Litres Baner
Нефтяные котлы-утилизаторы

Константин Владимирович Ефанов
Нефтяные котлы-утилизаторы

Как правило уравнения теплового баланса записывают в теплотехнике при принятии располагаемой теплоты за 100%:




Располагаемая теплота состоит из низшей теплоты сгорания (см. выше), физической теплоты газообразной смеси, внесенной теплоты с подогретым от какого-либо источника воздуха вне воздухоподогревателя котла-утилизатора [6, 7]:



Физическая теплота смеси [6, 7]:



При этом теплота отходящих газов равна их энтальпии



По указанию [6] значением пренебрегают



Теплота, выносимая из котла с отходящими газами [6, 7]:





– энтальпия продуктов сгорания;



– энтальпия теоретического расхода холодного воздуха;



– коэффициент избытка воздуха в отходящих газах.

Теплота, вносимая с подогретым воздухом вне подогревателя равна разности энтальпий на входе в воздухоподогреватель и холодного воздуха [6, 7]:



Тепловыделение в топке котла-утилизатора [6, 7]:



Паропроизводительность котла-утилизатора без промежуточного перегрева пара (с отсутствием вторичного пароперегревателя) [6, 7]:



qх – потери от неполноты химических реакций сгорания

Рассмотрим расчет теплообмен на поверхностях нагрева

Для всех тепловых устройств, входящих в состав котла-утилизатора (пучков испарения, воздухоподогревателя, пароперегревателя, экономайзера) рассчитываются тепловые балансы и теплопередача.

Основание методики расчета [7] в том, что тепло от горячего теплоносителя равно теплу, полученному холодным теплоносителем за вычетом потерь.

Для тепловых устройств котла теплота, переходящая от горячего к холодному теплоносителю, определяется по формуле [6]:



При отсутствии присоса воздуха в газоход



Уравнение теплопередачи используется общеизвестное:



Коэффициент теплопередачи рассчитывается по общеизвестным формулам.

Коэффициент теплоотдачи путем конвекции определяется также по известным формулам. Для его расчета находят критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля.

Скорость продуктов сгорания [7]:



Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитывается по известной формуле по закону Стефана-Больцмана.

По данным [7] расчет поверхности нагрева прекращается при условии невязки баланса:



В расчете котла-утилизатора находят паропроизводительность, температуру горения, коэффициент использования теплоты.

Энергетический баланс графически показывается на диаграмме потоков энергии Сенкея, графику цитируем по источнику [8]:



На диаграмме Сенкея ширина каждой полосы соответствует величине соответствующей энергии

4. Эксергетический анализ котла-утилизатора

Эксергией является максимальная работа, совершаемая системой при обратимом переходе в равновесие с окружающей средой [9]. По эксергии оценивается резервы утилизации вторичных энергоресурсов (пригодность энергии для совершения работы).

Эксергию делят на химическую и потоковую.

Химическая эксергия для газообразных углеводородов [6,7] определяется по низшей теплоте сгорания углеводородов:



Эксергия потока [6, 7], отнесенная к единице массы потока:



Баланс эксергии:





То есть состоит из химической эксергии отходящих газов, их физической эксергии, эксергии потока воздуха и эксергии питательной виды на входе в экономайзер [7]:





То есть состоит из эксергии потока перегретого пара, уходящих продуктов сгорания, продуктов неполного сгорания смеси в топке котла (эксергия химического недожога), несгоревшего топлива (эксергия физического недожога, для газообразных веществ равна нулю), потока теплоты наружу через стенки (наружное охлаждение).

Потери эксергии



складываются из потерь на необратимое горение и потерь на теплообмен.

Эксергетический КПД:



Диаграмма Грасмана-Шаргута показывает результаты эксергетического анализа. Графику диаграммы приводим по данным [7]:



Потоки эксергии показываются в виде полос, ширина которых соответствует процентному соотношению. Разность полос показывает потери эксергии [8].

Рейтинг@Mail.ru