ЗакладкиКорзинаЗаказы

Оглавление раздела

  1. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата
  2. Характеристики топочных устройств
  3. Расчет теплообмена в топочных устройствах
  4. Расчет конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата
  5. Золовый износ и низкотемпературная коррозия
  6. Дутьевые и тяговые устройства
  7. Расчет дымовой трубы на рассеивание в атмосфере загрязняющих веществ
  8. Теплообменные аппараты
  9. Питательные устройства
  10. Определение величины продувки и расчет расширителя (сепаратора) непрерывной продувки

Примеры решений задач

Данные примеры задач, относятся к предмету «Теплотехника».

Задача 2-2-1-1

Условие:

В топке котельного агрегата паропроизводительностью D = 13,4 кг/с сжигается подмосковный уголь марки Б2 состава: Ср = 28,7 %; Hр = 2,2 %; Sрл = 2,7 %; Nр = 0,6 %; Oр = 8,6 %; Aр = 25,2 %; Wp = 32,0 %. Составить тепловой баланс котельного агрегата, если известны температура топлива при входе в топку tт = 20 ℃, натуральный расход топлива B = 4 кг/с, давление перегретого пара pп.п = 4 МПа, температура перегретого пара tп.п = 450 ℃, температура питательной воды tп.в = 150 ℃, величина непрерывной продувки Р = 4 %; теоретический объем воздуха, необходимы для сгорания 1 кг топлива Vо = 2,94 м3/кг, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода Vух = 4,86 м3/кг, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода ϑух = 160 ℃, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении c’p.ух = 1,415 кДж/(м3 × К), коэффициент избытка воздуха за последним газоходом αух = 1,48, температура воздуха в котельной tв = 30 ℃, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении c’p.в = 1,297 кДж/(м3 × К), содержание в уходящих газах оксида углерода CO = 0,2 % и трехатомных газов RO2 = 16,6 % и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 4 %. Потерями теплоты с физической теплотой шлака пренебречь.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

Qнр=338Cр+1025Hр-108,5Oр-Sлр-25Wр=

=338×28,7+1025×2,2-108,5×8,6-2,7-25×32=10516кДжкг

Теплоемкость рабочей массы топлива:

cтр=cтс100-Wр100+cH2OсWр100=1,088×100-32100+4,19×32100=2,08кДжкг×K

Физическая теплота топлива:

Qтл=cтрtт=2,08×20=41,6кДжкг

Располагаемая теплота:

Qрр=Qнр+Qтл=10516+41,6=10557,6кДжкг

Энтальпия:

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

iп.в=632кДжкг

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

iк.в=1087,5кДжкг

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

iп.п=3330кДжкг

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате

Q1=DBiп.п-iп.в+P100iк.в-iп.в=

=13,44×3330-632+4100×1087,5-632=9099кДжкг

Потери теплоты с уходящими газами:

Q2=Vухcp.ухϑух-αухVоcp.вtв100-q4100=

=4,86×1,415×160-1,48×2,94×1,297×30×100-4100=891кДжкг

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива:

Q3=237Cр+0,375SлрCORO2+CO=

=237×28,7+0,375×2,7×0,216,6+0,2=83кДжкг

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива:

Q4=q4Qрр100=4×10557,6100=422,3кДжкг

Потери теплоты в окружающую среду:

Q5=Qрр-Q1+Q2+Q3+Q4=

=10557,6-9099+891+83+422,3=62,3кДжкг

Составляющие теплового баланса:

q1=Q1Qрр100=909910557,6×100=86,2 %

q2=Q2Qрр100=89110557,6×100=86,2 %

q3=Q3Qрр100=8310557,6×100=0,8 %

q5=Q5Qрр100=6310557,6×100=0,6 %

Тепловой баланс котельного агрегата:

Qрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=

=9099+891+83+422,3+62,3=10557,6кДжкг

или в процентах

q1+q2+q3+q4+q5=86,2+8,4+4+0,6=100 %

Ответ: Qрр = 10558 кДж/кг.

Задача 2-2-1-2

Условие:

В топке котла сжигается малосернистый мазут состава: Ср = 84,65 %; Hр = 11,7 %; Sрл = 0,3 %; Oр = 0,3 %; Aр = 0,05 %; Wp = 3,0 %. Определить потери теплоты в кДж/кг и процентах с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом αух = 1,35, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода ϑух = 160 ℃, температура воздуха в котельной tв = 30 ℃, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении c’p.в = 1,297 кДж/(м3 × К) и температура подогрева мазута tт = 90 ℃.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

Qнр=338Cр+1025Hр-108,5Oр-Sлр-25Wр=

=338×84,65+1025×11,7-108,5×0,3-0,3-25×3,0=40529кДжкг

Теплоемкость мазута:

cтр=1,74+0,0025tт=1,74+0,0025×90=1,97кДжкг×K 

Физическая теплота топлива:

Qтл=cтрtт=1,97×90=177кДжкг

Располагаемая теплота:

Qрр=Qнр+Qтл=40529+177=40706кДжкг

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

Vо=0,089Cр+0,226Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×84,65+0,226×11,47+0,033×0,3-0,3=10,62м3кг

Теоретический объем трехатомных газов:

VRO2=0,0187Cр+0,375Sлр=0,0187×84,65+0,375×0,3=1,58м3кг

Теоретический объем двухатомных газов (азота):

VN2о=0,79Vо+0,8Nр100=0,79×10,62=8,39м3кг

Теоретический объем водяных паров:

VH2Oо=0,01249Hр+Wр+0,0161Vо=

=0,0124×9×11,7+3+0,0161×10,62=1,51м3кг

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

cϑCO2=280кДжм3

cϑN2=208кДжм3

cϑH2O=242кДжм3

cϑв=212кДжм3

Энтальпия продуктов сгорания при температуре газов при ϑух = 160 ℃ и αт = 1:

Iго=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O=

=1,58×280+8,36×208+1,51×242=2553кДжкг

Энтальпия воздуха при температуре газов ϑух = 1000 ℃ и αт = 1:

Iво=Vоcϑв=10,62×212=2251кДжм3

Энтальпия продуктов сгорания при ϑг = 160 ℃ и αт = 1:

Iух=Iго+αух-1Iво=2553+1,35-1×2251=3341кДжкг

Энтальпия холодного воздуха

Iх.во=Vоcp.вtв=10,62×1,297×30=413кДжм3

Потери теплоты с уходящими газами:

Q2=Iух-αухIх.во100-q4100=

=3341-1,35×413×100-0100=2783кДжкг

или в процентах

q2=Q2Qрр100=2783 40706×100=6,8 %

Ответ: Q2 = 2783 кДж/кг; q2 = 6,8 %.

Задача 2-2-2-1

Условие:

Определить площадь колосниковой решетки, объем топочного пространства и к. п. д. топки котельного агрегата паропроизводительностью D = 5,45 кг/с, если известны давление перегретого пара рп.п = 1,4 МПа, температура перегретого пара tп.п = 280 ℃, температура питательной воды tп.в = 100 ℃, к. п. д. котлоагрегата (брутто) ηбрк.а = 86 %, величина непрерывной продувки Р = 3 % и тепловое напряжение площади колосниковой решетки Q/R = 1015 кВт/м2, тепловое напряжение топочного объема Q/Vт = 350 кВт/м3, потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 = 0,5 % и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 5,5 %. Котельный агрегат работает на кузнецком угле марки Т с низшей теплотой сгорания горючей массы Qгн = 34345 кДж/кг, содержание в топливе золы Aр = 16,8 % и влаги Wp = 6,5 %.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

Qнр=Qрр=Qрг100-Aр+Wр100-25Wр=

=34345×100-16,8+6,5100-25×6,5=26180кДжкг

Энтальпия:

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

iп.в=419кДжкг

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

iк.в=830кДжкг

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

iп.п=3000кДжкг

Натуральный расход топлива

B=Diп.п-iп.в+P100iк.в-iп.вQррηк.абр×100=

=5,45×3000-419+3100×830-41926180×86×100=0,62кгс

Площадь колосниковой решетки:

R=BQнрQR=0,62×261801015=16 м2

Объем топочного пространства

Vт=BQнрQVт=0,62×26180350=46,4 м3

К. п. д. топки:

ηт=100-q3-q4=100-0,5-5,5=94 %

Ответ: R = 16 м2; Vт = 80,2 м3; ηт = 94 %.

Задача 2-2-3-1

Условие:

25000 20000 15000 10000 5000 α т = 1,3 0 400 800 1200 1600 2000 23447 21723 15785 1830 I, кДж/кг ϑ ,

Определить теоретическую температуру горения топлива в топке котельного агрегата, работающего на донецком угле марки Д состава: Ср = 49,3 %; Нр = 3,6 %; Sрл = 3,0 %; Np = 1,0 %; Ор = 8,3 %; Aр = 21,8 %; Wp = 13,0 %, если известны температура воздуха в котельной tв = 30 ℃, температура горячего воздуха tг.в = 295 ℃, коэффициент избытка воздуха в топке αт = 1,3, присос воздуха в топочной камере ∆αт = 0,05, потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 = 0,5 %, потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 3 % и потери теплоты с физической теплотой шлака q6 = 0,5%.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

Qнр=338Cр+1025Hр-108,5Oр-Sлр-25Wр=

=338×49,3+1025×3,6-108,5×8,3-3,0-25×13,0=19453кДжкг

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

Vо=0,089Cр+0,226Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×49,3+0,226×3,6+0,033×3,0-8,3=5,02м3кг

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата

Qв.вн=αтVоcвtг.в-tх.в=1,3×5,02×1,33×295-30=2300кДжкг

Располагаемая теплота

Qрр=Qнр+Qв.вн=19453+2300=21753кДжкг

Теплоту, вносимую в топку с воздухом

Qв=αт-ΔαтVоcϑг.в+ΔαтVоcϑх.в=

=1,3-0,05×5,02×396+0,05×5,02×40=2495кДжкг

где (cϑ)г.в и (cϑ)х.в – энтальпии горячего и холодно воздуха (таблица).

Полезное тепловыделение в топке:

Qт=Qрр100-q3-q4-q6100-q4+Qв-Qв.вн=

=21753×100-0,5-3-0,5100-3+2495-2300=21723кДжкг

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:

VRO2=0,0187Cр+0,375Sлр=0,0187×49,3+0,375×3=0,94м3кг

- двухатомных газов

VN2о=0,79Vo+0,8Nр100=0,79×5,02+0,8×1100=3,97м3кг

- водяного пара

VH2Oо=0,01249Hр+Wр+0,0161Vо=

=0,0124×9×3,6+13,0+0,0161×5,02=0,64м3кг

Энтальпия продуктов сгорания при αт = 1 и ϑг = 1400 ℃

Iго=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O=

=0,94×3240+3,97×2009+0,64×2558=12658кДжкг

где (cϑ)CO2, (cϑ)N2, (cϑ)H2O – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпия воздуха при αт = 1 и ϑг = 1400 ℃

Iво=Vоcϑв=5,02×2076=10422кДжкг

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

Энтальпию продуктов сгорания при αт = 1,3 и ϑг = 1400 ℃

Iг=Iго+αт-1Iво=12658+1,3-1×10422=15785кДжкг

При ϑг = 2000 ℃

Iг=Iго+αт-1Iво=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O+αт-1×Vоcϑв=

=0,94×4843+3,97×2964+0,64×3926+1,3-1×5,02×3064=23447кДжкг

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим Iϑ – диаграмму

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

ϑт=1830 

Ответ: ϑт = 1830 ℃.

Задача 2-2-3-2

Условие:

25000 30000 35000 40000 20000 15000 10000 5000 α т = 1,15 0 400 800 1200 1600 2000 26747 1950 I, кДж/м3 39864 38746 35721 1820 ϑ ,

Определить, на сколько изменится теоретическая температура горения в топке котельного агрегата за счет подачи к горелкам предварительно подогретого воздуха, если известны температура воздуха в котельной tв = 30 ℃, температура горячего воздуха tг.в = 250 ℃, коэффициент избытка воздуха в топке αт = 1,15, присос воздуха в топочной камере ∆αт = 0,05 и потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 = 0,5 %. Котельный агрегат работает на природном газе Ставропольского месторождения состава: CO2 = 0,2 %; CH4 = 98,2 %; C2H6 = 0,4 %; C3H8 = 0,1 %; C4H10 = 0,1 %; N2 = 1,0 %.

Решение:

Низшая теплота сгорания сухого природного газа:

Qнс=358CH4+638C2H6+913C3H8+1187C4H10=

=358×98,2+638×0,4+913×0,1+1187×0,1=35621кДжм3

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

Vо=0,04782CH4+m+n4CmHn-O2=

=0,04782CH4+3,5C2H6+5C3H8+6,5C4H10=

=0,0478×2×98,2+3,5×0,4+5×0,1+6,5×0,1=9,51м3м3

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата

Qв.вн=αтVоcвtг.в-tх.в=1,15×9,51×1,33×220=3200кДжкг

Располагаемая теплота:

Qрр=Qнс+Qв.вн=35621+3200=38821кДжм3

Энтальпия воздуха (таблица):

- при температуре холодного воздуха tв = 30 ℃

cϑх.в=40кДжм3

- при температуре горячего tг.в = 250 ℃

cϑг.в=334кДжм3

Теплоту, вносимую в топку с воздухом

Qв=αт-ΔαтVоcϑг.в+ΔαтVоcϑх.в=

=1,15-0,05×9,51×334+0,05×9,51×40=3513кДжм3

где (cϑ)г.в и (cϑ)х.в – энтальпии горячего и холодно воздуха (таблица).

Полезное тепловыделение в топке:

- при подаче к горелкам подогретого воздуха

Qт1=Qрр100-q3100+Qв-Qв.вн=

=38821×100-1100+3513-3200=38746кДжм3

- без предварительного подогрева

Qт2=Qрс100-q3100+αт+ΔαтVоcϑх.в=

=38821×100-0,5-0100-0+1,15+0,05×9,51×40=36018кДжм3

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:

VRO2=0,01CO2+mCmHn=

=0,01CO2+CH4+2C2H6+3C3H8+4C4H10=

=0,01×0,2+98,2+2×0,4+3×0,1+4×0,1=1,0м3м3

Теоретический объем двухатомных газов:

VN2о=0,79Vо+N2100=0,79×9,51+1100=7,52м3м3

Теоретический объем водяных паров:

VH2Oо=0,01n2CmHn=

=0,012CH4+3C2H6+4C3H8+5C4H10+0,0161Vо=

=0,01×2×98,2+3×0,4+4×0,1+5×0,1+0,0161×9,51=2,13м3м3

Энтальпия продуктов сгорания при αт = 1 и ϑг = 1400 ℃

Iго=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O=

=1,0×3240+7,52×2009+2,13×2558=23786кДжм3

где (cϑ)CO2, (cϑ)N2, (cϑ)H2O – энтальпии находим по таблице при 1400 ℃

Энтальпия воздуха при αт = 1 и ϑг = 1400 ℃

Iво=Vоcϑв=9,51×2076=119743кДжм3

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

Энтальпию продуктов сгорания при αт = 1,1 и ϑг = 1400 ℃

Iг=Iго+αт-1Iво=23786+1,15-1×19743=26747кДжм3

При ϑг = 2000 ℃:

Iг=Iго+αт-1Iво=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O+αт-1×Vоcϑв=

=1,0×4843+7,52×2964+2,13×3926+1,15-1×9,51×3064=39864кДжм3

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим Iϑ – диаграмму

С помощью диаграммы по полезному тепловыделению в топке Qт1 = Iт1 = 38746 кДж/м3 и Qт2 = Iт2 = 35721 кДж/м3 находим теоретические температуры горения

ϑт1=1950 

ϑт2=1820 

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

Δϑт=ϑт1-ϑт2=1950-1820=130 

Ответ: Δϑт = 130 ℃.

Задача 2-2-4-1

Условие:

Определить количество теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе котельного агрегат паропроизводительностью D = 21 кг/с, работающего на донецком угле марки Т с низшей теплотой сгорания Qрн = 22825 кДж/кг, если известны температура топлива при входе в топку tт = 20 ℃, теплоемкость рабочей массы топлива cрт = 2,1 кДж/(кг · К), давление насыщенного пара pн.п = 4 МПа, давление перегретого пара pп.п = 3,5 МПа, температура перегретого пара tп.п = 420 ℃, температура питательной воды tп.в = 150 ℃, величина непрерывной продувки P = 4 %, к. п. д. котлоагрегата (брутто) ηбрк.а = 88 %, коэффициент теплопередачи в пароперегревателе кпе = 0,051 кВт/(м2 · К), температура газов на входе в пароперегреватель ϑ’пе = 950 ℃, температура газов на выходе из пароперегревателя ϑ’’пе = 630 ℃, температура пара на входе в пароперегреватель tн.п = 275 ℃ и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 4,0 %.

Решение:

Физическая теплота топлива:

Qтл=cтрtт=2,1×20=42кДжкг

Располагаемая теплота:

Qрр=Qнр+Qтл=22825+42=22867кДжкг

Энтальпия:

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

iп.п=3268кДжкг

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

iн.п=2800,6кДжкг

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

iк.в=1049,8кДжкг

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

iп.в=628кДжкг

Натуральный расход топлива:

B=Diп.п-iп.в+P100iк.в-iп.вQррηк.абр100=

=21×3268-628+4100×1049,8-62822825×88×100=2,77кгс

Расчетный расход топлива:

Bр=B1-q4100=2,77×1-4100=2,66кгс

Количество теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе:

Qпе=DBрiп.п-iн.п=212,66×3268-2800,6=3693кДжкг

Температурный напор в пароперегревателе:

Δtпе=Δtб+Δtм2=950-420+630-2752=442,5 

Конвективная поверхность нагрева пароперегревателя:

Hпе=QпеBркпеΔtпе=3693×2,660,051×442,5=435 м2

Ответ: Qпе = 3693 кДж/кг.

Задача 2-2-4-2

Условие:

Определить количество теплоты, воспринятой водой в экономайзере котельного агрегата, работающего на малосернистом мазуте состава: Ср = 84,65 %; Нр = 11,7 %; Sрл = 0,3 %; Ор = 0,3 %; Aр = 0,05 %; Wp = 3,0 %, если известны температура газов на входе в экономайзер ϑ’э = 330 ℃, температура газов на выходе из экономайзера ϑ’’э = 180 ℃, коэффициент избытка воздуха за экономайзером αэ = 1,3, присос воздуха в газоходе Δαэ = 0,1, температура воздуха в котельной tв = 30 ℃ и потери теплоты в окружающую среду q5 = 1 %.

Решение:

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива:

Vо=0,089Cр+0,226Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×84,65+0,226×11,7+0,033×0,3-0,3=10,62м3кг

Теоретический объем:

- трехатомных газов:

VRO2=0,0187Cр+0,375Sлр=0,0187×84,65+0,375×0,3=1,58м3кг

- двухатомных газов (азота)

VN2о=0,79Vo+0,8Nр100=0,79×10,62=8,39м3кг

- водяного пара

VH2Oо=0,01249Hр+Wр+0,0161Vо=

=0,0124×9×11,7+3,0+0,0161×10,962=1,51м3кг

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

Iэ=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O+αэ-1×Vоcϑв=

=1,58×623+8,39×432+1,51×512+1,3-1×10,62×445=6800кДжкг

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):

Iэ=VRO2cϑCO2+VN2оcϑN2+VH2OоcϑH2O+αэ-1×Vоcϑв=

=1,58×320+8,39×234+1,51×274+1,3-1×10,62×239=3644кДжкг

где (cϑ)CO2, (cϑ)N2, (cϑ)H2O, (cϑ)в – энтальпии находим по таблице при 180 ℃

Коэффициент сохранения теплоты:

φ=1-q5100=1-1100=0,99

Количество теплоты, воспринятой водой в экономайзере:

Qэ=φIэ-Iэ+ΔαэVоcϑх.в=

=0,99×6800-3644+0,1×10,62×40=3166кДжкг

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

Ответ: Qэ = 3166 кДж/кг.

Задача 2-2-5-1

Условие:

Определить максимально допустимый золовый износ стенки углеродистой трубы воздухоподогревателя котельного агрегата и температуру точки росы продуктов сгорания, если известны коэффициент, учитывающий абразивные свойства золы, а = 14 · 10-9 м · с3/(кг · ч), коэффициент, учитывающий вероятность ударов частиц золы о поверхность трубы, η = 0,334, коэффициент неравномерности концентрации золы βк = 1,2, коэффициент неравномерности скорости газов βw = 1,25, средняя скорость газа в узких промежутках между трубами w = 9 м/с, длительность работы поверхности нагрева τ = 8160 ч, доля золы топлива, уносимая продуктами сгорания из топки, аун = 0,85, температура газов на входе в пучок ϑ’ = 427 ℃, коэффициент избытка воздуха в топке αт = 1,4 и температура конденсации водяных паров tк = 50 ℃. Котельный агрегат работает на подмосковном угле марки Б2 состава: Ср = 28,7 %; Нр = 2,2 %; Sрл = 2,7 %; Np = 0,6 %; Ор = 8,6 %; Ар = 25,2 %; Wp = 32,0 %.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

Qнр=338Cр+1025Hр-108,5Oр-Sлр-25Wр=

=338×28,7+1025×2,2-108,5×8,6-2,7-25×32,0=10516кДжкг

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

Vо=0,089Cр+0,266Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×28,7+0,266×2,2+0,0332,7-8,6=2,94м3кг

Объем сухих газов при αт = 1,4:

Vс.г=VRO2+VN2о+αт-1Vо=

=0,0187×Cр+0,375Sлр+0,79Vо+0,8Nр100+αт-1Vо=

=0,0187×28,7+0,375×2,7+0,79×2,94+0,8×0,6100+1,4-1×2,94=4,06м3кг

Объем водяных паров при αт = 1,4:

VH2O=0,01249Hр+Wр+0,0161αтVо=

=0,0124×9×2,2+32,0+0,0161×1,4×2,94=0,7м3кг

Объем продуктов полного сгорания:

Vг=Vс.г+VH2O=4,06+0,7=4,76м3кг

Концентрация золы в продуктах сгорания:

μзл=Aрaун100Vг×273ϑ+273=25,2×0,85100×4,76×273427+273=0,0175кгм3

Приведенная зольность топлива

Aпр=4190AрQнр=4190×25,210516=10 кг×%×10-3кДж

Приведенная сернистость топлива

Sпр=4190SлрQнр=4190×2,710516=1,07 кг×%×10-3кДж

Максимально допустимый золовый износ стенки трубы

hmax=amηβкμзлβwW3τ=

=14×10-9×1×0,334×1,2×0,0175×1,25×93×8160=1,13×10-3 м

где m = 1 – для углеродистой трубки.

Температура точки росы продуктов сгорание

tр=125Sпр31,05aунAпр+tк=125×1,0731,050,85×10+50=134 

Ответ: hmax = 1,13 × 10-3 м; tр = 134 ℃.

Задача 2-2-6-1

Условие:

Определить мощность электродвигателя для привода вентилятора котельного агрегата паропроизводительностью D = 4,16 кг/с, работающего на природном газе Дашавского месторождения состава: СО2 = 0,2 %; СН4 = 98,9 %; С2Н6 = 0,3%; С3Н8 = 0,1 %; C4H10 = 0,l %; N2 = 0,4 %, если давление перегретого пара рп.п = 1,4 МПа, температура перегретого пара tп.п = 275 ℃, температура питательной воды tп.в = 130 ℃, величина непрерывной продувки Р = 3 %, к. п. д. котлоагрегата (брутто) ηбрк.а = 90 %, коэффициент запаса подачи β1 = 1,1, коэффициент избытка воздуха в топке αт = 1,1, присос воздуха в топочной камере ∆αт = 0,05, утечка воздуха в воздухоподогревателе ∆α’вп = 0,04, температура холодного воздуха, поступающего в вентилятор, tх.в = 20 ℃, расчетный полный напор вентилятора Нв = 2,1 кПа, коэффициент запаса мощности электродвигателя β2 = 1,1, эксплуатационный к. п. д. вентилятора ηвэ = 61 % и барометрическое давление воздуха hб = 98 · 103 Па.

Решение:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива

Qнс=358CH4+638C2H6+913C3H8+1187C4H10=

=358×98,9+638×0,3+913×0,1+1187×0,1=35807кДжм3

Энтальпия:

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

iп.в=544кДжкг

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

iк.в=830кДжкг

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

iп.п=2980кДжкг

Расчетный расход топлива

Bр=B=Diп.п-iп.в+P100iк.в-iп.вQррηк.абр×100=

=5,9×2980-544+3100×830-54435807×88×100=0,316кгс

Теоретически необходимый объем воздуха

Vо=0,04780,5CO+H2+1,5H2S+2CH4+m+n4CmHn-O2=

=0,0478×2×98,9+3,5×0,3+5×0,1+6,5×0,1=9,56м3м3

Расчетная подача вентилятора

Qв=β1BрVоαт-Δαт+Δαвпtх.в+273273×1,01×105hб=

=1,1×0,316×9,56×1,1-0,05+0,04×20+273273×1,01×10598×103=4,1м3с

Мощность электродвигателя для привода вентилятора

Nэв=β2QвHвηэв100=1,1×4,1×2,161×100=15,5 кВт

Ответ: Nвэ = 15,5 кВт.

Задача 2-2-6-2

Условие:

Определить мощность электродвигателя для привода дымососа котельного агрегата паропроизводительностью D = 9,73 кг/с, работающего на челябинском буром угле состава: Ср = 37,3 %; Нр = 2,8 %; Sрл = 1,0 %; Np = 0,9 %; Ор = 10,5 %; Ар = 29,5 %; Wp = 18,0 %, если температура топлива на входе в топку tт = 20 ℃, давление перегретого пара рп.п = 1,4 МПа, температура перегретого пара tп.п = 275 ℃, температура питательной воды tп.в = 100 ℃, к. п. д. котлоагрегата (брутто) ηбрк.а = 86 %, величина непрерывной продувки Р = 3 %, коэффициент запаса подачи β1 = 1,05, коэффициент избытка воздуха перед дымососом αд = 1,6, температура газов перед дымососом ϑд = 182 ℃, расчетный полный напор дымососа Hд = 2,2 кПа, коэффициент запаса мощности электродвигателя β2 = 1,1, эксплуатационный к. п. д. дымососа ηдэ = 65 %, барометрическое давление воздуха hб = 97 · 103 Па и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 4 %.

Решение:

Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива

Qнр=338Cр+1025Hр-108,5Oр-Sлр-25Wр=

=338×37,3+1025×2,8-108,5×10,5-1,0-25×18,0=13542кДжкг

Теплоемкость рабочей массы топлива:

cтр=cтс100-Wр100+cH2OWр100=

=1,088×100-18100+4,19×18100=1,65кДжкг×К

Физическая теплота топлива:

Qтл=cтрtт=1,65×20=33кДжкг

Располагаемая теплота при сжигании мазута:

Qрр=Qнр+Qтл=13542+33=13575кДжкг

Энтальпия:

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

iп.в=419кДжкг

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

iк.в=830кДжкг

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

iп.п=2980кДжкг

Натуральный расход топлива:

B=Diп.п-iп.в+P100iк.в-iп.вQррηк.абр100=

=9,73×2980-419+3100×830-41913575×86×100=2,06кгс

Расчетный расход топлива:

Bр=B1-q4100=2,06×1-4100=1,98кгс

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива

Vо=0,089Cр+0,266Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×37,3+0,266×2,8+0,033×1,0-10,5=3,75м3кг

Теоретический объем продуктов полного сгорания:

Vго=0,0187Cр+0,375Sлр+0,79Vo+0,8Nр100+0,01249Hр+Wр+0,0161Vо=

=0,0187×37,3+0,375×1+0,79×3,75+

+0,8×0,9100+0,0124×9×2,8+18+0,0161×3,75=4,26м3кг

Расчетная подача дымососа:

Qд=β1BрVго+αд-1Vоϑд+273273×1,01×105hб=

=1,05×1,98×4,26+1,6-1×3,75×182+273273×1,01×10597×103=23,5м3с

Мощность электродвигателя для привода дымососа:

Nэд=β2QдHдηэд100=1,1×23,5×2,265×100=88 кВт

Ответ: Nдэ = 88 кВт.

Задача 2-2-7-1

Условие:

Определить концентрацию диоксида серы у поверхности земли для котельной, в которой установлены два одинаковых котлоагрегата, работающих на высокосернистом мазуте состава: Ср = 83 %; Нр = 10,4 %; Sрл = 2,8 %; Ор = 0,7 %; Ар = 0,1 %; Wp = 3,0 %; если известны высота дымовой трубы H = 31 м, расчетный расход топлива Bр = 0,525 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу ϑд.т = 180 ℃, температура газов на выходе из дымовой трубы ϑ’д.т = 186 ℃, коэффициент избытка воздуха перед трубой αд.т = 1,5, температура окружающего воздуха tв = 20 ℃, барометрическое давление воздуха hб = 97 · 103 Па, коэффициент, учитывающий скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F = 1,0, коэффициент учитывающий условие выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы m = 0,9, коэффициент стратификации атмосферы A = 120 с2/3 × град1/3 и фоновая концентрация загрязнения атмосферы диоксидом серы Cф = 0,03 × 10-6 кг/м3.

Решение:

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива

Vо=0,089Cр+0,266Hр+0,033Sлр-Oр=

=0,089×83,0+0,266×10,4+0,033×2,8-0,7=10,2м3кг

Теоретический объем продуктов сгорания:

- трехатомных газов:

VRO2=0,0187Cр+0,375Sлр=0,0187×83,0+0,375×2,8=1,57м3кг

- двухатомных газов

VN2о=0,79Vo+0,8Nр100=0,79×10,22=8,07м3кг

- водяного пара

VH2Oо=0,01249Hр+Wр+0,0161Vо=

=0,0124×9×10,4+3,0+0,0161×10,22=1,36м3кг

- полный объем

Vго=VRO2о+VN2о+VH2Oо=1,57+8,07+1,36=11,0м3кг

Объем дымовых газов проходящих через дымовую трубу:

Vгд.г=nBрVго+αд.т-1Vоϑд.т+273273×1,01×105hб=

=2×0,525×11,0+1,5-1×10,2×180+273273×1,01×10597×103=29м3с

где n = 2 – количество котлоагрегатов.

Масса диоксида серы, выбрасываемая в атмосферу:

M=0,01nBрSлрMSO2MS=0,01×2×0,525×2,8×6432=0,059кгс

Концентрация оксида серы у поверхности земли:

C=0,001AMFmH2Vгд.гϑд.т-tв3+2Cф=

=0,001×120×0,059×1×0,9312×29×186-203+2×0,03×10-6=0,45×10-6кгм3

Ответ: C = 0,45 × 10-6 кг/м3.

Задача 2-2-8-1

Условие:

Определить расход нагреваемой воды и поверхность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагревающей воды W1 = 15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t’1 = 120 ℃, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t’’1 = 80 ℃, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t’2 = 10 ℃, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t’’2 = 60 ℃, и коэффициент теплопередачи k = 1,9 кВт/(м2 · К) и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η = 0,98.

Решение:

Средняя температура:

- нагревающей воды

t1ср=t1+t12=120+802=100 

- нагреваемой воды

t2ср=t2+t22=10+602=35 

Средняя теплоемкость:

- нагревающей воды при t1ср = 100 ℃

cp1=4,22кДжкг×К

- нагреваемой воды при t2ср = 35 ℃

cp2=4,17кДжкг×К

Количество теплоты, воспринятой нагреваемой водой в теплообменнике:

Q=W1cp1t1-t1η=15×4,22×120-80×0,98=2481,4кДжкг

Расход нагреваемой воды в теплообменнике:

W2=Qcp2t2-t2=2481,44,17×60-10=11,9кгс

Средний температурный напор в прямоточном теплообменнике:

Δtср=t1-t2-t1-t2lnt1-t2t1-t2=120-10-80-60ln120-1080-60=53 

Поверхность нагрева теплообменника:

F=QkΔtср=2481,41,9×53=24,6 м2

Ответ: W2 = 11,9 кг/с; F = 24,6 м2.