Основы проектирования котельных установок

Таблице 10. Режимная карта работы водогрейного котла КВм(а) - 0,82.

Т1 оС Подача	Т о С нар. воздуха	Т2 оС Обратка	Т оС На котел	Тґ оС С котла	Режим работы котла
38,4	+10	33,6	60	74,6	Летний режим
38,4	+8	33,6	60	81,4
39,6	+7	34,4		82,1
40,9	+6	35,3		82,8
42,1	+5	36,1		83,5	Переходный
43,3	+4	36,9		84,1	режим
44,5	+3	37,7		84,8
45,7	+2	38,5		85,5
46,9	+1	39,3		86,2
48	0	40	60	86,9
49,2	-1	40,8	60	73,8
50,3	-2	41,5		74,1
51,5	-3	42,3		74,5
52,6	-4	43		74,8
53,7	-5	43,7		75,1
54,8	-6	44,4		75,5
55,9	-7	45,1		75,8
57	-8	45,8		76,2
58,1	-9	46,5		76,5
59,2	-10	47,2		76,8
60,3	-11	47,9		77,2	Средне-зимний
61,4	-12	48,6	60	77,5	режим
62,5	-13	49,3		77,9
63,5	-14	49,9		78,2
64,6	-15	50,6		78,5
65,6	-16	51,2		78,9
66,7	-17	51,9		79,2
67,7	-18	52,5		79,6
68,8	-19	53,2		79,9
69,8	-20	53,8		80,2
70,9	-21	54,5		80,6
71,9	-22	55,1		80,9
72,9	-23	55,7		81,3
73,9	-24	56,3		81,6
74,9	-25	57		81,9
76	-26	57,6		82,3
77	-27	58,2		82,6
77,8	-28	58,6		83
79	-29	59,4		83,3
80	-30	60	60	83,6	Макс.-зимний режим

Работа котла в максимальном зимнем режиме при номинальной теплопроизводительности Q_нк=0,82МВт обеспечивается работой сетевого насоса производительностью:

G_сн= Q_н /(Дt С_в)=820000/(20·4190)=9,8кг/с (35,2м³/ч),

где Дt= Т₁-Т₂=80 - 60=20°С - нагрев воды в котле в максимальном зимнем режиме;

С_в =4190 Дж/(кг·°С) - теплоёмкость воды.

Работа котла в летний период обеспечивает подогрев воды ГВС при нагрузке:

Q_лк= G_сн Дt С_в=9,8·4,8·4190=197100Вт.

где Дt= Т₁-Т₂=38,4 - 33,6=4,8°С - нагрев воды в котле в летнем режиме

При этом котёл загружен (197/820)100=24%.

Расход тепловой энергии и теплоносителя на предприятии за 2011 год приведён в таблице 11.

Таблица 11. Расход тепловой энергии и теплоносителя на предприятии за 2011 год

Месяц	Подающий трубопровод Масса воды m, т	Количество тепловой энергии Q, МВт·ч
	Отопление	ГВС	Отопление	ГВС
Январь	7000	1750	504	245
Февраль	6500	1800	468	250
Март	5100	1650	396	238
Апрель	4800	1500	316	245
Май	3800	1500	151	240
Июнь	1200	1100	50	190
Июль	1200	950	50	175
Август	1200	1200	50	200
Сентябрь	2900	1350	72	238
Октябрь	4100	1500	290	240
Ноябрь	5200	1600	390	236
Декабрь	6000	1700	420	243
Сумм за год	49000	17600	3157	2740
Среднее	5,6т/ч	2,0т/ч		210,8МВт·ч/месс.

Максимальный расход на ГВС в феврале, он составил 2,7м³/ч, минимальный в июле - 1,3³/ч. Средний за год расход на ГВС составил 2,0м³/ч (0,56кг/с).

Годовой расход на ГВС составил 17520т.

Средняя годовая тепловая мощность, идущая на ГВС составила 313кВт.

Средняя годовая тепловая мощность, идущая на отопление составила 360кВт.

Суммарная средняя годовая тепловая мощность составила 673 кВт.

Затраты на топливо и электроэнергию на предприятии за 2011 год сведены в таблицу 12.

Таблица 12. Затраты на топливо и электроэнергию на предприятии за 2011 год.

Месяц	Кол-во сжигаем. ггаза, м3	Стоимость газа 3300/1000м3.	Кол-во сжигаемой пиллеты, тон.	Стоимость пиллеты 6000/1000кг	Кол-во сжигаемой щепы, м3	Стоимость щепы 1400/1м3	Кол-во эл. энергии, кВт·ч	Стоимость электроэнергии 2,02/(кВт ч)
Январь	60.67	200211	118.5	711000	224	313600	15380	31067
Февраль	52.34	172722	118.67	712020	190	266000	12700	5654
Март	43.58	143814	90.89	545340	155	217000	11600	23 432
Апрель	27.09	89397	70.54	423240	140	196000	7117	14376
Май	20.40	67320	40.23	241380	119	166 600	5260	10625
Июнь	10.68	35244	20.09	120540	55	77000	2224	4492
Июль	6.93	22869	10.00	60000	45	63000	1899	3836
Август	5.57	18381	7.00	42000	21	29400	1550	3131
Сентябрь	13.68	45144	13.00	78000	60	84000	3683	439
Октябрь	35.14	115962	35.58	213480	137	191800	9918	20034
Ноябрь	40.10	132330	83.12	498720	158	221200	9517	19224
Декабрь	55.74	183942	108.06	648360	176	246400	10788	21791
Итого	342.92	227336	622.80	4294060	1480	2072200	91636	185105

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

Для сравнения эффективности перехода на газ необходимо провести тепловой расчёт котла на газе и на одном из топлив на основе древесных отходов.

Важной особенностью древесной биомассы как топлива является отсутствие в ней серы и фосфора. Как известно, основной потерей тепла в любом котлоагрегате является потеря тепловой энергии с уходящими газами. Величина этой потери определяется температурой отходящих газов. Эта температура при сжигании топлив, содержащих серу, во избежание сернокислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева поддерживается не ниже 200...250°С. При сжигании же древесных отходов, не содержащих серу, эта температура может быть понижена до 100...120°С, что позволит существенно повысить КПД котлоагрегатов.

Влажность древесного топлива может изменяться в очень широких пределах. В мебельном и деревообрабатывающем производствах влажность некоторых видов отходов составляет 10...12%, в лесозаготовительных предприятиях влажность основной части отходов составляет 45...55%, влажность коры при окорке отходов после сплава или сортировки в водных бассейнах достигает 80%. Повышение влажности древесного топлива снижает производительность и КПД котлоагрегатов. Выход летучих при сжигании древесного топлива очень высок -- достигает 85%. Это является также одной из особенностей древесной биомассы как топлива и требует иметь большую протяженность факела, в котором осуществляется сгорание выходящих из слоя горючих компонентов.

Продукт коксования древесной биомассы -- древесный уголь отличается высокой реакционной способностью по сравнению с ископаемыми углями. Высокая реакционная способность древесного угля обеспечивает возможность работы топочных устройств при низких значениях коэффициента избытка воздуха, что положительно влияет на эффективность работы котельных установок при сжигании в них древесной биомассы.

Однако наряду с этими положительными свойствами древесина имеет особенности, отрицательно влияющие на работу котлоагрегатов. К таким особенностям, в частности, относится способность поглощения влаги, т. е. увеличение влажности в водной среде. С ростом влажности быстро падает низшая теплота сгорания, растет расход топлива, затрудняется горение что требует принятия специальных конструктивных решений в котельно-топочном оборудовании. При влажности 10% и зольности 0,7% НТС составит 16,85МДж/кг, а при влажности 50% всего 8,2МДж/кг. Таким образом расход топлива котлом при одинаковой мощности изменится более чем в 2 раза при переходе с сухого топлива на влажное.

Характерной особенностью древесины как топлива является незначительное содержание внутренней золы (не превышает 1%). В то же время внешние минеральные включения у отходов лесозаготовок иногда достигают 20%. Зола, образующаяся при сгорании чистой древесины тугоплавка, и удаление ее из зоны горения топки не представляет особой технической сложности. Минеральные включения в древесной биомассе легкоплавки. При сгорании древесины со значительным их содержанием образуется спекшийся шлак, удаление которого из высокотемпературной зоны топочного устройства затруднено и требует для обеспечения эффективной работы топки особых технических решений. Спекшийся шлак, образующийся при сжигании высокозольной древесной биомассы, имеет химическое сродство с кирпичом, и при высоких температурах в топочном устройстве спекается с поверхностью кирпичной кладки стенок топки, что затрудняет шлакоудаление.

Жаропроизводительностью обычно называется максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, т. е. в условиях, когда все выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания.

Термин жаропроизводительность предложен в свое время Д. И. Менделеевым, как характеристика топлива, отражающая его качество с точки зрения возможности использования для осуществления высокотемпературных процессов. Чем выше жаропроизводительность топлива, тем выше качество тепловой энергии, выделяющейся при его сжигании, тем выше эффективность работы паровых и водогрейных котлов. Жаропроизводительность представляет собой предел, к которому приближается реальная температура в топке по мере совершенствования процесса сгорания.

Жаропроизводительность древесного топлива зависит от его влажности и зольности. Жаропроизводительность абсолютно сухой древесины (2022°С) всего на 5% ниже жаропроизводительности жидкого топлива. При влажности древесины 70% жаропроизводительность понижается более чем в 2 раза (939 °С). Поэтому влажность 55-60% практический предел использования древесины в топливных целях.

Для расчета работы котла на древесных отходах необходимо определить его химический состав, влажность, зольность. Химический состав позволит определить количество образовавшегося водяного пара в продуктах сгорания. Это важно для дальнейших расчётов утилизации тепла при помощи конденсационной технологии. Ориентировочные значения химического состава древесных отходов (щепы) возьмём из таблицы 14 [27].

Таблица 14. Сравнительные теплофизические характеристики природного газа и древесных отходов (щепы).

Состав	С р	Н р	Sл р	N р	О р	А р	W р
В газе В метан	65-95 77	9-12 22	До 1,5 1	1,5-36	До 6
Щепа W50%	24	5	0	0	19	2	50
Расчётные величины
	Объёмы газов, нм3/кг
	VRО2	V0N2	V0Н2О	V0	V0вл	Qнр МДж/кг	ДQ, кВт
От газа	1,439	10,081	2,668	12,760	12,964	39,889	635,1
Щепа W50%	0,446	2,265	1,002	2,868	2,913	7,687	1780,1

Где ДQ - теоретическое количество тепла, полученное при полной конденсации водяных паров в продуктах сгорания.

Расчетные характеристики топлива согласно цели проекта о переводе котельной на природный газ, принимаем ближайшую для поставок, химический состав которого приведён в таблице 15.

Топливо: газ из трубопровода Архангельск - Волхов.

Низшая теплота сухого газа Q_н^с = 37310 кДж/м³

Плотность газа =0,776 кг/м³.

Таблица 15. - Состав газа по объему в %.

CH4	C2 H6	C3 H8	C4 H10	C5 H12	N2	CO2
92.8	3,9	1,1	0,4	0,1	1,6	0,1

2.2 Расчет характеристик топки и конвективных поверхностей

2.2.1 Конструктивные характеристики топки и конвективного пучка

Поперечный и продольный разрезы котла показаны на рисунках 3 и 4, конструктивные характеристики котла приведены в таблице 2 и 4.

Все стены котла покрыты огнеупорным шамотным кирпичом ША-8. Размеры кирпича, мм: 250-124-65. Вес, кг: 4. Пористость открытия, %: не более 24, Предел прочности при сжатии, Н/мм²: не менее 20. Огнеупорность,°C: не менее 1650. Внутренний размер топки по оси котла (длина) в 6 кирпичей L_т=1560мм, поперёк (ширина) котла 4,5 кирпича В_т=720мм. Высота топки до арки 9 кирпичей по наименьшему размеру Н_ц=630мм. Сод топки цилиндрический с радиусом 0,5 В_т =360мм.

Площадь тепловоспринимающей поверхности (лучевоспринимающая) в топке вся покрыта огнеупорным кирпичом и равна:

F_л= L_т (р 0,5 В_т +2 Н_ц)=0,72(р ·0,5 ·0,72 +2 ·0,63)=1,72м².

Площадь стен ограничивающих топочное пространство:

F_ст= F_л+ рВ_т² +2 Н_ц В_т =1,72 + р· 0,72²+2· 0,63· 0,72=4,26 м².

Степень экранированности топки:

Ш_т= F_л / F_ст =1,72/4,26=0,4.

Теплопроводность огнеупорного кирпича л_ок = 1,16 Вт/(м·К). Эта величина будет определяющей в теплопередаче тепла от продуктов сгорания к воде. Коэффициент теплопередачи через многослойную стенку (кирпич с обмазкой д_ок=0,13м и стальная стенка д_ст=0,012м) составит:

К= л_ок / д_ок + л_ок / д_ст =1,16/0,13+70/0,012=8,92Вт/(м²·К)+5833 Вт/(м²·К). Термическое сопротивление, обратная величина «К» у кирпича в 600раз выше.

Определяющим тепловой поток будет термическое сопротивление кирпича. Тепловой поток через теплопроводящие стенки составит для отходов с влажностью 50%:

Q_т=К F_л Дt=8,92·1,72·1200=18400Вт=18,4кВт.

Для газа при его более высокой жаропроизводительностью это составит:

Q_т=К F_л Дt=8,92·1,72·1900=29150Вт=29,15кВт.

Эти величины несравнимы с общей теплопроизводимостью котла, составляют от неё до 3,5%. В дальнейшем расчете будем теплосъём в топке брать 3% от всего теплосъёма котла.

Конвективные поверхности котла представляют два пучка дымогарных труб с наружным диаметром d_н=60мм, толщиной стенки д=3,5мм и длиной l=1650мм. В первом нижнем пучке находятся Z₁=52 трубы, а во втором верхнем - Z₂=48 труб.

Суммарная площадь конвективной поверхности первого пучка составит:

F_1к=р(d_н - д) l Z₁= р(0,06-0,0035)1,65·52=15,23м².

Суммарная площадь конвективной поверхности второго пучка составит:

F_2к=р(d_н - д) l Z₂= р(0,06-0,0035)1,65·48=14,06м².

2.3 Определение расчетных параметров рабочих тел, используемых в котельном агрегате

Для теплового расчёта котла принимаем по приложению 1 [31] температуру наружного воздуха для географического района Мурманской области, как среднюю за отопительный период t_н = -3,3⁰С. с влажностью d=0,013 кг/м³.

Температуру питательной и сетевой воды на входе в котёл принимаем по требованиям изготовителя котла не ниже t_впк =60⁰С.

Температура сетевой воды на выходе из котла находим по режимной карте котла в таблице 10 для средней температуры наружного воздуха за отопительный период t_взк =74,6⁰С.

Энтальпии воды находим для каждой температуры через теплоёмкость С_в из приложения 9 [31], она для этих температур постоянная и равна:

С_в =4,19 кДж/(кг°С)

Энтальпия воды при 60°С будет равна:

i₆₀= С_в t_впк =4,19·60=251,4кДж/кг.

Энтальпия воды при 74,6°С будет равна:

i_74,6= С_в t_взк =4,19·74,6=312,6кДж/кг.

Для водогрейных жаротрубных котлов, не оборудованных хвостовыми поверхностями, температуру уходящих газов рекомендуется принимать в пределах: при сжигании древесных отходов и газообразного топлива t_ух= 110-120⁰С,. Для данного котла изготовитель рекомендует температуру за воздухоподогревателем t_ух= 180⁰С.

2.3.1 Коэффициенты избытка воздуха и присосы в котельном агрегате

В реальных топочных камерах для эффективного сжигания топлива приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо.

V_д, = б_т V⁰,

Где V_д, М³/м³ (М³/кг) - действительный объем подаваемого в топку воздуха соответственно при сжигании газа и в скобках при сжигании древесных расходов;

V⁰, М³/м³(М³/кг) - объем теоретически необходимого для осуществления процесса горения воздуха;

б_т - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, для газового топлива он равен 1,1, а для древесных отходов 1,3.

По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка воздуха увеличивается за счет присосов воздуха в газовый тракт агрегата через не плотности в обмуровке.

При тепловом расчете коэффициент избытка воздуха на выходе из топки б _т и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Д_т принимают на основе обобщенных данных эксплуатации котельных агрегатов.

Определяются коэффициенты воздуха с учетом присоса в характерных местах котельной установки в функции известной величины _т

Присосы соответственно для газа и отходов (в скобках):

в топочной камере Д_т =0,1 (0,2);

в конвективном пучке Д_кп1 = 0,05 (0,05);

в воздухоподогревателе и экономайзере Д_э = 0,08.

Значение расчетного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, то есть:

_кп = _т + Д_кп1 = 1,1+0,05= 1,15 (1,45);

_э =_кп +Д_э = 1,15+0,08 = 1,23 (1,53),

2.4 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

2.4.1 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания для природного газа

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³ газа:

=9,91 м³/ м³ ,

где CO, H_2, H₂S, O₂ - процентное содержание соответствующего газа 1м³ газовой смеси;

C_mH_n- процентное соотношение i-го углеводорода;

m, n- количество, соответственно, атомов углерода и водорода в химической формуле углеводорода.

Для дальнейшего сравнительного расчёта котла на двух топливах приведём удельное количество теоретического количества воздуха к массовому через плотность газ при нормальных условиях с_пг=0,776кг/м³:

V⁰_вгм= V⁰_вг/ с_пг =9,91/0,776=12,77м³/кг.

Все объёмы газов, входящие в продукты сгорания будем определять таким же образом.

Найдем действительный объем подаваемого в топку воздуха:

V_д =V⁰_в б_т =12,771,1= 14,05м³/кг.

Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании 1кг газа:

V_R02=0,01(СО₂+Н₂S+СН₄+УmС_mН_n)/ с_пг= 1,366 м³/кг.

Теоретический объем азота, образующийся при сгорании 1кг газа:

V⁰_N2=0,79 V⁰_вгм +0,01N₂=0,79·12,77+0,01·1,6=10,1м³/кг,

где N₂ - процентное содержание азота в газовой смеси;

0,79- учитывает процентное содержание азота в воздухе.

Теоретический объем водяных паров, образующихся при сгорании 1кг газа:

V⁰_Н20=[0,01(Н₂S+ Н₂+2СН₄+У0,5nС_mН_n)]+1,24(d_т + d_в V⁰_в )/ с_пг = 2,84м³/кг.

Теоретический объем сухих продуктов сгорания:

V⁰_сг= V_R02+ V⁰_N2= 1,366 + 10,1 = 11,47м³/кг.

Теоретический полный объем продуктов сгорания при сгорании 1кг газа:

V⁰_г= V⁰_сг+ V⁰_Н20=11,47 + 2,84 =14,31м³/кг.

Объем избыточного воздуха при сгорании 1кг газа:

ДV⁰_в=(б_т -1)V⁰_в=(1,1-1)12,77=1,28м³/кг.

Объем водяных паров в избыточном воздухе при сгорании 1кг газа:

ДV_Н2О=1,24(б_т -1)V⁰_в d_в =1,24·(1,1-1)12,77·0,013=0,021м³/кг.

Действительный объем водяных паров при сгорании 1кг газа:

V_Н2О= V⁰_Н20+ ДV_Н2О=2,84+0,021=2,86м³/кг.

Полный объем продуктов сгорания 1кг газа:

V_г= V⁰_сг+ ДV⁰_в + V_Н2О =11,47+1,28+2,86=15,61м³/кг.

Парциальное давление составляющих продуктов сгорания1кг газа:

Парциальное давление водяных паров:

р_Н2О=(V_Н2О / V_г) р_см =(2,86/15,61)0,1=0,0183МПа.

Парциальное давление трехатомных газов:

р_RО2=(V_RО2 / V_г) р_см =(1,366/15,61)0,1=0,00875МПа.

Суммарное давление трехатомных газов и водяных паров:

Р_УRО2= р_RО2+ р_Н2О =0,00875+0,0183=0,027МПа.

Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива:

G_г= 1+1,306 б_тV⁰_в+0,001 d_в=

=1+1,306·1,1·12,77+0,001·0,013=15,55кг/кг.

Плотность дымовых газов:

с_дг = G_г / V_г =15,55/15,61=0,996 кг/м³.

Объёмная низшая теплота сгорания газа:

Q_н^рV=0,108Н₂+0,126С+0,234Н₂S+0,358СН₄+0,638С₂Н₆+0,912С₃Н₈+ 1,186С₄Н₁₀+1,46С₅Н₁₂+0,591СН+0,860С₂Н₄+1,13С₄Н₈+1,40С₅Н₁₀=

=0,358·92,8+0,638·3,9+0,912·1,1+1,186·0,4+1,46·0,1=37,33МДж/м³.

Массовая низшая теплотворная способность природного газа:

Q^р_н= Q_н^рV/с_пг=37,33/0,776=48,1МДж/кг.

Высшая теплотворная способность газа:

Q^р_в= Q^р_н +2,5· с_впну ·V⁰_Н20 = 48,1 + 2,5· 0,805·2,86=53,86МДж/кг,

где с_впну =0,805кг/м³- плотность водяных паров при нормальных условиях (0є и 101325Па).

2.4.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания для древесных отходов

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1кг топлива:

V⁰_в =0,089(С^р+0,375 S_л^р)+0,267Н^р -0,033 О^р=

=0,089 (24+0)+ 0,267·5- 0,033·19=2,82 м³/кг.

Найдем действительный объем подаваемого в топку воздуха:

V_д =V⁰_в б_т =2,82·1,3= 3,67м³/кг.

Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании 1кг газа:

V_R02=1,86(С^р+0,375 S_л^р)/100=1,86(24+0)/100=0,446м³/кг.

Теоретический объем азота, образующийся при сгорании 1кг топлива:

V⁰_N2=0,79 V⁰_в +0,008N₂=0,79·2,82+0,008·0=2,228м³/кг,

где N₂ - процентное содержание азота в газовой смеси;

0,79- учитывает процентное содержание азота в воздухе.

Теоретический объем водяных паров, образующихся при сгорании 1кг топлива:

V⁰_Н2О=0,112Н_р+ 0,0124W_р+0,016 V⁰_в =

=0,112·5+0,0124·50+0,016·2,82=1,225м³/кг.

Теоретический объем сухих продуктов сгорания:

V⁰_сг= V_R02+ V⁰_N2= 0,446 + 2,228 = 2,674м³/кг.

Теоретический полный объем продуктов сгорания при сгорании 1кг топлива:

V⁰_г= V⁰_сг+ V⁰_Н20=2,674 + 1,225 =3,899м³/кг.

Объем избыточного воздуха при сгорании 1кг топлива:

ДV⁰_в=(б_т -1)V⁰_в=(1,3-1) 2,82=0,846м³/кг.

Объем водяных паров в избыточном воздухе при сгорании 1кг топлива:

ДV_Н2О=1,24(б_т -1)V⁰_в d_в =1,24·(1,3-1) 2,82·0,013=0,0136м³/кг.

Действительный объем водяных паров при сгорании 1кг топлива:

V_Н2О= V⁰_Н20+ ДV_Н2О=1,225+0,0136=1,239м³/кг.

Полный объем продуктов сгорания 1кг топлива:

V_г= V⁰_сг+ ДV⁰_в + V_Н2О =2,674+0,846+1,239=4,759м³/кг.

Парциальное давление составляющих продуктов сгорания1кг топлива:

Парциальное давление водяных паров:

р_Н2О=(V_Н2О / V_г) р_см =(1,239/4,759)0,1=0,026МПа.

Парциальное давление трехатомных газов:

р_RО2=(V_RО2 / V_г) р_см =(0,446/4,759)0,1=0,0937МПа.

Суммарное давление трехатомных газов и водяных паров:

Р_УRО2= р_RО2+ р_Н2О =0,00937+0,026=0,0354МПа.

Масса дымовых газов при сжигании топлива:

G_г= 1+1,306 б_тV⁰_в+0,001 d_в=

=1+1,306·1,3·2,82+0,001·0,013=5,788кг/кг.

Плотность дымовых газов:

с_дг = G_г / V_г =5,788/4,759=1,216 кг/м³.

Низшая теплотворная способность древесных отходов:

Q^р_н=0,339С^р+1,03Н^р-0,109(О^р - S_л^р)-0,025W^р=

=0,339·24+1,03·5-0,109(19-0)-0,025·50=9,93МДж/кг.

Высшая теплотворная способность древесных отходов:

Q^р_в= Q^р_н +2,5(0,09 Н^р +0,01 W^р)=9,93+2,5(0,09·5+0,01·50)=12,3МДж/кг.

Для дальнейшего использования подсчитанных по приведенным выражениям величин, данные сводим в таблицу 16. Также туда сводятся данные расчета для коэффициента избытка воздуха конвективного пучка _кп и экономайзера _э.

Таблица 16. - Результаты расчета параметров воздуха и продуктов сгорания.

Обозначение параметр	Размез-ность	Топка	Конвективный пучок	Хвостовые поверхности
		Газ	Щепа	Газ	Щепа	Газ	Щепа
б	-	1,1	1,3	1,15	1,35	1,23	1,43
V0в	м3/кг	12,44	2,82
Vд	м3/кг	14,05	3,67	14,689	3,811	15,710	4,037
VRО2	м3/кг	1,366	0,446
V0N2	м3/кг	10,1	2,228
V0Н2О	м3/кг	2,84	1,225
V0сг	м3/кг	11,47	2,674
V0г	м3/кг	14,31	3,899
ДV0в	м3/кг	1,28	0,846	1,920	0,987	2,944	1,213
ДVН2О	м3/кг	0,021	0,0136	0,032	0,016	0,048	0,019
VН2О	м3/кг	2,86	1,239	2,872	1,241	2,888	1,244
Vг	м3/кг	15,61	4,759	16,262	4,902	17,302	5,131
рН2О	МПа	0,0183	0,026	0,0177	0,0253	0,0167	0,0243
рRО2	МПа	0,00875	0,00937	0,084	0,0910	0,079	0,0869
рУRО2	МПа	0,027	0,0354	0,1017	0,1163	0,0956	0,1112
Gг	кг/кг	15,55	5,788	16,211	7,0106	17,270	7,3668
сг	кг/м3	0,982	1,216	0,997	1,430	0,998	1,436

2.5 Расчёт энтальпии продуктов сгорания

Расчёт энтальпии продуктов сгорания проведём для природного газа и древесных отходов (щепы) для различных коэффициентов избытка воздуха.

Энтальпия воздуха определится как:

J⁰_в =V⁰_в(сt)_в, кДж/кг,

где (сt)_в - объемная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/м³К.

Энтальпия сухих трехатомных газов:

J_RО2 =V_RО2 (сt)_RО2, кДж/кг.

Энтальпия теоретического объема азота:

J⁰_N2 =V⁰_N2 (сt) _N2, кДж/кг.

Энтальпия теоретического объема водяных паров:

J⁰_Н2О =V⁰_Н2О (сt) ⁰_Н2О, кДж/кг.

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

J⁰_г= J_RО2 + J⁰_N2 + J⁰_Н2О, кДж/кг.

Энтальпия избыточного воздуха:

ДJ_в =(-1) J⁰_г, кДж/кг.

Действительная энтальпия продуктов сгорания:

J_г= J⁰_г+ ДJ_в, кДж/кг.

Теплоёмкости составляющих газов в продуктах сгорания сведены в таблицу 17.

Таблица 17. - Энтальпия 1м³ воздуха, газообразных продуктов сгорания,(кДж/м³)

t,0С	(сt)	(сt)	(сt) вв	(сt)
100	170	130	132	151
200	359	261	268	305
300	561	393	408	464
400	774	528	553	628
500	999	666	701	797
600	1226	806	852	970
700	1466	949	1008	1151
800	1709	1096	1163	1340
900	1957	1247	1323	1529
1000	2209	1398	1482	1730
1100	2465	1550	1642	1932
1200	2726	1701	1806	2138
1300	2986	1856	1970	2352
1400	3251	2016	2133	2566
1500	3515	2171	2301	2789
1600	3780	2331	2469	3011
1700	4049	2490	2637	3238
1800	4317	2650	2805	3469
1900	4586	2814	2978	3700
2000	4859	2873	3150	3939
2100	5132	3137	3318	4175
2200	5405	3301	3494	4414

Как указывалось выше, теплосъём в полностью закрытой огнеупорным кирпичом соизмерим с потерей тепла в окружающее пространство ( порядка 5,5%). Температура за топкой будет близка к максимальной: для газа то 2050°С, а для щепы 1500°С. Основной теплосъём будет в конвективных дымогарных трубах первого и второго пучка, температура на выходе из которых перед воздухоподогревателем будут около 200°С. Эти цифры и возьмём для расчёта энтальпии. Для расчёта конденсационного утилизатора для температур уходящих газов меньших точки росы, проведём отдельный расчёт энтальпии продуктов сгорания с учётом конденсации водяных паров.

Для каждого значения коэффициента избытка воздуха вычисляются значения энтальпий, соответствующие двум принятым значениям температур дымовых газов, по которым строится график зависимости Ј-t.

Результаты расчета сводим в таблицу 18.

Таблица 18. - Результаты расчета энтальпии.

Температура, °С	Газ	2100	1000	200	100	56	30
	Щепа	1500	1000	300	100	56	30
Коэфф. изб. возд. б	Газ	1,15	1,15	1,23	1,23	1,23	1,23
	Щепа	1,35	1,35	1,43	1,43	1,43	1,43
Энтальпия, кДж/кг	JRО2	Газ	7010,3	3017,5	490,4	232,2
		Щепа	1567,7	984,8	250,2	75,8
	J0N2	Газ	31683,7	14120	2636,1	1313
		Щепа	4491,6	3114,7	875,6	289,6
	J0Н2О	Газ	11857,0	4913,2	866,2	428,8
		Щепа	3416,5	2119,3	568,4	185,0
	J0г	Газ	50551,0	22050,5	3992,7	1974,1
		Щепа	9475,9	6218,8	1694,2	550,4
	ДJв	Газ	5955,4	5955,4	789,0	388,6
		Щепа	2271,1	2271,1	494,9	160,1
	Jг	Газ	56506,4	28005,9	4781,7	2362,7
		Щепа	11747,0	8489,8	2189,1	710,6



Рис. 8. - График зависимости Ј-t дымовых газов при сжигании природного газа при б_т=1,15 и при б_т=1,23..

Аналитические формулы определения энтальпии продуктов сгорания газа при б_т=1,15:

J_гх =56506,4 - 25,91·(2100 - t_х), кДж/кг; (1)

t_х =2100 - (56506,4 - J_гх)/25,91, єС, (2)

где соответственно искомая энтальпия J_гх при известной температуре t_х и наоборот.

Аналитические формулы определения энтальпии продуктов сгорания газа при б_т=1,23:

J_гх =4781,7 - 24,19·(200 - t_х), кДж/кг; (3)

t_х =200 - (4781,7 - J_гх)/24,19, єС, (4)



Рис. 9. - График зависимости Ј-t дымовых газов при сжигании щепы при б_т=1,35 и при б_т=1,43.

Аналитические формулы определения энтальпии продуктов сгорания щепы при б_т=1,35:

J_гх =11747 - 6,51·(1500 - t_х), кДж/кг; (5)

t_х =1500 - (11747 - J_гх)/6,51, єС, (6)

где соответственно искомая энтальпия J_гх при известной температуре t_х и наоборот.

Аналитические формулы определения энтальпии продуктов сгорания щепы при б_т=1,43:

J_гх =2189,1 - 7,39·(300 - t_х), кДж/кг; (7)

t_х =300 - (2189,1 - J_гх)/7,39, єС. (8)

2.6 Тепловой баланс котельного агрегата

Составим предварительный тепловой баланс котла при работе его на газе и на древесных отходах (щепе) без использования конденсационного утилизатора.

Уравнение теплового баланса котельной установки:

з=100-(q₂+ q₃+ q₄+ q₅),

где з- коэффициент полезного действия котла, он по паспортным данным для работе на газе з =90, на щепе з =81.

q₃- потери тепла от химического недожога, соответственно для газа q₃=0,5%, для щепы - q₃=3%;

q₄ - потери тепла от механического недожога, соответственно для газа q₄=0, для щепы - q₃=3%;

q₅ - потери тепла в окружающую среду для одного котла будт одинаковой и для газа и для щепы q₅=2%;

q₂ - потери тепла с уходящими газами. Эту потерю определим из уравнения теплового баланса:

q₂=100-(з + q₃+ q₄+ q₅),

Для газа: q₂=100-(90+0,5+0+2)=7,5%.

Для щепы: q₂=100-(81+3+4+2)=10%.

Физический расход топлива, который подается в топку:

Для газа:

В= G(i" - i_пв)/ (зQ^р_н)=10(313-251)/(0,9·48100)=0,01432кг/с=51,5кг/ч,

или в нормальных метрах кубических: 0,0185 м³/с=66,4 м³/ч,

где G=10кг/с - расход питательной воды котла, кг/c;

i"=313кДж/кг - энтальпия воды, вырабатываемая котлом при средней температуре отопительного периода;

i_пв =251кДж/кг - энтальпия питательной воды (для котла требуется 60єС).

Физический расход топлива, который подается в топку:

Для древесных отходов:

В= G(i" - i_пв)/ (зQ^р_н)=10(313-251)/(0,81·9930)=0,0771кг/с=277,5кг/ч

Так как в процессе горения из-за механической неполноты сгорания часть топлива не используется, то при подсчете продуктов сгорания и количества приточного воздуха, вводится поправка (1-q₄/100):

В_р=В(100-q₄)/100=277,5(100-3)/100=258кг/ч=0,0717кг/с.

Расчет теплового баланса сведем в таблицу 19.

Таблица 19. - Тепловой баланс котла при работе на газе и древесных отходах.

Подобные документы

• Проект блочно-модульной котельной для теплоснабжения зданий ФГУ комбината "Заречье"

  Характеристика блочно-модульной котельной и участка строительства. Определение нагрузок в тепле и топливе. Подбор котлов, горелок, основного и вспомогательного оборудования. Расчет газопроводов, водоподготовка. Автоматизация газового водогрейного котла.
  
  дипломная работа [3,4 M], добавлен 20.03.2017
  

• Проект газовой котельной для инкубатория "Племптица-Можайское"

  Проектирование новой газовой котельной и наружного газопровода до инкубатория. Определение плотности и теплоты сгорания природного газа. Выбор основного и вспомогательного оборудования. Автоматизация котлов. Расчет потребности котельной в тепле и топливе.
  
  дипломная работа [4,4 M], добавлен 10.04.2017
  

• Реконструкция теплоснабжения ОАО "САРЭКС" с разработкой собственной котельной

  Краткая характеристика ОАО "САРЭКС". Реконструкция теплоснабжения. Определение тепловых нагрузок всех потребителей. Расчет схемы тепловой сети и тепловой схемы котельной. Выбор соответствующего оборудования. Окупаемость затрат на сооружение котельной.
  
  дипломная работа [1,7 M], добавлен 01.01.2009
  

• Работа системы автоматизированной котельной установки

  Обязанности и требования по квалификации инженера АСУТП. Источники снабжения котельной водой, электричеством и сырьем. Автоматизация контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров. Принцип работы шкафной воздушно-циркуляционной сушилки.
  
  отчет по практике [755,9 K], добавлен 07.01.2015
  

• Назначение и устройство котельных установок

  Комплекс устройств для получения водяного пара под давлением (или горячей воды). Составляющие котельной установки, классификация в зависимости от показателей производительности. Котлоагрегаты с естественной и принудительной циркуляцией (прямоточной).
  
  реферат [13,3 K], добавлен 07.07.2009
  

• Модернизация системы управления работы подпиточного насоса котельной

  Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 19.06.2012
  

• Расчет теплоэнергетического оборудования котельных

  Определение тепловых нагрузок и расхода топлива производственно-отопительной котельной; расчет тепловой схемы. Правила подбора котлов, теплообменников, баков, трубопроводов, насосов и дымовых труб. Экономические показатели эффективности установки.
  
  курсовая работа [784,4 K], добавлен 30.01.2014
  

• Система теплоснабжения от котельной

  Выбор вида теплоносителей и их параметров, обоснование системы теплоснабжения и ее состав. Построение графиков расходов сетевой воды по объектам. Тепловой и гидравлический расчёты паропровода. Технико-экономические показатели системы теплоснабжения.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 07.04.2009
  

• Перевод угольной котельной в городе Мурманске п. Дровяное на топливо из отходов (РДФ-топливо)

  Анализ современного уровня котельного оборудования, использующего бытовые отходы. Составление графика зависимости параметров работы котельной от наружной температуры. Анализ способов модернизации котельной и оценка экономического эффекта модернизации.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 28.09.2022
  

• Проектирование производственно-отопительной котельной

  Составление принципиальной тепловой схемы котельной и расчет ее для трех характерных режимов. Выбор единичной мощности и числа устанавливаемых котлов. Определение часового и годового расхода топлива. Выбор тягодутьевых устройств. Охрана окружающей среды.
  
  дипломная работа [253,2 K], добавлен 16.11.2012
  

• Проектирование отопительной котельной для теплоснабжения

  Расчет тепловых нагрузок отопления вентиляции и ГВС. Сезонная тепловая нагрузка. Расчет круглогодичной нагрузки. Расчет температур сетевой воды. Расчет расходов сетевой воды. Расчет тепловой схемы котельной. Построение тепловой схемы котельной.
  
  дипломная работа [364,5 K], добавлен 03.10.2008
  

• Проектирование автоматизированной газовой котельной в п. Космынино

  Теплоснабжение от котельных и переключение потребителей жилого фонда от источника. Основные технические решения по строительству источника тепла и тепловых сетей. Централизованная диспетчеризация объектов управления. Конструктивное решение котельной.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 16.05.2015
  

• Технология работы производственной котельной

  Тепловая схема производственной котельной ЗАО "Металлургический холдинг" завода РММЗ, расчет ее газоснабжения и водоподготовки, влияние на экологию района, назначение основных регуляторов и сигнализаций, а также мероприятия по безопасной работе персонала.
  
  дипломная работа [326,9 K], добавлен 03.11.2009
  

• Расчет отопительно-производственной котельной

  Расчет принципиальной тепловой схемы отопительно-производственной котельной с закрытой (без водоразбора) системой горячего водоснабжения для г. Семипалатинск. Основное оборудование и оценка экономичности котельной. Определение высоты дымовой трубы.
  
  контрольная работа [554,2 K], добавлен 24.06.2012
  

• Судовые энергетические установки

  Принцип строения, выбор параметров и расчет мощности судовых энергетических установок. Распределение энергии на судне. Валогенераторы общесудового назначения. Типы и параметры судовых паровых котлов. Устройство основных элементов судового валопровода.
  
  учебное пособие [1,9 M], добавлен 28.10.2012
  

• Проект газовой котельной мощностью 6,1 МВт для нужд теплоснабжения производственной площадки

  Исследование и характеристика особенностей объектов теплоснабжения. Расчет и построение температурного графика сетевой воды. Определение и анализ аэродинамического сопротивления котла. Рассмотрение основных вопросов безопасности и экологичности проекта.
  
  дипломная работа [525,9 K], добавлен 22.03.2018
  

• Автоматизация котельной установки

  Модернизация оборудования котельной: подача и обработка деминерализованной и питательной, выработка перегретого пара высокого давления П110, каналы внесения регулирующих воздействий и контролируемые, сигнализируемые величины устройств автоматизации.
  
  дипломная работа [260,3 K], добавлен 26.01.2009
  

• Проект технического перевооружения системы теплоснабжения производственной базы

  Расчет тепловой схемы котельной. Подбор газового котла, теплообменника сетевой воды, вентиляционного оборудования, воздушно-отопительного прибора, расширительного бака. Расчет газопроводов, дымовой трубы. Расчет производственного освещения котельной.
  
  дипломная работа [2,2 M], добавлен 10.07.2017
  

• Модернизация системы звукового и визуального оповещения о загазованности в котельной нефтеперекачивающей станции "Дебёсы"

  Изучение описания и технических характеристик котельной. Ознакомление с приборами и средствами автоматизации. Исследование систем микропроцессорной автоматизации. Характеристика недостатков применяемой системы контроля загазованности изучаемой котельной.
  
  дипломная работа [973,5 K], добавлен 24.12.2017
  

• Отопительные установки HERZ BioMatic

  Предприятие HERZ Feuerungstechnik - производитель котлов BioMatic, топливо, которое используется для этой модели. Состав установки на базе агрегата. Преимущества BioControl 3000. Универсальный блок управления. Преимущества модульной котельной установки.
  
  презентация [3,7 M], добавлен 25.12.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

Предварительный тепловой баланс
№	Наименование	Обозна-чение	Ед. измер.	Расчётная формула или способ определения	Результат
					Газ	Щепа
1	Низшая теплота сгорания	Щепа.	Qрн	МДж/кг	Расчёт в п.2.4.2		9,93
		Газ	Qрн	МДж/кг	Расчёт в п.2.4.2	48,1
2	Коэффициент полезного действия	з	%	Обоснование в начале раздела.	90	81
3	Потери тепла	От химической неполноты сгорания	q3	%	То же	0,5	3
		От механического недожёга	q4	%	То же	0	6
		В окружающую среду	q5	%	То же	2	2