Лабораторная - Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов 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 Заводская БКЗ-50-3,9 Производительность т/ч 50 Параметры пара Давление на выходе Р, МПа 3,9 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, WP Зольность , AP Сера, SP Углерод, CP Водород, HP Азот, NP Кислород, OP 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 (0о 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 αух =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 (qi ) 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 Qун – 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; сун =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 ашл =1 – аун = 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). 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.