3. Предварительный тепловой баланс парогенератора.

Уравнение теплового баланса записывается в следующем виде:

где Q^p_p – расчетная располагаемая теплота, кДж/кг;

Q₁ – полезно используемая теплота, идущая на подогрев питательной воды до температуры кипения, парообразование и перегрев пара, кДж/кг;

Q₂ – потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг;

Q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/кг; Q₅ – потери теплоты от наружного ограждения, кДж/кг;

Уравнение теплового баланса может быть записано в относительных велечинах:

1 = q₁ + q₂ + q₃ +q₄ +q₅,

где , а — КПД парогенератора.

Расчетная располагаемая теплота опрделяется из выражения, кДж/кг: = 39400 + 226,24 + 0 = 39626,24 кДж/кг;

где Q^н_р — рабочая низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; i_тл — физическая теплота топлива, кДж/кг;

i_тл = с_тл · t_тл = 2,02 · 112 = 226,24 кДж/кг

где с_тл — теплоемкость жидкого топлива, кДж/(кг·К), определяется по формуле: с_тл = 1,74 + 0,0025 · t_тл = 1,74 + 0,0025 · 112 = 2,02 кДж/(кг·К)

где t_тл — температура топлива, принимается в зависимости от сорта топлива: t_тл =112º (для Мазут 40 сернистый), при вязкости 3ºВУ;

Q_ф – теплота, вносимая с форсуночным паром, кДж/кг:

Q_ф = G_ф · (i_ф — 2500) = 0

т.к. используется механическая форсунка G_ф=0, соответственно Q_ф тоже будет равняться нулю.

Температура точки росы определяется по формуле:

t_p = t_s^r + 98,5 · ³√ S^p_л = 47 + 98,5 · ³√1,97 = 170 °С

где t_s^r – температура насыщения водяных паров, ºС, соответствующая их парциальному давлению в продуктах сгорания, Р_H2O = r_H2O · Р_г (Р_г – давление дымовых газов – принимается равным 0,1 МПа), значение S^p_л берётся в процентах (см табл.1).

Р_H2O = 0,10 · 0,1 = 0,010596 МПа

тогда t_s^r = 47 °С

Температура уходящих газов определяется в первом приближении следующим образом:

-следует задаться температурой стенки, ºС

t_ст ≥ 200 ºС

-определить температуру уходящих газов, ºС, из выражения:

t_ст = 0,5 · (ϑ_ух + t)

где t – температура питательной воды t_п.в., т.к. хвостовой поверхностью нагрева является экономайзер, таким образом:

ϑ_ух = 2 · t_ст - t = 2 · 200 – 60 = 340 ºС

Значение температуры уходящих газов должно находиться в пределах 250÷350ºС, условие выполнено.

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

Энтальпия холодного воздуха определяется по формуле, кДж/кг:

= 12,5 · 1,33 · 30 = 495,88 кДж/кг

где - средняя изобарная объёмная теплоёмкость холодного воздуха, кДж/(м3·К):

= 1,3 + 1,6 · 0,01 · 1,48 = 1,33 кДж/(м3·К)

где - средняя изобарная объёмная теплоёмкость сухого воздуха, кДж/ (м3·К), при температуре t_х.в:

= 1,299 + 0,00011 · 30 = 1,3 кДж/(м3·К)

− средняя изобарная объёмная теплоёмкость водяных паров, кДж/(м3·К) , при температуре t_х.в:

= 1,468 + 0,00024 · 30 = 1,47 кДж/(м3·К)

Значение q₂ определяется из выражения:

Потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг:

= 6157 — 495,88 = 5661,12 кДж/кг

Тогда q₂ будет определяться по формуле:

= 5661,12/ 39626,24 = 0,14

Значение величины потерь от химической неполноты сгорания Q₃

принимаем :

= 0,005 · 39626,24 = 198,13 кДж/кг

Потери теплоты от механической неполноты сгорания Q4 для парогенераторов, работающих на жидком топливе принимаются равным 0.

Потери теплоты от наружного охлаждения Q₅ принимаем для водотрубного парогенератора 4% от Q^p_p(q₅=0,04):

= 0,05 · 39626,24 = 1981,31 кДж/кг

Тогда КПД парогенератора по обратному балансу определяется из выражения:

= 1 - 0,14 - 0,005 - 0,05 = 0,805

Для упрощения тепловых расчётов потерю теплоты в окружающую среду принято учитывать коэффициентом сохранения теплоты φ:

= 1- 0,05/ 0,05+0,805 = 0,941

Теплота Q₁, полезно используемая в парогенераторе, может быть определена по формуле, кВт:

= 0,31(2701 — 251,49) + 1,22 (3194 —

251,49)=4344,87 кВт

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

D – полная паропроизводительность парогенератора, кг/с.

D =5500 кг/ч = 5500/3600 кг/с = 1,53 кг/с Для расчетов принимается, что:

D_п.п = 0,8 · D = 0,8 · 1,53 = 1,22 кг/с

Отсюда:

D_н.п = D - D_п.п = 1,53 — 1,22 = 0,3 кг/с

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

Значения энтальпий пара берутся по таблицам водяного пара при абсолютном давлении:

Для насыщенного пара:

• Степень сухости: x=0,99;

• Температура насыщения водяных паров: t_s=175 ºC (при абсолютном давлении P=0,7 МПа);

• Энтальпия: i_н.п=2701 кДж/кг Для перегретого пара:

• Температура перегретого пара: t_п.п=360 ºC;

• Энтальпия: i_п.п=3194 кДж/кг.

Значение энтальпии питательной воды рассчитывается по формуле, кДж/кг:

= 4,19 · 60 = 251,5 кДж/кг

где с_п.в – теплоёмкость питательной воды, кДж/(кг·К), при соответствующей температуре:

=

= 4,189 — 0,0009835 · 60 + 0,00001707 · 60² = 4,19 кДж/(кг·К)

Расход топлива, В, определяется по формуле, кг/с: = 4344,87 / 0,8 · 39626,24 = 0,14 кг/с

Адиабатная температура определяется по диаграмме «I_г-υ» по расчётному значению адиабатной энтальпии газов, I_a, кДж/кг:

= 39626,24 · (1 — 0,005) + 495,88 = 39923,99 кДж/кг

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

^{= 495,88 кДж/кг} Тогда адиабатная температура υ_а=1830ºС

Температура уходящих газов определяется по диаграмме «I_г-υ» по значению их энтальпии (I_ух), рассчитываемой по формуле:

= 39923,99 - (4344,87/ 0,14 · 0,941) = 6241,69 кДж/кг

Тогда температура уходящих газов υ_ух=340ºС

Полученное значение сравниваем с принятым ранее. Абсолютная погрешность, с учётом подогрева воздуха в межкожуховом пространстве, не превышает 30 ºС. Условие выполнено.

Для расчёта отдельных участков поверхностей нагрева требуется предварительно определить значения промежуточных температур продуктов сгорания. Они находятся по расчётному значению энтальпии газов при помощи диаграммы «I_г-υ».

Энтальпия газов за парообразующим пучком, кДж/кг:

= 39923,99 — (3368,93 / 0,14 · 0,941 ) = 13807,39 кДж/кг

где Q_по - количество теплоты, идущей на парообразование, кВт

= 1,53 · (2701 — 495,88 ) = 3368,93 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:

^{= 4,57 · 135 = 618,16 кДж/кг}

Тогда температура продуктов сгорания на выходе из парообразующей поверхности υ₁=715 ºС

Здесь t_эк – температура воды на выходе из экономайзера, ºС, принимается для экономайзеров некипящего типа t_эк = t_s-40=175 — 40 = 135 ºC;

c_эк – теплоёмкость воды при температуре t_эк, кДж/(кг·К). Определяется по формуле:

=

= 4,189 — 0,0009835 · 135 +0,00001707 · 135² = 4,57 кДж/(кг·К)

Тогда температура продуктов сгорания на выходе из парообразующей поверхности υ₂=620ºС

Энтальпия газов за пароперегревателем, кДж/кг:

= 13807,39 - (602,55 / 0,14 · 0,941) = 9136,26 кДж/кг

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

= 1,22 (3194 — 2701) = 602,55 кВт

Тогда температура продуктов сгорания перед хвостовыми поверхностями нагрева υ₂ = 540ºС

Энтальпия газов за экономайзером, кДж/кг:

= 9136,26 - ( 560,2/ 0,14 · 0,941 ) = 4793,45 кДж/кг

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

= 1,53 ( 618,16 - 251,5 ) = 560,2 кВт

В общем случае теплота Q₁ рассчитывается как:

= 517,83 + 3368,93 + 602,55 = 4489,03 кВт

Проверочные расчёты выполнены успешно.