Анализ теплотехнической эффективности оборудования

(погрешность расчета %).

Действительные  объемы продуктов горения при  коэффициенте избытка воздуха в  уходящих газах  определяем по формулам из [3] :

объем водяных  паров

  м³/кг;

объем дымовых  газов

  м³/кг;

объемные  доли трехатомных газов

Масса продуктов  сгорания находится по формуле (с.14) из [5]:

Концентрацию  золы в дымовых газах находим по формуле из [3] :

  кг/кг.

 

2.3. Определение жаропроизводительности топлива, температур

горения топлива и теплоты сгорания  топлива

 

Жаропроизводительность  топлива – это максимальная температура  горения топлива, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха (α=1), то есть когда выделяемая топливом теплота полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Жаропроизводительность топлива определяет эффективность его использования. При ее расчете принимаем температуру и давление при н.у. (0ºС;101,3 кПа).

Без учета  влаги в воздухе

,

где = 5,306 м³/кг – объем газов при α=1;

c =1,684 кДж/(кг· К) – средняя теплоемкость газов для всех видов топлив из [3].

С учетом влаги в воздухе

,

где =4,59 м³/кг – объем воздуха при α=1.

С учетом расхода теплоты на расплавление золы и испарение влаги, содержащейся в воздухе

Калориметрическая температура (t_к) – максимальная температура горения, без учета диссоциации продуктов сгорания, на которую расходуется теплота, обуславливающая снижение температуры горения.

ºС  – при α=1,4;

ºС  – при α=1.

Теоретическая (адиабатическая) температура горения топлива – это температура, определяемая с учетом теплоты диссоциации (Q_дис), которая имела бы место в условиях полного отсутствия теплообмена между продуктами сгорания и поверхностями нагрева, то есть, если бы процесс протекал адиабатически.  Величину теоретической температуры горения топлива определяем по тепловыделению в топке при  коэффициенте избытка воздуха α =1,4 по формуле [3]

.

На практике при сжигании твердых и жидких топлив с избытком воздуха (α =1) теплотой диссоциации пренебрегают, и расчет t_теор ведут по энтальпии воздуха и продуктов сгорания для соответствующих топлив с учетом подачи в топку горячего воздуха (в нашем случае температура горячего воздуха составляет 200°С).

Теоретическую температуру горения  определяем с помощью энтальпий, рассчитанных по формулам из [3] :

При температуре газов и воздуха 200°С

Теоретическая энтальпия воздуха 

,

где – удельные энтальпии продуктов сгорания и воздуха из таблицы (с.29) из [3] .

Теоретическая энтальпия продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

При температуре газов и воздуха 1600°С :

Теоретическая энтальпия воздуха

.

Теоретическая энтальпия продуктов  сгорания

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

.

 

При температуре газов и воздуха 1800 °С

Теоретическая энтальпия воздуха 

.

Теоретическая энтальпия продуктов  сгорания

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

.

При температуре газов и воздуха 2100°С :

Теоретическая энтальпия воздуха:

.

Теоретическая энтальпия продуктов  сгорания:

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

.

При температуре газов и воздуха 2200°С

Теоретическая энтальпия воздуха 

.

Теоретическая энтальпия продуктов  сгорания

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

.

При температуре газов и воздуха 2300°С

Теоретическая энтальпия воздуха:

.

Теоретическая энтальпия продуктов  сгорания:

Энтальпия продуктов сгорания при  α = 1,4

.

Теоретические и действительные энтальпии  продуктов сгорания и теоретические энтальпии воздуха, рассчитанные при заданных температурах (см. выше по тексту) приведены в табл. 6.

 

Таблица 6 – Энтальпии продуктов сгорания и воздуха

Энтальпия, кДж/кг	Температура продуктов сгорания, ºС
	200	1600	1800	2100	2300
	1199,92	10801,56	12283,12	14986,9	16040,306
	1492,9	14080,88	116063,44	19076,11	21104,17
	1972,87	18401,501	20976,29	25070,87	27520,29

Уравнение, отвечающее значению t_теор имеет вид:

;

 (кДж/кг) при ;

  (кДж/кг) при ;

  (кДж/кг) при ;

  (кДж/кг) при .

По полученным значениям энтальпий продуктов  сгорания, методом интерполяции, определяем соответственно при и при теоретическую температуру горения по [3] :

ºС  при  ;

ºС  при .

Расчетная температура (t_рас) – это температура горения с учетом диссоциации продуктов сгорания и теплоты подогрева воздуха (Q_р=I_р), низшей теплоты сгорания топлива Q^р _н, содержания в продуктах сгорания избыточного воздуха . Определяется t_рас по формуле из [3]:

ºС  при  ;

ºС  при ,

где ψ – поправочный коэффициент.

Теплота сгорания топлива – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (кг) в случае сжигания твердого (жидкого топлива) или единицы объема (м³) в случае сжигания газообразного топлива.

Для расчета теплоты сгорания топлива  по элементарному составу используем формулу Менделеева из [3]:

 МДж/кг;

табличное значение из [4] составляет

(погрешность расчета %).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В  курсовой работе рассмотрена  возможность совместной работы выбранного оборудования (котельной – три котла и паротурбинной установок с четырьмя турбинами П-6-3,43/0,49) и проведена оценка эффективности их работы.

Выбраны три котла типа Е-75-3,9, которые подходят по техническим параметрам (P=3,43 МПа, t=435 ºC) для П-6-3,43/0,49.

Построен  цикл Ренкина в T,S и h,S-диаграммах (рис. 4 ,5) и определены параметры основных точек рабочего цикла. Рассчитаны технологические и эксплутационные показатели ПТУ. Основные показатели составили:

термический КПД цикла Ренкина η_t=37,63%;

абсолютный  внутренний КПД η_i=32,93%.

Также определили удельный расход пара на турбину d=4,02 кг/(кВт ч), расход топлива на выработку электрической энергии = т/ч и коэффициент использования топлива .

Уточнен состав оборудования ПТУ (3 котла марки Е-75-3,9 и 4 турбины П-6-3,43/0,49). Выполнены расчеты:

теплового баланса и КПД (брутто) котла  ;

тепловые  потери (q₂=6,83%; q₃=0%; q₄=0,5%; q₅=0,65; q₆=0,02%);

расход  топлива, подаваемого в топку B=4,67 т/ч;

расход  условного топлива B_у=7,38 т у.т./ч и коэффициент сохранения теплоты φ=0,41.

Для оценки эффективности использования теплоты  продуктов сгорания выполнены расчеты:

жаропроизводительности  топлива: с учетом ( ºС)/без учета влаги в воздухе ( ºС) и с учетом расхода теплоты на расплавление золы и испарение влаги, содержащейся в воздухе ( ºС);

температур  горения топлива: калориметрической ( ºС при α=1,4 и ºС при α=1), теоретической ( ºС при и ºС при ) и расчетной ( ºС при и ºС при );

теплоты сгорания топлива ( МДж/кг) по элементарному составу по формуле Менделеева. Погрешность расчета составила 11,4 %.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Картавская  В.М., Коваль Т.В. Анализ теплотехнической  эффективности оборудования: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во  ИрГТУ, 2008. 160 с.

2. Справочное  пособие теплоэнергетика электрических  станций/под ред. А.М. Леонкова. – Мн.: Беларусь, 1974. – 368 с.

3. Сорокина Л.А. Топливо и основы теории горения: учеб. пособие. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. – 78 с.

4. Кудряшов А.Н. Тепловой расчёт паровой турбины: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. – 87 с.

5. Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд-во МЭИ, 1999. – 168 с.