Тепловой расчет котла

При тепловом расчете парогенератора или водогрейного котла тепловой баланс составляется для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется располагаемая теплота. Тепловой расчет котла для твердого и жидкого топлива (кДж/кг)

Тепловой расчет котла для газообразного топлива (кДж/м3)

где Q_н^р - низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива, кДж/кг, принимается по данным табл. 2-7, а при отсутствии данных - на основании анализа проб топлива; Q_н^с - низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³, принимается по данным табл. 2-8, а при отсутствии данных - на основании анализа проб газа; Q_в.вн - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром пли другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг или кДж/м³; i_тл - физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг или кДж/м³; Q_ф - теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг; QK - теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

В случае предварительного подогрева воздуха в калорифере теплота, внесенная воздухом, кДж/кг или кДж/м³,

где I°_вп - энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель после предварительного подогрева в калорифере; определяется по температуре воздуха после калорифера t_вп линейной интерполяцией значений I°_в из табл. 3-7; I°_хв - энтальпия теоретического объема холодного воздуха при его расчетной температуре.

Энтальпия холодного воздуха подсчитывается по формуле

где (сƟ)в находится по температуре воздуха из табл. 3-4; при обычно принимаемой температуре холодного воздуха t_х.n = 30 °С формула (4-17) принимает вид I°_{х. n} = 39,8 \/°.

Отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому, входящее в формулу (4-16),

где ∆α_т, ∆α_пл, ∆α_вп - присос воздуха в топку, систему пылеприготовления и воздухоподогреватель; принимается по данным табл. 3-5 и 5-9.

Физическая теплота топлива, кДж/кг или кДж/м³,

Где t_тл - температура топлива, °С (для твердого топлива принимается 20 °С, для мазута в зависимости от его вязкости 90— 130 °С): с_тл - удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг*К).Удельная теплоемкость твердого топлива

Удельная теплоемкость мазута

Здесь W_p - содержание влаги в рабочей массе топлива, %; с_стл - удельная теплоемкость сухой массы топлива, кДж/ (кг *К), принимается для бурых углей 1, 1,3; каменных 1,09; углей типов А, ПА, Т — 0,92.

Физическую теплоту топлива следует учитывать при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки для твердого топлива и т. д.).

Теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг,

Где i_ф - энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов, кДж/кг

где k - коэффициент разложения карбонатов (при слоевом сжигании 0,7; при камерном 1,0); (С0₂)рк – содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе, %.

Для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов при сжигании твердого топлива можно принимать Q^P_p = = Q^H_p, а при сжигании газа Q_p^p=Q^H_c. При сжигании мазута Q^P_P = Q_H^P + i_тл.

2. Определяется (только при сжигании твердого топлива) потеря теплоты от механической неполноты горения. Значения потери от механической неполноты горения для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 - 5-4.

3.Определяется потеря теплоты с уходящими газами (%)

где I_ух - энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 3-7 при соответствующих значениях аух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; Iв° - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при /„ = 30 °С по формуле (4-17); а_ух коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, определяется по формуле (3-29).Для определения потери теплоты с уходящими газами необходимо произвести выбор температуры уходящих газов (I_ух). Выбор производится на основе технико-экономического расчета по условию оптимального использования топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Однако во избежание низкотемпературной коррозии при температурах металла, меньших температуры точки росы, приходится выбирать повышенные температуры уходящих газов по сравнению с экономически выгодной или принимать специальные меры по защите воздухоподогревателя.

Избежать коррозии поверхности нагрева воздухоподогревателя (без специальных мер защиты) можно, если температура его металлической стенки будет примерно на 10 К выше температуры точки росы.

Для парогенераторов производительностью свыше 75 т/ч среднего и высокого давления обычно принимают меньшие температуры уходящих газов, чем для парогенераторов низкого давления. Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями нагрева температуру уходящих газов рекомендуется принимать не менее следующих значений (°С):

При сжигании сернистых топлив в качестве специальных мер защиты от коррозии может применяться покрытие поверхности нагрева воздухоподогревателя кислотостойкой эмалью, изготовление воздухоподогревателя из неметаллических материалов (керамика, стекло и др.).

4. Определяется потеря теплоты от химической неполноты горения. Значения этих потерь для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 - 5-4.

5. Определяется потеря теплоты от наружного охлаждения (%) по формулам:

где q_ном и q^вк_5ном - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парогенератора и водогрейного котла, определяются по табл. 4-1 и 4-2 соответственно; D_ном -номинальная нагрузка парогенератора, т/ч; D - расчетная нагрузка парогенератора, т/ч; Nном -номинальная мощность водогрейного котла, МВт; N - расчетная мощность водогрейного котла, МВт.

6.Определяется потеря в виде физической теплоты шлаков и потеря от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла, %,

где α_шл =1 – α_уп - доля золы в топливе, перешедшей в шлак; α_уп принимается из табл. 5-1, 5-2 и 5-4 в зависимости от способа сжигания топлива; (сƟ)_зл - энтальпия золы, кДж/кг; определяется из табл. 3-4 для температуры золы (шлака) 600 °С при сухом шлакозолоудалении; Нохл - лучевоспринимающая поверхность балок и панелей, м2 (для панелей в расчет принимается только боковая, обращенная в топку поверхность); Q_пг и Q_{в. к} - полезная мощность парогенератора водогрейного котла (см. ниже).

При камерном сжигании с твердым шлакоудалением q6шл может не учитываться при А^ȵ,>2,5Q_нр*10^-3. Учитывая, что промышленные паровые и водогрейные котлы, оборудованные слоевыми топками, работают на малозольных топливах, потерей теплоты н в этом случае можно пренебречь.

Определяется КПД брутто парогенератора или водогрейного котла (%) из уравнения обратного теплового баланса

8.Определяется полезная мощность парогенератора или водогрейного котла (кВт) по формулам:

где D_пе - расход выработанного перегретого пара, кг/с; D_н.п - расход выработанного насыщенного пара и пара, отданного потребителям помимо пароперегревателя, кг/с; i_п.п, i_в.в, i_н.п, i_кпп - энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане парогенератора, кДж/кг; D_пр - расход продувочной воды, кг/с; Gв - расход воды через водогрейный котел, кг/с; г_{х. в}, К_в - энтальпии холодной и горячей воды (на входе и выходе водогрейного котла), кДж/кг;

(здесь р - непрерывная продувка парогенератора, %, учитывается только при р≥2 %).

9.Определяется расход топлива (кг/с или м3/с), подаваемого в топку парогенератора или водогрейного котла;

10.При сжигании твердого топлива определяется расчетный расход топлива (кг/с) с учетом потери тепла от механической неполноты горения

Расчетный расход топлива вносится во все формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количество теплоты. При подсчете удельных объемов продуктов сгорания (см. табл. 3-6) и энтальпий (табл. 3-7) поправка на потерю теплоты от механической неполноты горения не вносится.

11.Для последующих расчетов определяется коэффициент сохранения теплоты

Так производится тепловой расчет котла.