Расчёт горения топлива и тепловой баланс котельного агрегата

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Кафедра теплохладотехники

Расчёт горения топлива и тепловой баланс котельного агрегата

Отчёт по лабораторной работе №24

по дисциплине «Теплотехника»

Группа №3 вариант №14

специальность 1 - 49 01 01 Технология хранения и переработки животного сырья

специализация 1 - 49 01 01 02 Технология молока  и молочных продуктов

      Проверил                                                        Выполнил

                                                                             студент группы ТЖМ–101

____________В.С.Самуйлов                          ____________ А.В.Страхов

«____» ____________2012 г.                         «____»____________ 2012 г.

Могилев 2012

Цель работы: Закрепление и углубление знаний, о способах расчета горения топлива(объемов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания) и теплового баланса котельного агрегата.

Задание: По известным параметрам: виду топлива, паропроизводительности котельного агрегата (D ), присосу холодного воздуха по газовому тракту ( Δα), давление пара в котле (Р_п.п.), температурам перегретого пара (t_п.п.) и питательной воды (t_п.в.) определить: способ сжигания топлива, тип топки, значения коэффициента избытка воздуха в топке (α_Т) и за установкой (α_ух.).

Рассчитать: теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1кг (1м³) топлива; объемы продуктов сгорания при α_ух  и энтальпии продуктов сгорания на выходе из котлоагрегата.

Составить тепловой баланс котельного агрегата, определить его К.П.Д. брутто и часовой расход топлива.

Теоретическая часть.

Котельным агрегатом (к/а) называют совокупность механизмов, теплообменных и других устройств, предназначенных для производства водяного пара или получения горячей воды. Пар или горячую воду получают, используя в большинстве случаев тепло сжигаемого органического топлива.

Одним из основных элементов котельного агрегата является топка. В топке осуществляется сжигание топлива, в результате чего выделяется химически связанное в нем тепло. В к/а тело, выделившееся из топлива в процессе горения и пошедшее на нагрев образовавшихся газообразных продуктов сгорания до высокой температуры, передается от этих газов воде, которая превращается в пар. В соответствии с видом сжигаемого топлива различают топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива и комбинированные.

Существуют три основных способа сжигания топлива: в слое факела и вихра(циклоне). В соответствии с этим топки разделяют на три больших класса: слоеные, факельные и вихревые. Факельные и вихревые топки часто объединяют в общий класс камерных топок.

В слое топливо сжигают под котельными агрегатами паропроизводительностью до 20-35 Т/ч. В слое можно сжигать только твердое кусковое топливо. Топливо, подлежащее сжиганию, загружают на колосниковую решетку, на которой оно лежит плотным слоем. Горение топлива происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой обычно снизу вверх. Для слоевого сжигания топлива под котлами большей паропроизводительности обслуживание топки и прежде всего подачу в нее свежего топлива механизируют.

В факельном процессе можно сжигать топливо твердое, жидкое и газообразное. При этом газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки; твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основным элементом которых являются углеразмольные мельницы, а жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие капли в форсунках.

Жидкое и газообразное топливо сжигают под котлами любой паропроизводительности, а пылевидное – под котельными агрегатами паропроизводительностью начиная от 35:50 Т/ч и выше.

При проектировании или контроле действующих к/а выполняют расчеты горения топлива. В первом случае при расчете горения определяют:

1. Теоретический расход воздуха V⁰, необходимого для сгорания единицы количества топлива и действительный расход воздуха

 V_в м³/кг или м³/м³;

2. Объем продуктов сгорания(дымовых газов) V_г м³/кг или м³/м³;

3. Состав продуктов сгорания в процентах по объему и парциальные давления трехатомных газов, требующиеся при расчете теплообмена (газового излучения) при заданном коэффициенте избытка воздуха;

4. Энтальпию дымовых газов при требующихся температурах и избытках воздуха Н_г=f( ,α) кДж/кг или кДж/м³;

5. Калориметрическую и теоретическую температуру сгорания топлива.

Исходные данные по топливу(его элементарный состав, низшая теплота сгорания и др.) берут на основании лабораторных анализов, а если точные анализы отсутствуют, из справочных таблиц по топливу. Состав твердого и жидкого топлив задается в процентах по массе, а газообразного – в процентах по объему. Низшую теплоту сгорания можно также вычислить по его составу с помощью полуэмпирических формул, приводимых в учебной и справочной литературе.

Объем воздуха, затрачиваемого на сгорание топлива, а газов, образующихся в результате горения, обычно относят условно к нормальным условиям ( 0⁰С и 101,325 кH/м²).

После проведения расчета горения топлива с использованием нормативных данных составляется тепловой баланс для определения К.П.Д. и часового расхода топлива при установившемся тепловом состоянии и номинальной паропроизводительности проектируемого к/а. тепловой баланс представляет собой соотношение, связывающее приход и расход тепла в к/а, т.е. он является выражением закона сохранения энергии для к/а.

При сжигании твердого и жидкого топлива тепловой баланс к/а составляют либо в килоджоулях на 1кг внесенного в котел топлива либо в процентах. При сжигании же газообразного топлива Теловой баланс составляют либо в килоджоулях на 1м³ газа (при н.у.), введенного в топку, либо также в процентах.

Порядок выполнения работы.

Исходные данные: Газ Щебелинский:

D Т/ч

Δα

Р_пр. %

Р_п.п. МПа

t_п.п. ⁰С

t_п.в. ⁰С

50

0,16

2,0

15

570

215

Расчетные характеристики:

α_Т

q₃

1.1

0.5

%

%

%

%

%

Mдж/кг

Q_н^р Mдж/кг

94,1

3,1

0,6

0,2

0,8

   1,2

37,8

1 Определим способ сжигания топлива, тип топки, значение коэфициента избытка воздуха в топке  и за установкой  по таблицам (5-7):

тип топки: камерная топка

коэфициента избытка воздуха в топке

коэфициента избытка воздуха за установкой

2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания на выходе из к/а.

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при

теотетические объемы продуктов горения при

объем трехатомных газов

теоретический объем азота

теоретический объем водяных паров

Объем продуктов сгорания

Расчет действительных объемов продуктов сгорания при

Объем водяных паров:

Объем продуктов сгорания

Объемная доля сухих трехатомных газов

Объемная доля водяных паров

3 Расчет энтальпии сухого воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов горения при ( )

t_ух.=130⁰С

(сt) =226.4 кДж/кг

(сt) =169   кДж/кг

(сt) =197.2  кДж/кг

=172.5 кДж/кг

Энтальпия действительных объемов продуктов горения

Результаты вычислений объемов воздуха и продуктов сгорания, их энтальпий сведем к таблицам:

Наименование величины

Размерность

Значение

Газ Щебелинский

Теоретическое количество сухого воздуха V⁰

м³/кг

10,365

Объем сухих трехатомных газов

м³/кг

1,069

Теоретический объем азота

м³/кг

8,201

Теоретический объем водяных паров

м³/кг

2,2363

Теоретический объем газов V_r⁰

м³/кг

11,5063

Коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух

-

1,26

Объем водяных паров

м³/кг

2,2779

Полный объем газов V_r

м³/кг

14,2446

Объемная доля сухих трехатомных газов r

-

0,07505

Объемная доля водяных паров r

-

0,1600

Энтальпия продуктов сгорания:

Наименование, размерность

Размерность

Значение

Коэффициент избытка воздуха на выходе из к/а α_ух

-

1,26

Температура уходящих газов t_ух

⁰С

130

Энтальпия трехатомных газов    = (сt)

кДж/кг

242,02

Энтальпия азота

= (сt)

кДж/кг

1385,97

Энтальпия водяных паров = (сt)

кДж/кг

440,998

Энтальпия теоретического объема продуктов горения

Н_г⁰ = ₊H +H

кДж/кг

2068,99

Энтальпия теоретического объема воздуха  H_в⁰= V⁰(сt)

кДж/кг

1787,9625

Энтальпия действительного объема продуктов горения Н_r=Н_r⁰+(α_ух-1) H_в⁰

кДж/кг

2533,859

4 Тепловой баланс к/а:

где распологаемое тепло;

тепло полезно–воспринятое в к/а рабочим телом;

потери тепла;

Потери тепла с уходящими газами

5. Рассчитаем расход топлива В:

D – паропроизводительность к/а, кг/с, D=50 кг/с

h_п.п. – энтальпия пара, выходящего из к/а, кДж/кг

h_п.в. – энтальпия питательной воды, кДж/кг

h^’ – энтальпия кипящей воды, кДж/кг

Q_н^р – низшая теплота сгорания, кДж/кг

h_п.п.=3494,4 при t_п.п.=350⁰С и Р_п.п=3 МПа

h_п.в.=920,6 при t_п.в=90 ⁰С и Р_п.п=3 МПа

h^’=1610,2 при Р_п.п=2 МПа

Расчетный расход полностью сгоревшего топлива

Вывод: в ходе лабораторной работы были получены знания о способах расчёта горения топлива (объёмов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания) и теплового баланса котельного агрегата. А так же основные закономерности теплообмена при свободном движении жидкости.

Список используемой литературы:

1.Теплотехника:учебник для студентов вузов/ А.М.Архаров(и др.) под общ.ред.

В.И.Крутова.-М.:Машиностроение,1986.-432с.

2.Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парового котла:учеб.пособие для вузов/

Ю.М.Липов,Ю.Ф.Самойлов,Т.В.Виленский.-М.:Энергоатомиздат,1988.-208с.

3.К.Ф.Роддатис.Котельные установки:учеб.пособие для студентов неэнергетических

Специальностей вузов.-М.:Энергия,1977.-432 с.

4. Александров А.А.Термодинамические свойства воды и водяного пара:Справочник/

А.А.Александров,Б.А.Григорьев.-М.:Изд-во МЭИ,1999.-168 с.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману