3 Предварительный тепловой баланс парогенератора

Целью расчетов, выполняемых на данном этапе, являются определение КПД парогенератора, расхода топлива и предварительных значений концевых и промежуточных температур по воздушногазовому тракту.

Уравнение теплового баланса записываются в следующем виде:

Где – располагаемая теплота, кДж/кг;

– полезно используемая теплота, идущая на подогрев питательной воды до температуры кипения, парообразование и перегрев пара, кДж/кг;

– потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг;

– потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг;

– потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/кг;

– потери теплоты от наружного ограждения, кДж/кг.

Уравнение теплового баланса может быть записано в относительных величинах:

Где , а – КПД парогенератора.

Располагаемая теплота определяется из выражения, кДж/кг:

Где – рабочая низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

– физическая теплота топлива, кДж/кг;

где – теплоемкость жидкого топлива, кДж/(кг*K), определяется по формуле:

Где – температура топлива, принимаем .

– теплота, вносимая с форсуночным паром, кДж/кг

Потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг

Q₂ = I_ух – I_х.в = 4950 – 519,4 = 4431 кДж/кг

Т емпература точки росы определяется по формуле

Температура уходящих газов можно задаться в пределах 250  350 С или определяется в первом приближении следующим образом:

- следует задаться температурой стенки, С

t_ст  t_р+(24/35)

t_ст  156,3 С;

- определить температуру уходящих газов, С, из выражения

t_ст = 0,5(_ух + t) =0,5(247,6+65)=156,3

где t - температура питательной воды (t_п.в).

Таким образом

_ух = 2 t_ст – t =2*156,3-65 = 247,6С

При заборе воздуха из верхней части машинного отделения t_х.в =30 С.

Энтальпия холодного воздуха определяется по формуле, кДж/кг,

=9,18*1,326*30 = 365,2 кДж/кг

г де - средняя изобарная объемная теплоемкость холодного воздуха, кДж/(м³К)

= 1,3022+1,6*0,01*1,4755=1,326 кДж/(м³К)

где , – средние изобарные объемные теплоемкости сухого воздуха и водяного пара, кДж/(м³К), при температуре t_х.в.

Значение q₂, определяется из выражения: = и для вспомогательных парогенераторов обычно составляет 12 ÷ 25 % от (q₂ = 0,12 ÷ 0,25).

Значения величины потерь теплоты от химической неполноты сгорания Q₃ принимаются 0,5 % от (q₃ = 0,005).

Потери теплоты от механической неполноты сгорания Q₄ для парогенераторов, работающих на жидком топливе, принимаются равными нулю.

Значениями потерь теплоты от наружного ограждения Q₅ обычно задаются в пределах 3  5 % от для водотрубных парогенераторов и 5 ÷ 6 % для газотрубных, то есть q₅ = 0,03 Следует учитывать, что с уменьшением мощности парогенератора значение Q₅ возрастает.

Тогда КПД парогенератора по обратному балансу (при известных значениях относительных потерь теплоты) определяется из выражения

_пг = q₁ = 1 – q₂ – q₃ – q_{5 =} 1-0,11-0,005-0,05 = 0,83

Для судовых автономных вспомогательных парогенераторов значение _пг составляет обычно 0,75  0,82.

Для упрощения тепловых расчетов потерю теплоты в окружающую среду принято учитывать коэффициентом сохранения теплоты 

=

В общем случае теплота Q₁, полезно используемая в парогенераторе, расходуется на подогрев воды в экономайзере, парообразование и перегрев пара

Q₁ = Q_эк + Q_по + Q_пп,

где Q_эк – количество теплоты, идущей на подогрев воды в экономайзере, кВт;

Q_по – количество теплоты, идущей на нагрев воды до температуры насыщения и парообразование, кВт;

Q_пп – количество теплоты, идущей на подсушку и перегрев пара в пароперегревателе, кВт.

Значение Q₁ может быть определено по формуле, кВт

Q₁ = D_н.п (i_н.п – i_п.в) + D_п.п (i_п.п – i_п.в) = 0,29(2720-250,7) +0,74(3150-250,7) = 2861 кВт

где D_н.п, D_п.п – паропроизводительность парогенератора по насыщенному и перегретому пару, соответственно, кг/с

D = D_н.п + D_п.п => D_н.п = D - D_п.п = 1,056-0,74 = 0,29 кг/с

D – полная паропроизводительность парогенератора, кг/с. Для расчетов принимается, что

D_п.п = (0,70  0,85) D = 0,7*1,056 = 0,74 кг/с

i_н.п, i_п.п, i_п.в – энтальпии, соответственно, насыщенного, перегретого пара и питательной воды, кДж/кг.

Значение энтальпии питательной воды рассчитывается по формуле, кДж/кг

i_п.в = с_п.вt_п.в = 4,178*65 = 250,7 кДж/кг

где с_п.в – теплоемкость питательной воды, кДж/(кгК), при соответствующей температуре

Расход топлива, В, определяется по формуле, кг/с

=

Адиабатная температура определяется по диаграмме “I_г – ” по расчетному значению адиабатной энтальпии газов, I_a, кДж/кг

I_a = (1 – q₃) + I_в = 39948,8(1-0,005) +608 = 40357 кДж/кг

где I_в – энтальпия воздуха, поступающего в топку парогенератора, кДж/кг.

I_в = +20 = 9,18*1,326(30+20) = 608 кДж/кг

Температура уходящих газов определяется по диаграмме “I_г – ” по значению их энтальпии (I_ух), рассчитываемой по формуле

= кДж/кг

Полученное значение _ух отличается от принятого ранее на 7 ºС.

Энтальпия газов за парообразующим пучком, кДж/кг

=

где Q_по – количество теплоты, идущей на парообразование, кВт

Q_по= D (i_н.п – i_в) = 1,056(2720-335,6) = 2518 кВт

где i_в - энтальпия воды, поступающей в парообразующий участок, кДж/кг. Для парогенераторов с экономайзером, i_в = i_эк, где i_эк - энтальпия воды за экономайзером, кДж/кг

i_эк= с_экt_эк = 4,195 *80 = 335,6 кДж/кг

Здесь t_эк – температура воды на выходе из экономайзера, С, принимается для экономайзеров не кипящего типа t_эк = t_s – (30  50) С;

t_эк = 120-40 =80С

с_эк – теплоемкость воды при температуре t_эк, кДж/(кгК).

t_s – температура насыщения водяного пара при абсолютном давлении пара в парогенераторе, ºС.

По рассчитанному значению I₁ при помощи диаграммы “I_г – ” определяется значение температуры продуктов сгорания на выходе из парообразующей поверхности,  = 450.

Энтальпия газов за пароперегревателем, кДж/кг

=

где Q_пп – количество теплоты, идущей на подсушку и перегрев пара в пароперегревателе, кВт

Q_пп = D_п.п (i_п.п – i_н.п) = 0,74(3150-2720) = 318 кВт

По рассчитанному значению I₂ по диаграмме “I_г – ” определяется значение температуры продуктов сгорания перед хвостовыми поверхностями нагрева,₂ = 230

Как указывалось выше, в рассматриваемых вариантах компоновочных схем в качестве хвостовых поверхностей применяются экономайзер.

Тогда энтальпия газов за экономайзером, кДж/кг

=

где Q_эк – количество теплоты, идущей на подогрев воды в экономайзере, кВт

= 1,056(335,6-250,7) = 89,6 кВт