ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛОВ

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА

5431. Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемым располагаемым теплом <2Р. и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь Ог • .-С*., Оъ и Оъ. На основании

Теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива при О °С и 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид

0Р + 0ш‘* @<р = 0. + О.* + Оъ + 0* + С«+ 0-ь ■ кДж/кг (кДж/м3). (5-01)

5- 02. Располагаемое тепло 1 кг твердого (жидкого) или 1 мэ газообразного топлива определяется соответственно по формулам:

0Р = 01 + /„ + (1 - к)0^ъ. кДжУкп (5-02а)

0Р =0? + Кг - кДжУм3, ■ (5-026)

Где <2^ 0?. низшая теплота сгорания рабочей массы твердого (жидкого) и сухой массы газообразного топлив, кДж/кг и кДж/ма.

Расчет 0р котлов, температура уходящих газов которых ниже температуры точки росы, следует вести по высшей теплоте сгорания 01 для учета частичного использования теплоты парообразования водяных паров. С учетом того, что при глубоком охлаждении уходящих газов влияние используемой доли теплоты парообразования на величину 0Р относительно невелико, и в этом случае 0Р можно рассчитывать по низшей теплоте сгорания, а в (5-02) ввести дополнительное слагаемое

±0*она = лбкокд г, кДх'УкГ (кДж/МЭ).

Где ^(7«^ - масса конденсирующихся водяных паров, кг/кг или кг/мл; г - теплота парообразования при температуре газов. кДж/кг.

5- 03. ©изическое тепло топлива

Г'тл = с. г11Г_. кДж/кг (кДж/мэ). (5-03)

Где стг - теплоемкость рабочего топлива; определяется по п. п. 3-13 - 3-15;

- температура рабочего топлива. °С. Учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогрето посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т. п.). а также при сушке по разомкнутому циклу. В последнем случае температуру и влажность топлива следует принимать по состоянию перед топкой.

При отсутствии постороннего подогрева физическое тепло может учитываться только для бурых углей и торфа. При этом температура топлива принимается 20 °С.

При замкнутой схеме пылеприготовления тепло подогрева и подсушки топлива в мельничной системе в балансе не учитывается.

В тех случаях, когда в котел подается смерзшееся топливо (что должно быть специально оговорено в задании), из величины располагаемого тепла вычитается тепло, затрачиваемое на размораживание

Г «юо -»'Л

Д е,„ = 3.3 5^ и ;■ - К-,* |00_в. уJ • кдакг. (5-М)

Где И'6 - безопасная (связанная) влажность, соответствующая равновесной влажности угля при 20 сС и 100 %-ном насыщении.

Для каменных углей и антрацита IV* =4.5 * 6 %; для бурых углей с приведенной влажностью

9- 16 % V/? =19-24 %; для бурых углей с большей приведенной влажностью IV* =28-30 %.

, 5-04. Телло, затраченное на разложение карбонатов при сжигании сланцев

^ бкрб =40к(Са)^. кДж/кг. (5-05)

Коэффициент разложения карбонатов к принимается по п. 4.11.

5- 05. Потери тепла с уходящими газами определяется как разность энтальпий продуктов 'сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и холодного воздуха

&.пл [^-(Яу'-Р'Кггс-Р'^.ЬОО-Ь) '

Д: - ~ 100 = *----------------------- —---------- *—------- , %, (5-06)

О,

Р

^где 1ух - энтальпия уходящих газов при избытке воздуха и температуре Эух. кДж/кг (кДж/м3 );

•• /с гл - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт

(перед калорифером, вентилятором и т. п), кДж/кг (кДж/мэ). Температура холодного воздуха принимается равной 30 °С, если не задана другая величина; р*- отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому. При рециркуляции горячего воздуха (в том числе и при схеме С избыточным воздухом) доля рециркулирующего воздуха не включается в 3':

/опрс - энтальпия воздуха, присасываемого в газоходы котла. кДж/кг (кДж/м3);

- потеря от механической неполноты сгорания, %: находится по п. 5-08.

При сушке топлива в разомкнутой системе пылепрмготовления отбираемыми из тракта газами в количестве У£ , м^кг, потеря тепла определяется на 1 кг подсушенного топлива

[^пв -1 0 " Г^уг -&'К0прс“Р,^0.*..Ь0°-94)

Чг = 1--------------- :------ 1----------------------------- 1 . % , (5-07)

Г*

Где т — ~— - доля газов, отбираемых на сушку топлива;

Г. отй

Г'Дтб ■ обьем газов за местом отбора. м3/кг;

■1агЬ - энтальпия газов в месте отбора, кДж/кг;

£)р - располагаемое тепло на 1 кг подсушенного топлива. кДж/кг.

5- 06. При установке встроенного золоуловителя в (5-06) добавляется потеря тепла, вызванная удалением золы при температуре 8^

= 'Пзусун'^[(с^)>л -1с»ух)„]. кДжЖг. (5-08)

Где - КПД золоуловителя.

5- 07. Потеря тепла от химической неполноты сгорания обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в уходящих газах

Ал =^100,%.

2Р

При сжигании твердых топлив в камерных топках Ц? принимается по табл. XVIII - XIX. при сжигании жидких и газообразных топлив - по табл. XX. при сжигании твердых топлив в слоевых топках - по табл. XXI.

5- 08. Потеря тепла от механической неполноты сгорания ^«определяется недожогом топлива в шлаках, провале и уносе (при частичном возврате последнего в топку учитывается только унос, не уловленный устройствами для возврата).

Величина з« рассчитывается по формуле

+

Я. =§Чоо =

(5-09)

%.

<2р

Где йщп-пр. - доли золы топлива в шлаке, провале и уносе, %;

. Гуи - содержание горючих в шлаке, провале и уносе, %.

В табл. XVIII и XIX даны значения для камерных топок с твердым и жидким шпакоудалением, в табл. XXI q^ и и суммарные значения qt для слоевых топок. При значительном отклонении зольности от указанной в табл. XXI при сжигании в слоевых топках, а также при надежных данных о значениях а и Г вычисляется по формуле (5-09).

При сжигании пыли е смеси с газом или мазутом потеря тепла от механического недожога принимается: при сжигании низкореакционных углей и доле мазута (газа) по теплу менее

0, 5 - по твердому топливу с коэффициентом 1,2, а при доле 0.5 -1,0 - по твердому топливу; при сжигании высокореакционных углей значение qA принимается усредненным по теплу, при доле мазута (газа) равной нулю - по твердому топливу и по мазуту (газу) при доле их равной 1.

S-09. Потеря тепла от наружного охлаждения qs для стационарных котлов принимается по

Рис. 5.1. При производительно-

^'Г'9 s» ^ ' "I сти котя а (корпуса) > 250 кг/с

(900 т/ч) принимается qb =0,2 %.

При нагрузках, отличаю­щихся от номинальном более чем на 25 %, величина з* пересчитывается по формуле

Оi=оI5-1»)

Потеря тепла от наружного охлаждения системы пылепри- готовления невелика; она в значительной мере компенсируется теплом, выделяющимся при работе мельниц, и поэтому не учитывается.

Разбивка потери тепла от наружного охлаждения котла по отдельным газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Доли этой потери, приходящиеся на отдельные газоходы, для упрощения принимаются пропорциональными количеству тепла, отдаваемого газами в соответствующих газоходах. Поэтому при определении количества тепла, отданного газами, потери от наружного охлаждения учитываются введением коэффициента сохранения тепла

Ф = 1--

Л*

5- 10. Потеря с теплом шлака вводится в расчет для всех твердых топлив при камерном

Сжигании с жидким шпакоудалением и

Шпакоудалением цщ может не учитываться при А' < Потеря тепла определяется по формуле

(5-12)

(сЭ),* * энтальпия шлака, кДж/кг, определяется по табл. XIV.

Температура золы (шлака) принимается равной: при твердом шлакоудапении • 600 °С, при жидком шлакоудапении-температуре начала нормального жидкого шлакоудаления (табл. II). при отсутствии данных - температуре жидкоплавкого состояния золы 1С. увеличенной на 100 "С.

При слоевом сжигании сланцев в (5-12) вместо АН подставляется выражение Yjf +0ДСО2)^. %. Содержание диоксида карбонатов приведено в табл. I (второе слагаемое

;»графе А1). При камерном сжигании сланцев поправка на содержание диоксида карбонатов

Величину А' не вводится.

5- 11- Потерн тепла на охлаждение не включенных в циркуляционную схему котла панелей и балок топки'при отсутствии специальных указаний определяется по формуле

Qboxn _ „

*•'- 9боХл = —Joo. %

"кли приближенно

120 НВ1П '

J-ь С X fl

Г =д 100. %.-- (5-13J

І где Наш - лучевоспринимающая поверхность балок-и панелей, мг. Для панелей принимается в расчет боковая поверхность, обращенная в топку;

Си " Полное количество тепла, полезно использованное в котле. кВт, находится по п. 5-13.

5- 12. Суммарная потеря тепла в котле

X? = Яі + Яъ + q* + Яь + Яьохг + 4бш„ • % • * (5-14)

Коэффициент полезного действия котла (брутто)

Лк =Ю0-]Г<7. %. (5-15)

5*13. Полное количество тепла, полезно использованное в котле

Цk — (^пе _ ^обв )( *пе гп. в ) ^6. ( 4іе — ^00* ) "+ -^»лр ( Vb _ *ИПр ) П ( ^5 " ^П. В ) “*■

+ АіД f’s - 'п в ) + X-Dnn( С - 'пп ) + Х^впр( С - Cp J + £от в + Q^t • кВт - (5-16)

Третий член формулы учитывается только при впрыске в первичный тракт »сторонней» воды

С энтальпией /мр, отличной от ;

Aif • количество выработанного перегретого пара, кг/с;

A*f - расход питательной воды, кг/с, подаваемой в котел мимо регенеративных подогревателей с энтальпией /о6в;

(|1Р - энтальпия перегретого пара, кДж/кП определяется по давлению и температуре перед главной паровой задвижкой;

/г.» - энтальпия питательной воды, кДж/кг; определяется по давлению и температуре на входе в первую поверхность котла;

D„ „ - количество насыщенного пара, кг/с, с энтальпией і”, отданного до перегревателя;

Определяется по давлению в барабане котла;

Dnp - расход воды на продувку котла, кг/с (для прямоточных сепараторных котлов - продувка сепаратора), с энтальпией кипящей воды і’. при давлении в барабане (сепараторе). При величине продувки меньше 2 % тепло продувочной воды может не учитываться:

Д.,.- расходы пара на входе в промежуточные перегреватели, кг/с, с начальной i^r и конечной энтальпией;

Анір ‘ РасхоДы впрысков в промперегреватели, включая впрыски питательной воды, с

. - ПП

Энтальпией 1впр;

(2С. В - тепло воды, подогреваемой в котле и отдаваемой «на сторону». кВт;

При схеме с возвратом охлажденного избыточного воздуха в воздухоподогреватель /а»п заменяется энтальпией воздуха на выходе из охлаждающего теплообменника 70охл;

/о*п' энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздухоподогреватель (котел). кДж/кг (кДж/м3): определяется по п. 4-09;

Рме, - отношение количества избыточного (отдаваемого *на сторону.) воздуха к теоретически необходимому.

В случае отбора газов на рециркуляцию (из уходящих газов за сечением, по которому определяется д2) тепло, возвращенное в котел рециркулирующими газами

= г1ух. кДж/кг (кДж/м3),

Где г - Доля рециркулирующих газов, отбираемых после последней поверхности нагрева котла: Д, - энтальпия уходящих газов за местом отбора. кДж/кг {кДж/м3).

5- 14. Расход топлива, подаваемого в топку

П__________ 0*.

В-<2л.

Тепло, внесенное в топку воздухом, при его подогреве вне котла - паром из отборов, отработанным теплом и т. п.

(5-20)

(5-21)

Где С0, - расход и энтальпия пара на дутье или распиливание топлива, кг/кг и кДж/кг.

При установке высоконапорных вентиляторов с перепадом полного давления в тракте Д//г >10 кПа следует учитывать тепло, вносимое воздухом, подогретым в вентиляторе. Величина подогрева принимается численно равной перепаду Д//„, выраженному в кПа

Где и / " - температуры воздуха до вентилятора и за ним.

При сжигании смеси однородных топлив их суммарный расход находится по формуле (5-19) Расход каждого топлива определяется из суммарного расхода пропорционально его массовой или тепловой доле (п. п. 2-21 и 2-22). При сжигании смеси твердого (жидкого) и газообразного топлив по формуле (5-19) определяется расход твердого (жидкого) топлива. Расход газообразного топлива Вгы - Д, Л" (п. 2-23).

Расход топлива и КПД котла при расчете на рабочее топливо в случае его подсушки уходящими газами по разомкнутому циклу

(5-22)

(5-23)

Где обозначения со штрихом относятся к подсушенному, а без штриха - к рабочему (сырому) топливу. При определении Г]' в величину дА условно вводится потеря с уносом пыли из пылеуловителя, которая находится из расчета системы пылеприготовления.

5- 15. Для определения объемов Продуктов сгорания и воздуха, а также тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетов механической неполноты сгорания у

= ,5г4> в дальнейшем во все формулы для определения объемов и количеств тепла подставляется величина Вр. В величины удельных объемов газов и воздуха и их энтальпий поправка на, механическую неполноту сгорания не вносится.