Основные характеристики цикла и установки

1. Степень сжатия в компрессоре (степень расширения в турбине)

2. Отношение абсолютных значений граничных температур

τ = Т1/Т3

3. Термический КПД цикла

4. Коэффициент полезной работы, характеризующий долю полезной (электрической) мощности от полной мощности, развиваемой турбиной

Все рассуждения ведутся по отношению к 1 кг рабочего вещества.

Q1 = Cp (T3 – T2); QT = Cp (T3 – T4)

Q2 = Cp (T4 – T1); QK = Cp (T2 – T1)

59. 2. Тепловой баланс (ТБ) котельной установки, ее КПД.

ТБ составляют на 1 м³ газообразного топлива или 1 кг. тв. или ж-го топлива при н.у. (273 К и 0,1013 МПа).

Приходная часть ТБ в общем случае при установившемся режиме:

Q_ПРИХ = Q_Р^Р = Q_Н^Р + Q_ЭКЗ + Q_Ф.Т + Q_Ф.В + Q_ПАР + Q_О.Г – Q_ЭНД

где Q_Р^Р – располагаемая рабочая; Q_Н^Р и Q_ЭКЗ – внесенная хими­ческая энергия: низш. тепл. сгор. т. и теплота экз-их реакций технологич. процесса; Q_Ф.Т физическая тепл. топл.; Q_Ф.В. – теплота поступившего в раб. пространство котла воздуха; Q_ПАР – теплота, вносимая паром; Q_О.Г – энтальпия возвращаемых отходящих газов в_случае рабо­ты котла с рециркуляцией ПГ; Q_ЭНД – теплота эндотермических реакций.

При составлении ТБ топливного котла без сущест­венной погрешности приходную часть баланса можно упростить до выражения:

Q_ПРИХ = Q_Р^Р = Q_Н^Р (или Q_В^Р).

Q_В^Р – если темп-ра ПГ такая, что на пов-ти нагрева возможна конденсация водяных паров.

Расходная часть теплового баланса содержит полезную теплоту, затраченную на выработку пара (или воды), и различные потери:

Q_РАСХ = Q_ПОЛ + Q_У.Г + Q_Х.Н + Q_М.Н + Q_Н.О + Q_Ф.Ш – Q_О.В

где Q_ПОЛ – полезная теплота; Q_У.Г – энтальпия ух. газов; Q_Х.Н и Q_М.Н – потери теплоты от химич. и механич. неполноты сгорания; Q_Н.О – потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла; Q_Ф.Ш – потери теплоты с физич. те­плотой шлаков; Q_О.В – потери теплоты с водой на охлаждение элемен­тов котла, не включенной в циркуляционную систему агрегата.

Полезное кол-во теплоты на выработку пара Q_ПОЛ:

Q_ПОЛ = Q_Э + Q_ИСП + Q_П.П = DB ^-1(i _П.П – i^’ _П.В)

где Q_Э – теплота, затраченная на нагрев питат. воды в экономай­зере; Q_ИСП – теплота испарения воды с получением сухого насыщ. пара, воспринятая испарит. пов.; Q_П.П - теплота перегрева пара в пароп-ле.

Q_Э = DB ^-1(I ^’’_П.В – i ^’_П.В), Q_ИСП = DB ^-1(i _Н.П – i ^’’_П.В), Q_П.П = DB ^-1(i _П.П – i _Н.П);
D – выход пара, кг/с; В - расход топлива, кг/с; i _П.П, i _Н.П, i ^’’_П.В, i ^’_П.В – энтальпии п. п., насыщ. пара, питат. воды на вых. и вх. в экономайзер, МДж/кг.

С учетом продувки котла для поддержания определенного солесодержания воды и передачи части насыщ. пара на сторону полезно затраченная теплота на ед. сжигаемого топли­ва, МДж/м³ или МДж/кг:

Q_ПОЛ = DB ^-1(i _П.П – i^’ _П.В) + D_ПРB ^-1(i _К.В – i^’ _П.В) + D_НАСB ^-1(i _Н.П – i^’ _П.В),

D_ПР, D_НАС - расходы продувочной воды и насыщ. пара, кг/с; i _К.В – энтальпия продувочной (котловой) воды, МДж/кг.

По прямому балансу. КПД котла η_К (КПД брутто котла) – отношение по­лезной теплоты к располагаемой, с учетом выработки пере­гр. и насыщ. пара и наличия продувочной воды: η_К = Q_ПОЛ / Q_Р^Р * 100%.

Энергетический КПД котельной уст. (КПД нетто) учитывает затраты энергии и те­плоты на собств. нужды (освещение, привод насосов, венти­ляторов, дымососов, механизмов подачи и подготовки топлива и др.): η_К.У. = η_К – Q_С.Н / Q_Р^Р * 100%, Q_С.Н – расход теплоты на собст. нужды.

По обратному балансу. КПД определяется через тепловые потери:

η_К = q _ПОЛ = 100 – (q _У.Г + q _Х.Н + q _М.Н + q _Н.О + q _Ф.Ш + q _О.В) = 100 – Σ q _ПОТ,

где q _У.Г =100 Q_У.Г / Q_Р^Р и т.д.

В нормативном методе расчета котлов: q _ПОЛ = q ₁; q _У.Г = q ₂; q _Х.Н = q ₃; q _М.Н = q ₄; q _Н.О = q ₅; q _ОХЛ = q ₆.

Коэф-т использования химич. энергии топл. в раб. пространстве котлов: КИТ = (Q_Н^Р – Q_У.Г – Q_Х.Н – Q_М.Н) / Q_Н^Р_.

Q_У.Г – основные потери котла (5-12% от располагаемой химич. энергии топлива). Опр-ся объемом, темп-рой и составом ПГ топлива

Другой вариант

1. Элементы расчета полезно используемой в котельном агрегате теплоты. КПД котельной установки.

Тепловой баланс для котельных установок составляют на 1 м³ газообразного топлива или 1 кг твердого или жидкого топлива при 273 К и 0,1013 МПа.

Приходная часть теплового баланса (располагаемая теплота, МДж/м³ или МДж/кг) в общем случае при установившемся режиме представляется в таком виде

Q_прих = Q_р^р = Q_н^р + Q_экз + Q_ф.т. + Q_ф.в. + Q_пар + Q_о.г. - Q_энд,

где в правой части уравнения первые два члена выражают внесенную химическую энергию: низшую теплоту сгорания топлива и теплоту возможных эксергетических реакций технологического процесса; последующие приходные статьи, соответственно, выражают: физическую теплоту (энтальпию) топлива, теплоту воздуха, поступившего тем или иным путем в рабочее пространства котла; теплоту, вносимую паром, например, при паровом распыливании мазута; и энтальпию отходящих газов, в случае работы котла в смешанном топливно – утилизационном режиме; и, наконец, последний член - теплота возможных эндотермических реакций, например, связанных с разложением карбонатов, содержащихся в некоторых твердых топливах.

Важно заметить, что энтальпию горячего воздуха учитывают лишь при его подогреве до воздушного подогревателя, установленного в котле, за счет постороннего источника теплоты. Основные цели подогрева воздуха в котлах – интенсификация горения и радиационного теплообмена в топочной части котла, снижение потерь теплоты от химической неполноты сгорания, возможность использования низкокачественных влажных топлив.

При составлении теплового баланса чисто топливного котла без существенной погрешности приходную часть баланса можно упростить до выражения

Q_прих = Q_р^р = Q_н^р (или Q_в^р)

Традиционно в уравнении теплового баланса тепловых агрегатов используется низшая теплота сгорания топлива. Это согласуется с тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котел и другие агрегаты обычно выше 110 – 120 С, при такой температуре содержащийся в них водяной пар (при отсутствии в газах оксидов серы) не конденсируется. При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, в тепловом балансе следовало бы использовать высшую теплоту сгорания топлива. Подобный вариант работы котла возможен, но в подавляющем числе случаев не эффективен по ряду причин, связанных как с увеличением стоимости котла и снижением стойкости хвостовых поверхностей (экономайзера, воздухоподогревателя), из-за усиления низкотемпературной коррозии при конденсации паров из продуктов горения, особенно содержащих оксиды серы, уменьшения стойкости дымоотводящих каналов и ухудшения рассеивания газов при попадании их в атмосферу, так и из – за стремления в целях экономии топлива повысить температуру питающей котел воды.

Расходная часть теплового баланса в общем случае установившегося режима содержит полезную теплоту, затраченную на выработку пара (или воды) и различные потери:

Q_расх = Q_пол + Q_у.г. + Q_х.н.+ Q_м.н. + Q_н.о. + Q_ф.ш. + Q_о.в.,

где первое слагаемое – полезная теплота, остальные слагаемые: энтальпия уходящих газов, потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания, потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла, потери теплоты с физической теплотой шлаков, потери теплоты с водой на охлаждение элементов котла, не включенной в циркуляционную систему агрегата.

Полезное количество теплоты, пошедшей на выработку пара, складывается из теплоты, затраченной на нагрев питательной воды в экономайзере, теплоты испарения воды с получением сухого насыщенного пара, воспринятой испарительной поверхностью, и теплоты перегрева пара в пароперегревателе:

Q_пол = Q_э + Q_исп + Q_п.п. = DB^-1 (i_п.п. – i¢_п.в.),

где Q_э =DB^-1(i¢¢_п.в. – i¢_п.в.), Q_исп = DВ^-1(i_н.п.- i¢¢), Q_п.п. = DВ^-1(i_п.п. – i_н.п.), D – выход пара, кг/с; В – расход топлива, кг/с; i_п.п., i¢_н.п., i¢¢_п.в., i¢_п.в. - энтальпии перегретого пара, насыщеного пара, питательной воды на выходе и входе в экономайзер, МДж/кг.

С учетом продувки котла для поддержания определенного солесодержания воды и, например, передачи части насыщенного пара на сторону полезно затраченная теплота на единицу сжигаемого топлива, МДж/м³ или МДж/ кг, составит

Q = DB^-1(i_п.п. – i¢_п.в.) + D_пр B^-1 (i_к.в. – i¢_п.в.) + D_нас B^-1(i_н.п. –i¢_п.в.),

где D_пр и D_нас – расходы продувочной воды и насыщенного пара, кг/с; i_к.в.и i_н.п. – энтальпии продувочной (котловой) воды и насыщенного пара, МДж/кг.

Расход продувочной воды для котельных установок промышленных предприятий доходит до 5 – 10 % от их паропроизводительности D; для котлов конденсационных электростанций он не превышает 1 – 2 %.

Учитывая, что КПД котла h_к определяется как отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте, с учетом выработки перегретого и насыщенного пара, наличия продувочной воды, можно написать

h_к = 100(ВQ_р^р)^-1[D(i_п.п. – i¢_п.в.) + D_пр(i_к.в. – i¢_п.в.) + D_нас(i_н.п. – i¢_п.в.)], %.

,%

Найденный КПД котла, при определении которого не учитывается собственное потребление энергии, называется КПД брутто котла (обозначается h_бр или h_к).

При определении КПД нетто учитываются затраты энергии и теплоты на собственные нужды (на освещение, привод насосов, вентиляторов, дымососов, механизмов подачи и подготовки топлива и другого вспомогательного оборудования). КПД нетто называют энергетическим КПД котельной установки (обозначается h_н.т. или h_к.у.), он равен

h_к.у. = h_к - 100Q_с.н.(BQ_р^р)^-1, %,

где Q_с.н. – расход теплоты на собственные нужды, МДж/с (МВт).

Определение КПД котла или котельной установки как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте – это определение его по прямому балансу. КПД котла можно определить и по обратному балансу, т.е. через тепловые потери, например,

h_к = 100 – (q_у.г. + q_х.н. + q_{м.н. +} q_{н.о. +} q_{ф.ш. +} q_охл);

h_к = q_пол = 100 - åq_пот,

где q_пол = 100Q_пол/Q_р^р, q_у.г. = 100Q_у.г./Q_р^р и т.д..

Следует заметить, что в нормативном методе расчета котлов и других литературных источниках удельные составляющие баланса котла обычно обозначают цифрами: q_пол = q₁; q_у.г. = q₂; q_х.н. = q₃; q_м.н. = q_4; q_н.о = q_5; q_охл = q₆.

60. то же, что и 59

Применение котлов - утилизаторов на металлургическом заводе. Расчет экономии энергии при использовании КУ. Сравните эффективность использования КУ и рекуператоров для различных топливных печей. Их совместное использование.

Дата добавления: 2015-07-14