Для материального баланса

Примечание:

1. По ходу дымовых газов граница «черного ящика» проводится сразу за последним газоходом КА, где и определяется температура выходящих из него дымовых газов.

2. Выход шлака и проваливающегося через колосниковую решетку топлива имеет место только при работе КА на твердом топливе. Также, в этом случае, дымовые газы содержат в себе некоторое количество золы и мелких частиц самого твердого топлива, выносимых потоком из топки.

Материальный и тепловой балансы составляются для КА, работающего в стационарном (установившемся) режиме. То есть для условий, когда КА работает и значения всех его режимных характеристик остаются неизменными (расход питательной воды, расход топлива, расход воздуха и т.д.).

При стационарном режиме материальный и тепловой балансы характеризуются массовыми расходами, кг / с, и расходом теплоты в единицу времени – мощностью (кДж / с = кВт), соответствующих потоков массы и энергии, входящих и выходящих из рабочего объема КА. Рабочий объем КА включает в себя объем топки и объем всех газоходов, за последним из которых определяется температура выходящих из КА дымовых газов.

Материальные балансы составляются отдельно для рабочего объема КА и отдельно для потоков воды и пара, находящихся во внутритрубном пространстве:

В_Т + G _В = G _ДГ + G _ШЛ + G _ПР, (9.1)

D _ПВ = D _ПП + D _НП + D _ПР, (9.2)

где В_Т – расход топлива, кг / с;

G _В – расход воздуха, поступающего в КА, кг / с;

G _ДГ – расход дымовых газов, выходящих из КА (за последним газоходом), кг / с;

G _ШЛ – расход шлака, образовавшегося после сгорания топлива (выгружаемого из топки), кг / с;

G _ПР – расход топлива, просыпавшегося через колосниковую решетку, кг / с;

D _ПВ – расход питательной воды, поступающей в КА, кг / с;

D _ПР – расход котловой воды, выходящей из КА при продувке, кг / с;

D _ПП и D _НП – расходы перегретого и насыщенного пара соответственно, вырабатываемые КА, кг / с.

Для составления теплового (энергетического) баланса котельный агрегат представляется в виде такого же «черного ящика», работающего в стационарном режиме, с указанием всех энергетических потоков, которые входят в него и выходят из него.

Энергетические потоки, входящие в КА, вносятся соответствующими материальными потоками: питательной водой, топливом и воздухом.

Аналогичным образом дело обстоит и с выходящими из КА энергетическими потоками, за одним исключением. К выходящим потокам дополнительно присоединяется поток энергии, теряемой рабочим объемом КА через обмуровку в окружающую среду из-за разности температур внутри и снаружи КА (за счет наружного охлаждения КА).

Изображенный на рис. 9.1 котельный агрегат является открытой термодинамической системой, которая по определению, может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Как и для любой термодинамической системы, для работающего КА выполняется I закон термодинамики. Рассмотрим работу КА в течение некоторого интервала времени, т.е. процесс перехода термодинамической системы – КА из состояния 1 (начальный момент времени) в состояние 2 (конечный момент времени). В соответствии с I законом термодинамики, для такого процесса в общем виде можно записать:

U ₂ – U ₁ = Q _∑ − L, кДж, (9.3)

где U ₁ и U ₂ – значения внутренней энергии КА в начале и конце процесса соответственно, кДж;

Q _∑ − алгебраическая сумма всех теплот, подведенных к КА и отведенных от него за указанный интервал времени, кДж;

L – механическая работа, совершенная в ходе рассматриваемого процесса 1 – 2 и переданная в окружающую среду, кДж.

Отметим, что внутри КА при его функционировании никакой механической работы не производится, т.е. L = 0. Так как КА работает в стационарном режиме, то его внутренняя энергия не меняется во времени, т.е. U ₂ = U ₁. Следовательно, из (9.3) получаем:

Q _∑ = 0, кДж. (9.4)

Очевидно, что Q_∑ это разность между подводимой и отводимой от КА энергии:

Q _∑ = Q _ПОД – Q _ОТ, кДж, (9.5)

где Q _ПОД и Q _ОТ – суммарные энергии, которые за время рассматриваемого процесса подводятся к КА и отводятся от него соответственно.

Сопоставляя (9.4) и (9.5) получаем:

Q _ПОД = Q _ОТ, кДж. (9.6)

Уравнение (9.6) называется уравнением теплового баланса КА (вытекает из I закона термодинамики).

Разделим обе части равенства (9.6) на длительность интервала времени ∆τ, с, от начального состояния 1 до конечного состояния 2, и введем обозначения и .

Тогда вместо (9.6) получаем:

Q _ВХ = Q _ВЫХ, кДж / с (кВт), (9.7)

где Q _ВХ и Q _ВЫХ – входящие в КА и выходящие из него в единицу времени суммарные потоки энергии.

Подставим в (9.7) вместо Q _ВХ и Q _ВЫХ слагаемые, из которых они состоят. В результате получаем балансовое уравнение для потоков энергии в единицу времени:

Q _ХТ + Q _ФТ + Q _ВОЗД + Q _ПВ = Q _ПП + Q _НП + Q _ПР + Q _ДГ +

+ Q _ХНТ + Q _МНТ + Q _НО + Q _ШЛ, кВт, (9.8)

где Q _ХТ и Q _ФТ – энергия, вносимая топливом, химическая и физическая соответственно, кВт;

Q _ВОЗД – энергия, вносимая воздухом, кВт;

Q _ПВ – энергия, вносимая питательной водой, кВт;

Q _ПП – энергия, выносимая перегретым паром, кВт;

Q _НП – энергия, выносимая насыщенным паром, кВт;

Q _ПР – энергия, выносимая котловой (продувочной) водой, кВт;

Q _ДГ – энергия, выносимая дымовыми газами, включая частицы золы, кВт;

Q _ХНТ – энергия, выносимая из-за химического недожога топлива (химическая энергия неполного сгорания), кВт;

Q _МНТ – энергия, выносимая из-за механической неполноты горения (недожог топлива в шлаке, провал топлива через колосниковую решетку и унос мелких частиц топлива газовым потоком), кВт;

Q _НО – энергия, выносимая из-за наружного охлаждения КА (за счет теплопередачи через ограждения рабочего объема), кВт;

Q _ШЛ – энергия, выносимая со шлаком, кВт.

Представление КА в виде «черного ящика» для составления теплового баланса показано на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Схема котельного агрегата в виде «черного ящика»

Дата добавления: 2015-08-09