Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Общее уравнение теплового балансаСтр 1 из 22Следующая ⇒
В котельной установке при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота за вычетом потерь передается рабочему веществу—теплоносителю, в результате получается полезная продукция, например водяной пар. Эффективность энергоиспользования в котельной установке, а также направления его совершенствования устанавливаются тепловым (энергетическим) балансом. При установившемся состоянии баланс потоков рабочего вещества и энергии для котельной установки в целом и отдельных ее частей или элементов можно записать так: уравнение сохранения вещества Dприх – D – Dпот=0 (2.1) уравнение сохранения энергии Qприх —Q —Qпот = 0(2.2) где Dприх, Qприх — количества поступившего вещества (например, воды) и энергии (теплоты); D, Q— количества полезно преобразованного вещества (полученного пара) и энергии (теплоты пара); Dпот, Qпот — потери вещества и энергии. При нестационарных режимах равенство между притоками и стоками (вещества и энергии) нарушается с изменением внутренней энергии. Тепловой баланс котла, как и любого другого теплотехнологического агрегата, характеризует равенство между приходом и расходом теплоты: Qприх=Qpacx(2.3) Составляющие теплового баланса для теплотехнологических установок в общем случае могут быть выражены отношением количества затраченной теплоты на единицу полученного продукта, например в МЖд на кг технологического продукта, или количеством теплоты в единицу времени — в МДж в секунду (мегаваттах), или количеством теплоты на единицу топлива — в МДж на килограмм для твердого и жидкого топлива или МДж на м3 для газообразного топлива. Для котельных установок тепловой баланс составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газа при 273 К и 0, 1013 МПа. Приходная часть теплового баланса (располагаемая теплота , МДж/кг или МДж/м3) в общем случае записывается в виде (2.4) где внесенная химическая теплота а внесенная физическая теплота Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. — низшая рабочая теплота сгорания единицы топлива, МДж/кг или МДж/м3 — для твердого и жидкого или газа, не учитывающая, как известно, теплоту образования водяных паров. Это согласуется с тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котел, обычно не ниже 110—120 °С, при такой температуре содержащийся в них водяной пар не конденсируется. При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, расчеты следует выполнять с учетом высшей теплоты сгорания топлива баланса. . Член учитывают при использовании теплоты экзотермических реакций, возможных при осуществлении некоторых технологических процессов. В качестве примера можно указать на экзотермический процесс обжига колчедана в кипящем слое с установкой в последнем теплоиспользующих элементов для получения пара. Процесс обжига проходит без дополнительного использования топлива, поэтому в этом случае в выражении для определения теплота сгорания топлива отсутствует. Член учитывает затраты теплоты на возможные эндотермические реакции. Например, при сжигании сланцев, когда часть выделяющейся теплоты затрачивается на разложение карбонатов, Входящий в выражение для определения член , МДж/кг (или МДж/м3), учитывает физическую теплоту (энтальпию) топлива: (2.6) где ст — теплоемкость рабочего топлива, МДж/(кг-К) или МДж/ (м3 • К); — температура топлива, °С. При поступлении в котел твердое топливо имеет обычно малую температуру, приближающуюся к нулю, а теплоемкость сухой массы топлива находится в пределах сст =(0, 92-1, 3)*10-3 МДж/(кг-К). В связи с этим невелико по значению. Энтальпию твердого топлива учитывают в случае предварительного его подогрева вне котла посторонним источником теплоты. При этом температуру и влажность топлива принимают по состоянию его перед топкой. Жидкое топливо (мазут) для снижения вязкости и улучшения распыла поступает в топку подогретым до 80—120°С. Учет целесообразен при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии специального нагрева его до относительно высокой температуры (200—300 °С). При сжигании газообразного топлива с высокой теплотой сгорания (например, природного газа) имеет место повышенное соотношение массы воздуха и газа (примерно 10к1) В этом случае топливо — газ обычно не подогревают. Член учитывает энтальпию воздуха, как поступившего в котел через воздушный подогреватель, так и присосанного через газоходы котла. Энтальпию горячего воздуха учитывают лишь при подогреве его вне агрегата, до воздушного подогревателя котла за счет постороннего источника теплоты (подогрев в паровом калорифере отборным или отработанным паром, подогрев в автономном подогревателе при сжигании дополнительного топлива). Член , МДж/кг, учитывает теплоту, вносимую в агрегат паром при паровом распыливании мазута или при подаче под решетку пара для улучшения ее работы при слоевом сжигании антрацита. Для котла, использующего в качестве источника теплоты энтальпию отходящих газовтеплотехнологического устройства (котел-утилизатор), при отсутствии в газах продуктов неполного горения При наличии в отходящих газах и горючих составляющих (газообразных или твердых) при условии сжигания их под котлом в приходной части баланса учитывают и их химическую теплоту. Член включают в уравнения баланса при выработке пара с использованием в качестве источника теплоты электроэнергии. В этом случае для электрокотла Таким образом, в общем выражении приходной части теплового баланса котла (2.4) для конкретных случаев ряд членов может отсутствовать. При составлении теплового баланса для котла, работающего на органическом топливе, при отсутствии выработки пара за счет теплоты экзотермических технологических реакций () и с учетом замечаний о значениях других составляющих приходную часть баланса в расчете на1 кг (м3) топлива можно принять: (2.11) Расходная часть теплового баланса в расчете на 1 кг (м3) топлива в общем случае может содержать теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды) и различные потери: (2 12) В простейшем случае (без учета продувки, возможной дополнительной выработки насыщенного пара и др.) теплота, полезно затраченная на выработку перегретого пара, МДж/кг (или МДж/м3), составит (2.13) гдеD — выход пара, кг/с; В — расход топлива, кг/с (или м3/с); hпп, hпв—энтальпии перегретого пара и питательной воды, МДж/кг. Остальные слагаемые в (2.12) представляют собой следующие тепловые потери, подробно рассматриваемые далее: Ну.г — энтальпия уходящих из котла газов, МДж/кг (или МДж/м3); , — потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, МДж/кг (или МДж/м3); — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла, МДж/кг (или МДж/м3); — потеря с физической теплотой шлаков, МДж/кг; — потеря теплоты с охлаждаемыми балками, панелями топки, не включенными в циркуляционную систему агрегата; — расход (знак «+») или приход теплоты «знак «—»), связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла, МДж/кг (или МДж/м3). При установившемся тепловом состоянии . Если принять за 100%, получим 100=qпол+qуг+qхн+qмн+qно+qфш+qохл±qакк(2.20) Где qпол= *100% и тд. (2.21). Завершая рассмотрение общего уравнения теплового баланса, следует отметить, что в литературных источниках составляющие теплового баланса котла обозначают обычно цифрами: qпол=q1, qуг = q2, qхн=q3, qмн =q4, qно=q5, qохл=q6.
|