = 3083,6 кДж/кг; H" пе = 3563,0 кДж/кг. Тогда Qn К = = 186,11 (3449,1-1086,5)+Ї63,89(3563,0-3083,6) = 518270 кДж/с.

Продувка воды из барабана незначительна (менее 0,5%), и ее теплотой можно пренебречь.

2. Определяем располагаемую теплоту топлива ПО (3.2). Дополнительные источники теплоты

Єв. в„ш = 1,198 (409,9-223,6) = 223,2 кДж/кг. Теплоемкость топлива находится по зависимости

Wp 100-Wp Ст =4,1868—+

100 ‘ тл 100 ‘

Где сп —теплоемкость сухого топлива, определяемая по табл. П6 приложения,

13 100-13

Стл = 4,1868 — +1,2309———————— =1,615 кДж/(кг • К).

100 100 — 7

В итоге

0р = 21298 + 223,2 +1,615 • 85 = 21658 кДж/кг.

3. В соответствии с табл. П7 и опытом сжигания углей определяем тепловые потери Q3 — Q5: <?3=0,0; <74 = 0,3%; tf5 = 0,3%. Тогда: Q3=0; Q4 = Q*G4/100 = 21658-0,3/100 = = 65,0 кДж/кг; Q5 = Q%Q5/W0 = 21 658-0,3/100 = 65,0 кДж/кг.

4. Определяем потери теплоты с уходящими газами. Так как применяется разомкнутая схема сушки топлива, то эти потери складываются из теплоты газов, покидающих котел, и теплоты доли газов в месте отбора на сушку:

Ql — Нух (1 — Готб) + Яотб Готб5

Q2 = 1256,0 (1 -0,34) + 4001,3 • 0,34 = 2189,4 кДж/кг.

5. Потери теплоты с физической теплотой шлаков (см. § 3.2)

0,5-1637,0-4,8 _ w ( 06ШЛ=— ——— — = 78,6 кДж/кг.

6. Теплота холодного воздуха

£х. в = 1,231 -223,6 = 275,0 кДж/кг.

Таким образом, в соответствии с равенством (3.1) тепловой баланс имеет вид

518 270

21 658 + 275,0 =——————- + 0 + 65,0 + 65,0 + 78,6 + 2189,4.

В

7. Расход топлива £ = 518270/(21 933-2398) = 26,5 кг/с. Пример 3.2. Определить, насколько изменится располагаемая

Теплота жидкого топлива при увеличении предварительного подогрева воздуха в калорифере с 40 до 100° С. Отношение количества воздуха на входе в котел к теоретическому р’ = 1,18; энтальпия теоретически необходимого объема воздуха при 100° С Ях°’в= 1390 кДж/кг.

Решение. Из (3.2) следует, что

Р 2 Q рі— 0В. ВНШ 2 £?в. ваш 1 ^ ^Qa, внш-

В то же время

Энтальпия теоретически необходимого воздуха при 40° С равна

М°в{ = 1390 -0,4 = 556 кДж/кг.

В соответствии с этим изменение располагаемой теплоты топлива составит

<2 ? а — G S і = U 8 0 390 — 556) = 984 кДж/кг.

Пример 3.3. Определить, насколько изменится располагаемая теплота мазута при увеличении его подогрева с fTJ]1=80°C до Tra2 — 150° С.

Решение. Аналогично примеру 3.2 A(?G~(2TJl2-~Qlll. Теплота поступающего в горелку мазута

Є, л = стл*хл.

Где теплоемкость мазута по табл. П6 определяется по формуле

Стл=1,737 + 0,0025WTJJ.

Тогда =■ 1,737(150— 80)+ 0,00251 (1502 — 802) — 162,1 кДж/кг. При значении ~ 39 — Ю3 кДж/кг доля Д(>£ составит 0,00415,

Ипп 0,415%.

Пример 3.4. Определить, насколько изменится располагаемая теплота мазута при использовании для распыла мазута пара в количестве 0,15 кг пара на 1 кг мазута. Принять давление пара 1,6 МПа, температуру пара 300° С.

Решение. Изменение располагаемой теплоты мазута

ЛЄ? = Єф = Яф(Лф-2512).

При р — 1,6 МПа и / = 300° С Иф = 3036 кДж/кг. При этом AQ Р = 0,15 (3036 — 2512) — 78,6 кДж/кг.

Пример 3.5. Определить, насколько изменится расход топ­лива на барабанном котле при включении продувки воды из барабана в количестве 2,5% и сохранении полезной теплопро — изводительности котла. Параметры пара и воды и их расходы принять по примеру 3.1.

Решение. При отсутствии продувки бпол^Єп. кі/^і = = 518 270/26,5 = 19 557 кДж/кг при расходе топлива В1 =26,5 кг/с.

При наличии продувки потери теплоты с продуваемой водой равны Qnp = Ј>Np (Л’ — Hn Д При давлении в барабане 15,4 МПа h’=1627,6 кДж/кг.

В соответствии с формулой (3.3а) при продувке 2,5%

ЄЯіК2 = 186,11 (3449,1 — 1086,5)+ 163,89 (3563,0-3086,6) + + 186,11 ~ (1627,6-1086,5) = 520 790 кДж/с.

Расход топлива В2 = 520790/19557,4 = 26,63 кг/с.

Увеличение расхода топлива АВ/ВХ =(26,63 — 26,5)/26,5 = = 0,00486, или 0,486%.

Пример 3.6. Определить располагаемую теплоту эстонских сланцев (приложение, табл. П1, топливо № 17) при температуре топлива 20° С, холодного воздуха 30° С, температуре пред­варительного подогрева воздуха T‘A = 50° С, отношении количест­ва воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому Р’ = 1,35 и замкнутой сушке топлива.

Решение. В соответствии с табл. П1 приложения низшая теплота сгорания эстонских сланцев 9000 кДж/кг. По табл. ПЗ приложения

Я° в = 96,15 кДж/кг, Я°’ = 160.25 кДж/кг.

1. Определяем теплоту подогрева воздуха

Qn. внш = U35 (160,25 -96,15) = 86,5 кДж/кг.

2. Определяем физическую теплоту топлива. По табл. П6 приложения:

Гсгл = 1,0636 кДжДкг • С);

12,0 100-12,0 ст =— 4,1868 + 1,0636— = 1,438 кДж/(кг • °С);

Тл 100 100 ^ /V »

Qrn = 1,438 ■ 20 = 28,8 кДж/кг.

3. Определяем потери теплоты от разложения карбонатов:

Q= 40,6 (СО,)’.

По табл. П1 приложения для эстонских сланцев (С02)к = 16,7%. Тогда

Єк = 40,6-16,7 = 678 кДж/кг.

4. Определяем QI по (3.2):

Q % = 9000 + 86,5 + 28,8 — 678 = 8437 кДж/кг.

ЗАДАЧИ

Задача 3.1. Определить располагаемую теплоту донецкого угля марки Г (отсевы) (приложение, табл. П1, топливо № 2) при температуре холодного воздуха 30° С, температуре предварительного подогрева воздуха 50° С. От­ношение количества воздуха на входе в котел к теоретически необходимому Р’ = 1,35, сушка топлива — замкнутая, физической теплотой топлива пренебречь.

Задача 3.2. Насколько меняется Qp бурого угля Челябинского месторождения (приложение, табл. П1, топливо № 12) при изменении температуры предвари­тельного подогрева воздуха с 40 до 80° С? При решении задачи принять Р’= 1,22.

Задача 3.3. Определить тепловосприятие котла QDOSl при наличии отбора пара на собственные нужды. Расход пара на собственные нужды принять из промежуточного пароперегревателя в количестве 40 кг/с с параметрами Tne — 450° С, р = 2,55 МПа. Принять параметры и расходы свежего пара по примеру 3.1, при этом расход пара на входе в промежуточный перегреватель увеличить с 163,9 до 203,9 кг/с.

Задача 3.4. Определить располагаемую теплоту фрезерного торфа (приложе­ние, табл. П1, топливо № 18), а также энтальпию уходящих газов при изменении влажности IVр с 50 до 40%. Принять: температуру холодного воздуха 30° С, предварительного подогрева воздуха на входе в воздухоподо­греватель 50° С; отношение расхода воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому Р’ = 1,25; избыток воздуха за котлом аух=1,40; температуру уходящих газов Эух = 150° С; температуру топлива принять 20° С.