Котельные установки

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

$${\mathrm{Q}}_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}=338{\mathrm{C}}^{\mathrm{р}}+1025{\mathrm{H}}^{\mathrm{р}}-\mathrm{108,5}\left({\mathrm{O}}^{\mathrm{р}}-{\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)-25{\mathrm{W}}^{\mathrm{р}}=$$

$$=338\times \mathrm{28,7}+1025\times \mathrm{2,2}-\mathrm{108,5}\times \left(\mathrm{8,6}-\mathrm{2,7}\right)-25\times 32=10516\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теплоемкость рабочей массы топлива:

$$c_{т}^{р}=\frac{c_{т}^{с}\left(100-W^{р}\right)}{100}+\frac{c_{H_{2}O}^{с}{W}^{р}}{100}=\frac{\mathrm{1,088}\times \left(100-32\right)}{100}+\frac{\mathrm{4,19}\times 32}{100}=\mathrm{2,08}\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}\times \mathrm{K}}$$

Физическая теплота топлива:

$$Q_{тл}=c_{т}^{р}{t}_{т}=\mathrm{2,08}\times 20=\mathrm{41,6}\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота:

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}+Q_{тл}=10516+\mathrm{41,6}=\mathrm{10557,6}\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия:

- питательной воды при температуре t_п.в = 150 ℃ (таблица)

$$i_{п.в}=632\frac{кДж}{кг}$$

- котловой воды по давлению p_п.п = 4 МПа (таблица)

$$i_{к.в}=\mathrm{1087,5}\frac{кДж}{кг}$$

- перегретого пара при температуре t_п.п = 450 ℃ и давлении p_п.п = 4 МПа (is - диаграмма)

$$i_{п.п}=3330\frac{кДж}{кг}$$

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате

$$Q_1=\frac{D}{B}\left[\left(i_{п.п}-i_{п.в}\right)+\frac{P}{100}\left(i_{к.в}-i_{п.в}\right)\right]=$$

$$=\frac{\mathrm{13,4}}{4}\times \left[\left(3330-632\right)+\frac{4}{100}\times \left(\mathrm{1087,5}-632\right)\right]=9099\frac{кДж}{кг}$$

Потери теплоты с уходящими газами:

$$Q_2=\left(V_{ух}{c}_{p.ух}^{’}{\vartheta }_{ух}-{\alpha }_{ух}{V}^{о}{c}_{p.в}^{’}{t}_{в}\right)\frac{100-q_4}{100}=$$

$$=\left(\mathrm{4,86}\times \mathrm{1,415}\times 160-\mathrm{1,48}\times \mathrm{2,94}\times \mathrm{1,297}\times 30\right)\times \frac{100-4}{100}=891\frac{кДж}{кг}$$

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива:

$$Q_3=237\left(C^{р}+\mathrm{0,375}{S}_{л}^{р}\right)\frac{CO}{R{O}_2+CO}=$$

$$=237\times \left(\mathrm{28,7}+\mathrm{0,375}\times \mathrm{2,7}\right)\times \frac{\mathrm{0,2}}{\mathrm{16,6}+\mathrm{0,2}}=83\frac{кДж}{кг}$$

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива:

$$Q_4=\frac{q_4{Q}_{р}^{р}}{100}=\frac{4\times \mathrm{10557,6}}{100}=\mathrm{422,3}\frac{кДж}{кг}$$

Потери теплоты в окружающую среду:

$$Q_5=Q_{р}^{р}-\left(Q_1+Q_2+Q_3+Q_4\right)=$$

$$=\mathrm{10557,6}-\left(9099+891+83+\mathrm{422,3}\right)=\mathrm{62,3}\frac{кДж}{кг}$$

Составляющие теплового баланса:

$$q_1=\frac{Q_1}{Q_{р}^{р}}100=\frac{9099}{\mathrm{10557,6}}\times 100=\mathrm{86,2} \%$$

$$q_2=\frac{Q_2}{Q_{р}^{р}}100=\frac{891}{\mathrm{10557,6}}\times 100=\mathrm{86,2} \%$$

$$q_3=\frac{Q_3}{Q_{р}^{р}}100=\frac{83}{\mathrm{10557,6}}\times 100=\mathrm{0,8} \%$$

$$q_5=\frac{Q_5}{Q_{р}^{р}}100=\frac{63}{\mathrm{10557,6}}\times 100=\mathrm{0,6} \%$$

Тепловой баланс котельного агрегата:

$$Q_{р}^{р}=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4+Q_5=$$

$$=9099+891+83+\mathrm{422,3}+\mathrm{62,3}=\mathrm{10557,6}\frac{кДж}{кг}$$

или в процентах

$$q_1+q_2+q_3+q_4+q_5=\mathrm{86,2}+\mathrm{8,4}+4+\mathrm{0,6}=100 \%$$

Ответ: Q^р_р = 10558 кДж/кг.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

$$Q_{н}^{р}=338C^{р}+1025H^{р}-\mathrm{108,5}\left(O^{р}-S_{л}^{р}\right)-25W^{р}=$$

$$=338\times \mathrm{84,65}+1025\times \mathrm{11,7}-\mathrm{108,5}\times \left(\mathrm{0,3}-\mathrm{0,3}\right)-25\times \mathrm{3,0}=40529\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теплоемкость мазута:

$$c_{т}^{р}=\mathrm{1,74}+\mathrm{0,0025}{t}_{т}=\mathrm{1,74}+\mathrm{0,0025}\times 90=\mathrm{1,97}\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}\times \mathrm{K}}\mathrm{ }$$

Физическая теплота топлива:

$$Q_{тл}=c_{т}^{р}{t}_{т}=\mathrm{1,97}\times 90=177\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота:

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}+Q_{тл}=40529+177=40706\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

$${\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,089}{\mathrm{C}}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,226}{\mathrm{H}}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,033}\left({\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}-{\mathrm{O}}^{\mathrm{р}}\right)=$$

$$=\mathrm{0,089}\times \mathrm{84,65}+\mathrm{0,226}\times \mathrm{11,47}+\mathrm{0,033}\times \left(\mathrm{0,3}-\mathrm{0,3}\right)=\mathrm{10,62}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем трехатомных газов:

$${\mathrm{V}}_{\mathrm{R}{\mathrm{O}}_2}=\mathrm{0,0187}\left({\mathrm{C}}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,375}{\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)=\mathrm{0,0187}\times \left(\mathrm{84,65}+\mathrm{0,375}\times \mathrm{0,3}\right)=\mathrm{1,58}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем двухатомных газов (азота):

$${\mathrm{V}}_{{\mathrm{N}}_2}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,79}{\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}+\frac{\mathrm{0,8}{\mathrm{N}}^{\mathrm{р}}}{100}=\mathrm{0,79}\times \mathrm{10,62}=\mathrm{8,39}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем водяных паров:

$${\mathrm{V}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,0124}\left(9{\mathrm{H}}^{\mathrm{р}}+{\mathrm{W}}^{\mathrm{р}}\right)+\mathrm{0,0161}{\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}=$$

$$=\mathrm{0,0124}\times \left(9\times \mathrm{11,7}+3\right)+\mathrm{0,0161}\times \mathrm{10,62}=\mathrm{1,51}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия CO₂, N₂, H₂O и воздуха определяем по справочной таблице при ϑ_ух = 160 ℃:

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}=280\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{{\mathrm{N}}_2}=208\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=242\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{\mathrm{в}}=212\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

Энтальпия продуктов сгорания при температуре газов при ϑ_ух = 160 ℃ и α_т = 1:

$${\mathrm{I}}_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{R}{\mathrm{O}}_2}{\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}+{\mathrm{V}}_{{\mathrm{N}}_2}^{\mathrm{о}}{\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{{\mathrm{N}}_2}+{\mathrm{V}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}^{\mathrm{о}}{\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=$$

$$=\mathrm{1,58}\times 280+\mathrm{8,36}\times 208+\mathrm{1,51}\times 242=2553\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия воздуха при температуре газов ϑ_ух = 1000 ℃ и α_т = 1:

$${\mathrm{I}}_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}={\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}{\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{\mathrm{в}}=\mathrm{10,62}\times 212=2251\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

Энтальпия продуктов сгорания при ϑ_г = 160 ℃ и α_т = 1:

$${\mathrm{I}}_{\mathrm{у}\mathrm{х}}={\mathrm{I}}_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}+\left({\mathrm{\alpha }}_{\mathrm{у}\mathrm{х}}-1\right){\mathrm{I}}_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=2553+\left(\mathrm{1,35}-1\right)\times 2251=3341\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия холодного воздуха

$${\mathrm{I}}_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}={\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}{\mathrm{c}}_{\mathrm{p}.\mathrm{в}}^{’}{\mathrm{t}}_{\mathrm{в}}=\mathrm{10,62}\times \mathrm{1,297}\times 30=413\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

Потери теплоты с уходящими газами:

$$Q_2=\left(I_{ух}-{\alpha }_{ух}{I}_{х.в}^{о}\right)\frac{100-q_4}{100}=$$

$$=\left(3341-\mathrm{1,35}\times 413\right)\times \frac{100-0}{100}=2783\frac{кДж}{кг}$$

или в процентах

$$q_2=\frac{Q_2}{Q_{р}^{р}}100=\frac{2783 }{40706}\times 100=\mathrm{6,8} \%$$

Ответ: Q₂ = 2783 кДж/кг; q₂ = 6,8 %.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

$$Q_{н}^{р}=Q_{р}^{р}=Q_{р}^{г}\frac{100-\left(A^{р}+W^{р}\right)}{100}-25W^{р}=$$

$$=34345\times \frac{100-\left(\mathrm{16,8}+\mathrm{6,5}\right)}{100}-25\times \mathrm{6,5}=26180\frac{кДж}{кг}$$

Энтальпия:

- питательной воды при температуре t_п.в = 100 ℃ (таблица)

$$i_{п.в}=419\frac{кДж}{кг}$$

- котловой воды по давлению p_п.п = 1,4 МПа (таблица)

$$i_{к.в}=830\frac{кДж}{кг}$$

- перегретого пара при температуре t_н.п = 280 ℃ и давлении p_п.п = 1,4 МПа (is - диаграмма)

$$i_{п.п}=3000\frac{кДж}{кг}$$

Натуральный расход топлива

$$B=\frac{D\left[\left(i_{п.п}-i_{п.в}\right)+\frac{P}{100}\left(i_{к.в}-i_{п.в}\right)\right]}{Q_{р}^{р}{\eta }_{к.а}^{бр}}\times 100=$$

$$=\frac{\mathrm{5,45}\times \left[\left(3000-419\right)+\frac{3}{100}\times \left(830-419\right)\right]}{26180\times 86}\times 100=\mathrm{0,62}\frac{\mathrm{к}\mathrm{г}}{\mathrm{с}}$$

Площадь колосниковой решетки:

$$R=\frac{B{Q}_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}}{\frac{Q}{R}}=\frac{\mathrm{0,62}\times 26180}{1015}=16 {м}^2$$

Объем топочного пространства

$$V_{т}=\frac{B{Q}_{н}^{р}}{\frac{Q}{V_{т}}}=\frac{\mathrm{0,62}\times 26180}{350}=\mathrm{46,4} {м}^3$$

К. п. д. топки:

$${\eta }_{т}=100-q_3-q_4=100-\mathrm{0,5}-\mathrm{5,5}=94 \%$$

Ответ: R = 16 м²; V_т = 80,2 м³; η_т = 94 %.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

$$Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}=338C^{\mathrm{р}}+1025H^{\mathrm{р}}-\mathrm{108,5}\left(O^{\mathrm{р}}-S_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)-25W^{\mathrm{р}}=$$

$$=338\times \mathrm{49,3}+1025\times \mathrm{3,6}-\mathrm{108,5}\times \left(\mathrm{8,3}-\mathrm{3,0}\right)-25\times \mathrm{13,0}=19453\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

$$V^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,089}{C}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,226}{H}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,033}\left(S_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}-O^{\mathrm{р}}\right)=$$

$$=\mathrm{0,089}\times \mathrm{49,3}+\mathrm{0,226}\times \mathrm{3,6}+\mathrm{0,033}\times \left(\mathrm{3,0}-\mathrm{8,3}\right)=\mathrm{5,02}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата

$$Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}={\alpha }_{\mathrm{т}}{V}^{\mathrm{о}}{c}_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}\left(t_{\mathrm{г}.\mathrm{в}}-t_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}\right)=\mathrm{1,3}\times \mathrm{5,02}\times \mathrm{1,33}\times \left(295-30\right)=2300\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}+Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}=19453+2300=21753\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теплоту, вносимую в топку с воздухом

$$Q_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}=\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-\Delta {\alpha }_{\mathrm{т}}\right)V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{г}.\mathrm{в}}+\Delta {\alpha }_{\mathrm{т}}{V}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}=$$

$$=\left(\mathrm{1,3}-\mathrm{0,05}\right)\times \mathrm{5,02}\times 396+\mathrm{0,05}\times \mathrm{5,02}\times 40=2495\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

где (cϑ)_г.в и (cϑ)_х.в – энтальпии горячего и холодно воздуха (таблица).

Полезное тепловыделение в топке:

$$Q_{\mathrm{т}}=Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}\left(\frac{100-q_3-q_4-q_6}{100-q_4}\right)+Q_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}-Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}=$$

$$=21753\times \left(\frac{100-\mathrm{0,5}-3-\mathrm{0,5}}{100-3}\right)+2495-2300=21723\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Зная полезное тепловыделение в топке, определяем теоретическую температуру горения с помощью Iϑ – диаграммы. Для этого задаем два значения температуры газов (1400 и 2000 ℃) и вычисляем для них энтальпии продуктов сгорания.

Теоретический объем:

- трехатомных газов:

$$V_{R{O}_2}=\mathrm{0,0187}\left(C^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,375}{S}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)=\mathrm{0,0187}\times \left(\mathrm{49,3}+\mathrm{0,375}\times 3\right)=\mathrm{0,94}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- двухатомных газов

$$V_{N_2}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,79}{V}^o+\frac{\mathrm{0,8}{N}^{\mathrm{р}}}{100}=\mathrm{0,79}\times \mathrm{5,02}+\frac{\mathrm{0,8}\times 1}{100}=\mathrm{3,97}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- водяного пара

$$V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,0124}\left(9H^{\mathrm{р}}+W^{\mathrm{р}}\right)+\mathrm{0,0161}{V}^{\mathrm{о}}=$$

$$=\mathrm{0,0124}\times \left(9\times \mathrm{3,6}+\mathrm{13,0}\right)+\mathrm{0,0161}\times \mathrm{5,02}=\mathrm{0,64}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия продуктов сгорания при α_т = 1 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}=$$

$$=\mathrm{0,94}\times 3240+\mathrm{3,97}\times 2009+\mathrm{0,64}\times 2558=12658\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

где (cϑ)_CO2, (cϑ)_N2, (cϑ)_H2O – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпия воздуха при α_т = 1 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=\mathrm{5,02}\times 2076=10422\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

где (cϑ)_в – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпию продуктов сгорания при α_т = 1,3 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{г}}=I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=12658+\left(\mathrm{1,3}-1\right)\times 10422=15785\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

При ϑ_г = 2000 ℃

$$I_{\mathrm{г}}=I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)\times V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=$$

$$=\mathrm{0,94}\times 4843+\mathrm{3,97}\times 2964+\mathrm{0,64}\times 3926+\left(\mathrm{1,3}-1\right)\times \mathrm{5,02}\times 3064=23447\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим Iϑ – диаграмму

С помощью диаграммы по полезному тепловыделению в топке Q_т = I_т = 21723 кДж/кг находим теоретическую температуру горения

$${\vartheta }_{\mathrm{т}}=1830\mathrm{ }\mathrm{℃}$$

Ответ: ϑ_т = 1830 ℃.

Низшая теплота сгорания сухого природного газа:

$${\mathrm{Q}}_{\mathrm{н}}^{\mathrm{с}}=358\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4+638{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6+913{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8+1187{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}=$$

$$=358\times \mathrm{98,2}+638\times \mathrm{0,4}+913\times \mathrm{0,1}+1187\times \mathrm{0,1}=35621\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

$$V^{о}=\mathrm{0,0478}\left[2C{H}_4+\sum \left(m+\frac{n}{4}\right)C_m{H}_n-O_2\right]=$$

$$=\mathrm{0,0478}\left(2C{H}_4+\mathrm{3,5}{C}_2{H}_6+5C_3{H}_8+{\mathrm{6,5}C}_4{H}_{10}\right)=$$

$$=\mathrm{0,0478}\times \left(2\times \mathrm{98,2}+\mathrm{3,5}\times \mathrm{0,4}+5\times \mathrm{0,1}+\mathrm{6,5}\times \mathrm{0,1}\right)=\mathrm{9,51}\frac{{\mathrm{м}}^3}{{\mathrm{м}}^3}$$

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата

$$Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}={\alpha }_{\mathrm{т}}{V}^{\mathrm{о}}{c}_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}\left(t_{\mathrm{г}.\mathrm{в}}-t_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}\right)=\mathrm{1,15}\times \mathrm{9,51}\times \mathrm{1,33}\times 220=3200\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота:

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{с}}+Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}=35621+3200=38821\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

Энтальпия воздуха (таблица):

- при температуре холодного воздуха t_в = 30 ℃

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{х.в}=40\frac{кДж}{{\mathrm{м}}^3}$$

- при температуре горячего t_г.в = 250 ℃

$${\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{г.в}=334\frac{кДж}{{\mathrm{м}}^3}$$

Теплоту, вносимую в топку с воздухом

$$Q_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}=\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-\Delta {\alpha }_{\mathrm{т}}\right)V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{г}.\mathrm{в}}+\Delta {\alpha }_{\mathrm{т}}{V}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}=$$

$$=\left(\mathrm{1,15}-\mathrm{0,05}\right)\times \mathrm{9,51}\times 334+\mathrm{0,05}\times \mathrm{9,51}\times 40=3513\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

где (cϑ)_г.в и (cϑ)_х.в – энтальпии горячего и холодно воздуха (таблица).

Полезное тепловыделение в топке:

- при подаче к горелкам подогретого воздуха

$$Q_{\mathrm{т}1}=Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}\left(\frac{100-q_3}{100}\right)+Q_{\mathrm{в}}^{\mathrm{’}}-Q_{\mathrm{в}.\mathrm{в}\mathrm{н}}=$$

$$=38821\times \left(\frac{100-1}{100}\right)+3513-3200=38746\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

- без предварительного подогрева

$$Q_{т2}=Q_{р}^{с}\frac{100-q_3}{100}+\left({\alpha }_{т}+\mathrm{\Delta }{\alpha }_{т}\right)V^{о}{\left(\mathrm{c}\mathrm{\vartheta }\right)}_{х.в}=$$

$$=38821\times \frac{100-\mathrm{0,5}-0}{100-0}+\left(\mathrm{1,15}+\mathrm{0,05}\right)\times \mathrm{9,51}\times 40=36018\frac{кДж}{{\mathrm{м}}^3}$$

Зная полезное тепловыделение в топке, определяем теоретическую температуру горения с помощью Iϑ – диаграммы. Для этого задаем два значения температуры газов (1400 и 2000 ℃) и вычисляем для них энтальпии продуктов сгорания.

Теоретический объем трехатомных газов:

$${\mathrm{V}}_{\mathrm{R}{\mathrm{O}}_2}=\mathrm{0,01}\left(C{O}_2+\sum m{C}_m{H}_n\right)=$$

$$=\mathrm{0,01}\left(C{O}_2+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4+2{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6+3{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8+4{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\right)=$$

$$=\mathrm{0,01}\times \left(\mathrm{0,2}+\mathrm{98,2}+2\times \mathrm{0,4}+3\times \mathrm{0,1}+4\times \mathrm{0,1}\right)=\mathrm{1,0}\frac{{\mathrm{м}}^3}{{\mathrm{м}}^3}$$

Теоретический объем двухатомных газов:

$${\mathrm{V}}_{{\mathrm{N}}_2}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,79}{\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}+\frac{{\mathrm{N}}_2}{100}=\mathrm{0,79}\times \mathrm{9,51}+\frac{1}{100}=\mathrm{7,52}\frac{{\mathrm{м}}^3}{{\mathrm{м}}^3}$$

Теоретический объем водяных паров:

$${\mathrm{V}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,01}\left(\sum \frac{n}{2}{C}_m{H}_n\right)=$$

$$=\mathrm{0,01}\left(2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4+3{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6+4{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8+5{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\right)+\mathrm{0,0161}{\mathrm{V}}^{\mathrm{о}}=$$

$$=\mathrm{0,01}\times \left(2\times \mathrm{98,2}+3\times \mathrm{0,4}+4\times \mathrm{0,1}+5\times \mathrm{0,1}\right)+\mathrm{0,0161}\times \mathrm{9,51}=\mathrm{2,13}\frac{{\mathrm{м}}^3}{{\mathrm{м}}^3}$$

Энтальпия продуктов сгорания при α_т = 1 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}=$$

$$=\mathrm{1,0}\times 3240+\mathrm{7,52}\times 2009+\mathrm{2,13}\times 2558=23786\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

где (cϑ)_CO2, (cϑ)_N2, (cϑ)_H2O – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпия воздуха при α_т = 1 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=\mathrm{9,51}\times 2076=119743\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

где (cϑ)_в – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпию продуктов сгорания при α_т = 1,1 и ϑ_г = 1400 ℃

$$I_{\mathrm{г}}=I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=23786+\left(\mathrm{1,15}-1\right)\times 19743=26747\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

При ϑ_г = 2000 ℃:

$$I_{\mathrm{г}}=I_{\mathrm{г}}^{\mathrm{о}}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)I_{\mathrm{в}}^{\mathrm{о}}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}+\left({\alpha }_{\mathrm{т}}-1\right)\times V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=$$

$$=\mathrm{1,0}\times 4843+\mathrm{7,52}\times 2964+\mathrm{2,13}\times 3926+\left(\mathrm{1,15}-1\right)\times \mathrm{9,51}\times 3064=39864\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{{\mathrm{м}}^3}$$

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим Iϑ – диаграмму

С помощью диаграммы по полезному тепловыделению в топке Q_т1 = I_т1 = 38746 кДж/м³ и Q_т2 = I_т2 = 35721 кДж/м³ находим теоретические температуры горения

$${\vartheta }_{\mathrm{т}1}=1950\mathrm{ }\mathrm{℃}$$

$${\vartheta }_{\mathrm{т}2}=1820\mathrm{ }\mathrm{℃}$$

Теоретическая температура горения в топке котлоагрегата за счет подачи к горелкам подогретого воздуха изменится на:

$$\mathrm{\Delta }{\vartheta }_{т}={\vartheta }_{\mathrm{т}1}-{\vartheta }_{\mathrm{т}2}=1950-1820=130 \mathrm{℃}$$

Ответ: Δϑ_т = 130 ℃.

Физическая теплота топлива:

$$Q_{тл}=c_{т}^{р}{t}_{т}=\mathrm{2,1}\times 20=42\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота:

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}+Q_{тл}=22825+42=22867\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия:

- перегретого пара при t_п.п = 420 ℃ и p_п.п = 3,5 МПа (is – диаграмма)

$${\mathrm{i}}_{\mathrm{п}.\mathrm{п}}=3268\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- насыщенного пара при p_н.п = 4 МПа (таблица)

$${\mathrm{i}}_{\mathrm{н}.\mathrm{п}}=\mathrm{2800,6}\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- котловой воды по давлению p_п.п = 3,5 МПа (таблица)

$$i_{к.в}=\mathrm{1049,8}\frac{кДж}{кг}$$

- питательной воды при t_п.в = 150 ℃ (таблица)

$${\mathrm{i}}_{\mathrm{п}.\mathrm{в}}=628\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Натуральный расход топлива:

$$B=\frac{D\left[\left(i_{п.п}-i_{п.в}\right)+\frac{P}{100}\left(i_{к.в}-i_{п.в}\right)\right]}{Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}{\eta }_{к.а}^{бр}}100=$$

$$=\frac{21\times \left[\left(3268-628\right)+\frac{4}{100}\times \left(\mathrm{1049,8}-628\right)\right]}{22825\times 88}\times 100=\mathrm{2,77}\frac{кг}{с}$$

Расчетный расход топлива:

$$B_{р}=B\left(1-\frac{q_4}{100}\right)=\mathrm{2,77}\times \left(1-\frac{4}{100}\right)=\mathrm{2,66}\frac{кг}{с}$$

Количество теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе:

$$Q_{пе}=\frac{D}{B_{р}}\left(i_{п.п}-i_{н.п}\right)=\frac{21}{\mathrm{2,66}}\times \left(3268-\mathrm{2800,6}\right)=3693\frac{кДж}{кг}$$

Температурный напор в пароперегревателе:

$$\mathrm{\Delta }{t}_{пе}=\frac{\mathrm{\Delta }{t}_{б}+\mathrm{\Delta }{t}_{м}}{2}=\frac{\left(950-420\right)+\left(630-275\right)}{2}=\mathrm{442,5} \mathrm{℃}$$

Конвективная поверхность нагрева пароперегревателя:

$$H_{пе}=\frac{Q_{пе}{B}_{р}}{{к}_{пе}\mathrm{\Delta }{t}_{пе}}=\frac{3693\times \mathrm{2,66}}{\mathrm{0,051}\times \mathrm{442,5}}=435 {м}^2$$

Ответ: Q_пе = 3693 кДж/кг.

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

$$V^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,089}{C}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,226}{H}^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,033}\left(S_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}-O^{\mathrm{р}}\right)=$$

$$=\mathrm{0,089}\times \mathrm{84,65}+\mathrm{0,226}\times \mathrm{11,7}+\mathrm{0,033}\times \left(\mathrm{0,3}-\mathrm{0,3}\right)=\mathrm{10,62}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем:

- трехатомных газов:

$$V_{R{O}_2}=\mathrm{0,0187}\left(C^{\mathrm{р}}+\mathrm{0,375}{S}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)=\mathrm{0,0187}\times \left(\mathrm{84,65}+\mathrm{0,375}\times \mathrm{0,3}\right)=\mathrm{1,58}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- двухатомных газов (азота)

$$V_{N_2}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,79}{V}^o+\frac{\mathrm{0,8}{N}^{\mathrm{р}}}{100}=\mathrm{0,79}\times \mathrm{10,62}=\mathrm{8,39}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

- водяного пара

$$V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}=\mathrm{0,0124}\left(9H^{\mathrm{р}}+W^{\mathrm{р}}\right)+\mathrm{0,0161}{V}^{\mathrm{о}}=$$

$$=\mathrm{0,0124}\times \left(9\times \mathrm{11,7}+\mathrm{3,0}\right)+\mathrm{0,0161}\times \mathrm{10,962}=\mathrm{1,51}\frac{{\mathrm{м}}^3}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер при ϑ’_э = 330 ℃ (таблица):

$$I_{э}^{’}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}+\left({\alpha }_{\mathrm{э}}-1\right)\times V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=$$

$$=\mathrm{1,58}\times 623+\mathrm{8,39}\times 432+\mathrm{1,51}\times 512+\left(\mathrm{1,3}-1\right)\times \mathrm{10,62}\times 445=6800\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

где (cϑ)_CO2, (cϑ)_N2, (cϑ)_H2O, (cϑ)_в – энтальпии находим по таблице при 330 ℃

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из экономайзера при ϑ’’_э = 180 ℃ (таблица):

$$I_{э}^{’’}=V_{R{O}_2}{\left(c\vartheta \right)}_{C{O}_2}+V_{N_2}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{N_2}+V_{H_{2}O}^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{H_{2}O}+\left({\alpha }_{\mathrm{э}}-1\right)\times V^{\mathrm{о}}{\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{в}}=$$

$$=\mathrm{1,58}\times 320+\mathrm{8,39}\times 234+\mathrm{1,51}\times 274+\left(\mathrm{1,3}-1\right)\times \mathrm{10,62}\times 239=3644\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

где (cϑ)_CO2, (cϑ)_N2, (cϑ)_H2O, (cϑ)_в – энтальпии находим по таблице при 180 ℃

Коэффициент сохранения теплоты:

$$\mathrm{\phi }=1-\frac{{\mathrm{q}}_5}{100}=1-\frac{1}{100}=\mathrm{0,99}$$

Количество теплоты, воспринятой водой в экономайзере:

$$Q_{э}=\mathrm{\phi }\left[I_{э}^{’}-I_{э}^{’’}+{\mathrm{\Delta }{\alpha }_{э}{V}^{о}\left(c\vartheta \right)}_{\mathrm{х}.\mathrm{в}}\right]=$$

$$=\mathrm{0,99}\times \left[6800-3644+\mathrm{0,1}\times \mathrm{10,62}\times 40\right]=3166\frac{кДж}{кг}$$

где (cϑ)_х.в – энтальпии находим по таблице при 30 ℃.

Ответ: Q_э = 3166 кДж/кг.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

$${\mathrm{Q}}_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}=338{\mathrm{C}}^{\mathrm{р}}+1025{\mathrm{H}}^{\mathrm{р}}-\mathrm{108,5}\left({\mathrm{O}}^{\mathrm{р}}-{\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)-25{\mathrm{W}}^{\mathrm{р}}=$$

$$=338\times \mathrm{28,7}+1025\times \mathrm{2,2}-\mathrm{108,5}\times \left(\mathrm{8,6}-\mathrm{2,7}\right)-25\times \mathrm{32,0}=10516\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определяем по формуле

$$V^{о}=\mathrm{0,089}{C}^{р}+\mathrm{0,266}{H}^{р}+\mathrm{0,033}\left({\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}-{\mathrm{O}}^{\mathrm{р}}\right)=$$

$$=\mathrm{0,089}\times \mathrm{28,7}+\mathrm{0,266}\times \mathrm{2,2}+\mathrm{0,033}\left(\mathrm{2,7}-\mathrm{8,6}\right)=\mathrm{2,94}\frac{{м}^3}{кг}$$

Объем сухих газов при α_т = 1,4:

$$V_{с.г}=V_{R{O}_2}+V_{N_2}^{о}+\left({\alpha }_{т}-1\right)V^{о}=$$

$$=\mathrm{0,0187}\times \left(C^{р}+\mathrm{0,375}{\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)+\mathrm{0,79}{V}^{о}+\frac{\mathrm{0,8}{N}^{р}}{100}+\left({\alpha }_{т}-1\right)V^{о}=$$

$$=\mathrm{0,0187}\times \left(\mathrm{28,7}+\mathrm{0,375}\times \mathrm{2,7}\right)+\mathrm{0,79}\times \mathrm{2,94}+\frac{\mathrm{0,8}\times \mathrm{0,6}}{100}+\left(\mathrm{1,4}-1\right)\times \mathrm{2,94}=\mathrm{4,06}\frac{{м}^3}{кг}$$

Объем водяных паров при α_т = 1,4:

$$V_{H_{2}O}=\mathrm{0,0124}\left(9H^{р}+W^{р}\right)+\mathrm{0,0161}{\alpha }_{т}{V}^{о}=$$

$$=\mathrm{0,0124}\times \left(9\times \mathrm{2,2}+\mathrm{32,0}\right)+\mathrm{0,0161}\times \mathrm{1,4}\times \mathrm{2,94}=\mathrm{0,7}\frac{{м}^3}{кг}$$

Объем продуктов полного сгорания:

$$V_{г}=V_{с.г}+V_{H_{2}O}=\mathrm{4,06}+\mathrm{0,7}=\mathrm{4,76}\frac{{м}^3}{кг}$$

Концентрация золы в продуктах сгорания:

$${\mu }_{зл}=\frac{A^{р}{a}_{ун}}{100V_{г}}\times \frac{273}{{\vartheta }^{’}+273}=\frac{\mathrm{25,2}\times \mathrm{0,85}}{100\times \mathrm{4,76}}\times \frac{273}{427+273}=\mathrm{0,0175}\frac{кг}{{м}^3}$$

Приведенная зольность топлива

$$A_{пр}=4190\frac{A^{р}}{Q_{н}^{р}}=4190\times \frac{\mathrm{25,2}}{10516}=10 кг\times \%\times \frac{{10}^{-3}}{кДж}$$

Приведенная сернистость топлива

$$S_{пр}=4190\frac{S_{л}^{р}}{Q_{н}^{р}}=4190\times \frac{\mathrm{2,7}}{10516}=\mathrm{1,07} кг\times \%\times \frac{{10}^{-3}}{кДж}$$

Максимально допустимый золовый износ стенки трубы

$$h_{max}=am\eta {\beta }_{к}{\mu }_{зл}{\left({\beta }_{w}W\right)}^3\tau =$$

$$=14\times {10}^{-9}\times 1\times \mathrm{0,334}\times \mathrm{1,2}\times \mathrm{0,0175}\times {\left(\mathrm{1,25}\times 9\right)}^3\times 8160=\mathrm{1,13}\times {10}^{-3} м$$

где m = 1 – для углеродистой трубки.

Температура точки росы продуктов сгорание

$$t_{р}=\frac{125\sqrt[3]{S_{пр}}}{{\mathrm{1,05}}^{a_{ун}{A}_{пр}}}+t_{к}=\frac{125\times \sqrt[3]{\mathrm{1,07}}}{{\mathrm{1,05}}^{\mathrm{0,85}\times 10}}+50=134 \mathrm{℃}$$

Ответ: h_max = 1,13 × 10^-3 м; t_р = 134 ℃.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива

$$Q_{н}^{с}=358C{H}_4+638C_2{H}_6+913C_3{H}_8+1187C_4{H}_{10}=$$

$$=358\times \mathrm{98,9}+638\times \mathrm{0,3}+913\times \mathrm{0,1}+1187\times \mathrm{0,1}=35807\frac{кДж}{{м}^3}$$

Энтальпия:

- питательной воды при температуре t_п.в = 130 ℃ (таблица)

$$i_{п.в}=544\frac{кДж}{кг}$$

- котловой воды по давлению p_п.п = 1,4 МПа (таблица)

$$i_{к.в}=830\frac{кДж}{кг}$$

- перегретого пара при температуре t_н.п = 275 ℃ и давлении p_п.п = 1,4 МПа (is - диаграмма)

$$i_{п.п}=2980\frac{кДж}{кг}$$

Расчетный расход топлива

$$B_{р}=B=\frac{D\left[\left(i_{п.п}-i_{п.в}\right)+\frac{P}{100}\left(i_{к.в}-i_{п.в}\right)\right]}{Q_{р}^{р}{\eta }_{к.а}^{бр}}\times 100=$$

$$=\frac{\mathrm{5,9}\times \left[\left(2980-544\right)+\frac{3}{100}\times \left(830-544\right)\right]}{35807\times 88}\times 100=\mathrm{0,316}\frac{\mathrm{к}\mathrm{г}}{\mathrm{с}}$$

Теоретически необходимый объем воздуха

$$V^{о}=\mathrm{0,0478}\left[\mathrm{0,5}\left(CO+H_2\right)+\mathrm{1,5}{H}_{2}S+2C{H}_4+\sum \left(m+\frac{n}{4}\right)C_m{H}_n-O_2\right]=$$

$$=\mathrm{0,0478}\times \left(2\times \mathrm{98,9}+\mathrm{3,5}\times \mathrm{0,3}+5\times \mathrm{0,1}+\mathrm{6,5}\times \mathrm{0,1}\right)=\mathrm{9,56}\frac{{м}^3}{{м}^3}$$

Расчетная подача вентилятора

$$Q_{в}={\beta }_1{B}_{р}{V}^{о}\left({\alpha }_{т}-\mathrm{\Delta }{\alpha }_{т}+\mathrm{\Delta }{\alpha }_{вп}^{’}\right)\frac{t_{х.в}+273}{273}\times \frac{\mathrm{1,01}\times {10}^5}{h_{б}}=$$

$$=\mathrm{1,1}\times \mathrm{0,316}\times \mathrm{9,56}\times \left(\mathrm{1,1}-\mathrm{0,05}+\mathrm{0,04}\right)\times \frac{20+273}{273}\times \frac{\mathrm{1,01}\times {10}^5}{98\times {10}^3}=\mathrm{4,1}\frac{{м}^3}{с}$$

Мощность электродвигателя для привода вентилятора

$$N_{э}^{в}=\left(\frac{{\beta }_2{Q}_{в}{H}_{в}}{{\eta }_{э}^{в}}\right)100=\left(\frac{\mathrm{1,1}\times \mathrm{4,1}\times \mathrm{2,1}}{61}\right)\times 100=\mathrm{15,5} кВт$$

Ответ: N^в_э = 15,5 кВт.

Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива

$$Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}=338{\mathrm{C}}^{\mathrm{р}}+1025{\mathrm{H}}^{\mathrm{р}}-\mathrm{108,5}\left({\mathrm{O}}^{\mathrm{р}}-{\mathrm{S}}_{\mathrm{л}}^{\mathrm{р}}\right)-25{\mathrm{W}}^{\mathrm{р}}=$$

$$=338\times \mathrm{37,3}+1025\times \mathrm{2,8}-\mathrm{108,5}\times \left(\mathrm{10,5}-\mathrm{1,0}\right)-25\times \mathrm{18,0}=13542\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Теплоемкость рабочей массы топлива:

$$c_{т}^{р}=c_{т}^{с}\frac{100-W^{р}}{100}+c_{H_{2}O}\frac{W^{р}}{100}=$$

$$=\mathrm{1,088}\times \frac{100-18}{100}+\mathrm{4,19}\times \frac{18}{100}=\mathrm{1,65}\frac{кДж}{кг\times К}$$

Физическая теплота топлива:

$$Q_{тл}=c_{т}^{р}{t}_{т}=\mathrm{1,65}\times 20=33\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Располагаемая теплота при сжигании мазута:

$$Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}=Q_{\mathrm{н}}^{\mathrm{р}}+Q_{тл}=13542+33=13575\frac{\mathrm{к}\mathrm{Д}\mathrm{ж}}{\mathrm{к}\mathrm{г}}$$

Энтальпия:

- питательной воды при температуре t_п.в = 100 ℃ (таблица)

$$i_{п.в}=419\frac{кДж}{кг}$$

- котловой воды по давлению p_п.п = 1,4 МПа (таблица)

$$i_{к.в}=830\frac{кДж}{кг}$$

- перегретого пара при температуре t_н.п = 275 ℃ и давлении p_п.п = 1,4 МПа (is - диаграмма)

$$i_{п.п}=2980\frac{кДж}{кг}$$

Натуральный расход топлива:

$$B=\frac{D\left[\left(i_{п.п}-i_{п.в}\right)+\frac{P}{100}\left(i_{к.в}-i_{п.в}\right)\right]}{Q_{\mathrm{р}}^{\mathrm{р}}{\eta }_{к.а}^{бр}}100=$$