Тепловой баланс котельного агрегата ТГМ-151-Б

 

Липецкий государственный технический университет

 

 

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по курсу "Котлы и парогенераторы"

 

 

Тепловой баланс котельного агрегата ТГМ-151-Б

 

 

 

 

 

Выполнили: Писарев Д.

      Черницын И.

      Маранчев И.

      Кинарейский Ю.

 

  Группа: ТЭ-11-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Липецк 2014

Содержание

 

1.Общая схема котла  ТГМ-151-Б…………………………………………………...5

       2.Определение объемного состава смеси газов…………………..……………….6

3.Определение величины располагаемого тепла топлива……………………….8

4.Определение величины потерь тепла с дымовыми газами……………………10

5.Определение величины потерь тепла с химическим недожогом…………......13

6.Определение величины потерь тепла от наружного охлаждения…...………..13

7.Определение КПД котла…………………………………………………………14

8.Графический материал…………………………………………………………...18

Вывод…………………………………………………………………………….….20

 

Теплотехнические испытания котельных установок проводятся для определения энергетических характеристик, определяющих  их режимные показатели в зависимости от нагрузки и типа топлива, выявления их эксплуатационных способностей и недостатков конструкций.

Цель работы: ознакомление студентов с организацией и методикой проведения балансовых испытаний котлоагрегата, определения количества и выбора точек замеров параметров работы котла, с требованиями к установке контрольно-измерительных приборов, с методикой обработки результатов испытаний.

Тепловой баланс котлоагрегата.

 Тепловой баланс котлоагрегата  составляется для определения  технико-экономических показателей  работы агрегата, тем самым дает  представление о совершенстве  организации процесса горения  и передаче тепла поверхностям  нагрева.

 При установившемся  режиме работы основное уравнение  теплового баланса приравнивает  количество теплоты, внесенное топливом  и воздухом в топку в процессе  сжигания топлива, сумме теплот  полезно использованного для  нагрева рабочего тела и ушедшего  в различного рода потери.

Qpp=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+ Q6, где

Qpp- располагаемая теплота газообразного топлива, рассчитанная на единицу количества сжигаемого топлива, кДж/м3;

Q1-теплота, полезно использованная в котлоагрегате, кДж/м3;

Q2-потеря теплоты с продуктами горения, покидающими котлоагрегат, кДж/м3;

Q3-потеря теплоты с химическим недожогом топлива, кДж/м3;

Q4-потеря теплоты с механическим недожогом топлива, кДж/м3;

Q5-потеря теплоты в окружающую среду через стенки, ограничивающие газоход котла, кДж/м3;

Q6-потери теплоты с физическим теплом шлаков или с принудительным охлаждением элементов конструкции агрегата, кДж/м3;

 

 

Или в относительных единицах:

 q1+q2+q3+q4+q5+q6=100%

где

 и т.д.

Под коэффициентом полезного действия котлоагрегата понимают отношение полезно использованной теплоты к располагаемой теплоте топлива. Если при этом не учитываются расходы энергии на собственные нужды котлоагрегата, то полученные КПД называется брутто.

, или

.

Балансовые испытания котлоагрегата:

В задачи испытаний входит:

1. выявление оптимальных условий работы топки (положение факела, избытка воздуха, распределения воздуха и топлива по горелкам и их ярусам и т.п.) при различных нагрузках котлоагрегата (в диапазоне, предусмотренном для автоматического регулирования);
2. определение максимальной и минимальной  нагрузки оборудования без изменения и при различном составе  работающего вспомогательного оборудования;
3. определение фактической экономичности агрегата и отдельных составляющих потерь тепла;
4. выявление причин превышения потерь над расчетными значениями, разработка мероприятий по их уменьшению и достижению расчетного КПД;
5. проверка работы отдельных элементов котельной установки;
6. определение аэродинамических характеристик  газовоздушного тракта и характеристик вспомогательных механизмов котлоагрегата;
7. составление типовой энергетической (нормативной) и расходной характеристики котлоагрегата, а также характеристики относительного прироста расхода топлива.

 

1. Общая схема котла ТГМ-151-Б

 

 

Рисунок 1. Общая схема котла ТГМ-151-Б: 1 – барабан, 2 – выносной сепарационный циклон, 3 – горелка, 4 – экранные трубы, 5 – опускные трубы, 6 – потолочный пароперегреватель, 7 – радиационный ширмовый пароперегреватель, 8 – конвективный ширмовый пароперегреватель, 9 – 1-я ступень конвективного пароперегревателя, 10 – 2-я ступень конвективного пароперегревателя, 11 – пароохладитель 1-го впрыска,12 – пароохладитель 2-го впрыска, 13 – пакеты водяного экономайзера, 14 - регенеративный вращающийся воздухоподогреватель.

 

2. Определение объемного состава смеси топлива

 

1. Определим объемный  состав коксо–доменного газа, для этого составим материальный баланс для коксо – доменной смеси:

,     (1)

где - низшая теплота сгорания соответственно смеси газов, коксового газа, доменного газа, кДж/м3; , - объемная доля коксового и доменного газа в коксо-доменной смеси соответственно.

Зная, что , выражение один можно преобразовать к виду:

,

,      (2)

Определим низшую теплоту сгорания коксового газа и доменного газа:

 ,   (3)

где , - объемные доли СО и Н2, , - низшие теплоты сгорания СО и Н2 соответственно.

,

, (4)

,

.

2.2 Приведем расходы коксо-доменной смеси и природного газа к нормальным условиям, используя формулу:

,      (5)

где - расход газа по щитовому прибору, и - соответственно, давления и температура газа, ,

,

Определим объемное содержание коксо–доменной смеси в общей смеси топлива, для этого составим материальный баланс расхода топлива котельного агрегата в виде:

,     (6)

где - расход полной смеси топлива, .

Исходя из этого уравнения:

,      (7)

Тогда объемные доли коксового и доменного газа в общей смеси газообразного топлива:

Расчеты данного пункта приведены для первой серии опытов, расчет остальных опытов проведем в программе Microsoft Excel и сведем в таблицу:

 

Таблица 1. Объемный состав смешанного газообразного топлива

Всумм	11,43932		11,30275	12,61111	13,41667	12,33333	11,19444
rкдс	0,888747		0,916689	1	1	1	1
rпг	0,111253		0,083311	0	0	0	0
aкг	0,543099		0,571277	0,610934	0,502746	0,528836	0,46448
aдг	0,456901		0,428723	0,389066	0,497254	0,471164	0,53552
rкг	0,482678		0,523683	0,610934	0,502746	0,528836	0,46448
rдг	0,406069		0,393006	0,389066	0,497254	0,471164	0,53552
∑ri	1		1	1	1	1	1

 

 

        3. Определение величины располагаемого тепла топлива:

 

3.1  Определение газового состава смешанного топлива:

 

Таблица 2. Газовый состав  топлива

состав топлива, %
	дом г	кокс г	прир г	Qнр, кДж/м3
CO	36	6,5	0	12645,42
СО2	10,8	1,85	0,4
N2	49	9	1
CH4	0	25	98,2	35845,45
H2	4,2	55,5	0	10806,01
С2Н4	0	2,15	0,4	59079

 

Содержание каждого компонента в смешанном газе  определим по следующей формуле:

                  

,  %                     (8)

где   , ,   - объемные доли соответственно природного газа, доменного газа и коксового газа;  , , - содержание компонента соответственно в природном, доменном и коксовом газе, %.

Представим расчет для первой серии опытов, а остальные опыта рассчитаем с помощью программы Microsoft Excel и результаты представим в таблице.

 

1. ,
2. ,
3. ,
4. ,
5. ,
6. .

 

Таблица 3. Объемный состав смешанного топлива

CO	17,7559	17,55216	17,97744	21,169	20,39933	22,29784
СO2	5,323004	5,246604	5,332138	6,300424	6,066915	6,642904
N2	24,35275	24,05376	24,56263	28,89016	27,84655	30,4208
CH4	22,99198	21,27318	15,27336	12,56865	13,22091	11,612
H2	28,49411	30,71506	35,54093	29,99087	31,32931	28,02782
С2Н4	1,082258	1,159244	1,313509	1,080904	1,136998	0,998632
∑	100	100	100	100	100	100

 

 

Располагаемое тепло топлива определим по следующей формуле:                           

  ,      (9)

 низшая теплота сгорания  топлива, ; - физическое тепло топлива при температуре воздуха после воздухоподогревателя, .

С учетом того, что второе слагаемое значительно меньше первого в данном расчете мы им пренебрегаем, таким образом: ;

Величина низшей теплоты сгорания равна:

   (10)

Расчет также проведем для первого опыта, а расчет остальных опытов проведем с помощью программы Microsoft  Excel.

Таблица 4. Расчет располагаемого тепла топлива

Qнр топлива, кДж/м3

14205,35

13848,95

12364,69

11061,6

11375,85

10600,7

 

3. Определение величины потерь с дымовыми газами

4.1 Определим объем теоретически необходимого объема воздуха для сгорания газообразной смеси топлива при нормальных условиях:

                                   (11)

 

2. Объем водяных паров в уходящих газах:

                   (12)

4.3 Вычислим теоретический объем в продуктах сгорания топлива:

                           (13)

4.4 Вычислим объем трехатомных газов:

    (14)

=0,4823 м3/м3 .

 

4.5 Вычислим теоретический объем сухих газов в продуктах сгорания:

   (15)

4.6  Вычислим полный теоретический объем продуктов сгорания:

    (16)

 

4.7 Определим коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем и за регенеративным воздухоподогревателем по следующей формуле:

      (17)

где О2 – содержание кислорода за поверхностью нагрева, %;

Величина присосов:.

Также проведем расчет коэффициента избытка воздуха нормативным методом по следующим формулам:

- для коэффициента избытка воздуха за потолочным пароперегревателем:

;

- для коэффициента избытка воздуха за регенеративным воздухоподогревателем:

;

По нормативным данным для данного котла ; (присосы воздуха в радиационном ширмовом пароперегревателе отсутствуют, присосы на каждую ступень конвективных поверхностей нагрева ); присосы в экономайзере  ; на  РВП .