Новый метод определения потерь при испытании котельных агрегатов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С, М. КИРОВА Том 89 1957 г.

НОВЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПРИ ИСПЫТАНИИ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

В. Н. СМИРЕНСКИЙ

Проведение балансовых испытаний котельных агрегатов связано с известными трудностями. Затруднения возникают в процессе наблюдений и замеров, проводимых во время самого опыта, и, как следствие, при обработке материалов испытания—определении отдельных потерь и сведении теплового баланса. Поэтому достоверность полученных результатов опыта нередко вызывает сомнения.

Имеется несколько методик сведения тепловых балансов, но все они в той или иной степени обладают различного рода недостатками. В то же время известно, что составление теплового баланса значительно упростилось бы, если бы представилась возможность определить объем газов. Непосредственный замер количества газов применительно к испытаниям котельных агрегатов не может быть осуществлен, но объем г&зов можно найти косвенным путем. Это может быть сделано во всех случаях, когда имеется возможность во время опыта организовать замеры, позволяющие достаточно надежно определить использованное тепло какой-либо поверхностью нагрева (экономайзер или часть его, пароперегреватель, воздухоподогреватель, экономайзер низкого давления). Эта поверхность нагрева должна находиться в газоходе, где уже закончился процесс горения. Наиболее удобным случаем будет, очевидно, установка* с некипящим экономайзером, причем никаких специальных замеров и наблюдений во время опыта не потребуется. Что касается анализа газов на /?02 и Оо, то он должен проводиться достаточно тщательно. Суммарная потеря от механической неполноты горения в этом методе определяется без замеров количества шлака, провала и уноса и без анализа их при прямом сведении теплового баланса.

Для нахождения объема сухих газов может быть использовано балансовое уравнение теплоиспользующей поверхности нагрева, написанное в следующем виде:

(сУ1)'сг + (сЮ)'вп + С}„р - (сУ£)"сг - (сУ0"вп —Яо = Яи ккал\кг. (1)

Все обозначения в этом уравнении понятны.

Если данное уравнение относится, например, к некипящему экономайзеру, то

= (/2 — ккал кг, В

Имея в виду, что объем сухих газов за поверхностью нагрева в „а" раз больше объема до нее, можно из уравнения (1) получить:

у, = Яи~{суьум+т>м-дпр + дь_ (<*)'«-я И"«

В этих выражениях Иэк, В, ¿2, ¿1, с'вп и известны из опыта

или берутся по справочным данным. Теплоемкости сухих газов определяются на основе анализа газов на /?02 до поверхности нагрева и за ней. Если состав сухих газов перед поверхностью—Н0\ -}- /?'2 — 100%, за поверхностью нагрева—4* — 100%, то

^а + С'2#2_ ккал1н^граду (3)

100

где с'з и с\—теплоемкости трех- и двухатомных газов при температуре £. Аналогично определяется и с"а.

НО'

Величина а= " у • Подсчет величин V'вп и Vйвп производится по из-

ЯО 2

вестной формуле:

^ 8,94 Н/! №'' -; 0,13 я I/4 -¡- 100 УРф

80,5

В данном случае можно считать, что

/ НО2 макд п НО2 макс

а =--и а =-,

но<2 /го/

или лучше определять а по известному выражению (10), но без учета СО.

Величину У{) определять по составу рабочего топлива, а тепло присосанного в газоход воздуха по выражению:

С}Пр = (а" — а') У0св ¿в ккал кг. (5)

Принятые выше допущения в отношении а и Ко практически не окажут влияния на искомую величину объема газов. Потеря тепла во внешнюю среду (¿г, может быть оценена в соответствии с конкретными условиями.

Примечание 1. В выражении (2) величины С^пр и малы и имеют противоположные знаки. Кроме того, так как обычно несколько больше С}пр» то выражение для Vсг можно записать в упрощенном виде:

V' _ увп(с'вп £ - с\пГ;) нмг кг

сг~ №'сг-а(аусг

где Увп считать при а = 1. При нахождении объема газов по этому выражению расхождения в результатах расчета, как правило, не превышают сотых долей кубометра для крупных котлоагрегатов.

Найденный таким путем объем сухих газов значительно упрощает дальнейшее определение отдельных членов теплового баланса.

Для определения всех основных потерь котлоагрегата необходимо знать условное количество сгоревшего углерода КРХ и содержание СО в газах. Известно, что

К1 = 0,539 Усг (Я02 + СО) %. (6)

Если в это выражение подставить значение для СО [1]:

СО = 34,71 - 1,66 ¡Юг - 1,65 02 -

7,25 НР - 0,91 ОР + 0,28 № + 0,015

Усг

%, (7)

*го получим:

Ю\ = (18,71-0,356 ЯОг-0,89 02) Усг - 3,91 НР + 0,490Р-

— 0,15 № — 0,008 БРЛ %. (8)

После этого определяется количество несгоревшего углерода СМН — КР—

— КРХ 96.

Так как непосредственный анализ газов на СО мало надежен, то для определения окиси углерода могут быть использованы аналитические выражения (7) или более простое

№

СО=_1___-яо2%.

0,539 Усг

После подстановки в данное выражение соответствующих значений Vсг и /?02' определяется процентное содержание СО' перед поверхностью нагрева. Содержание окиси углерода в уходящих газах будет:

ш?* /<л.

СОУ* = СО' -ОЛ-- %. (9)

Ни 2

Дальше для уходящих газов подсчитываются следующие величины: Коэффициент избытка воздуха

«У* = 79 ОУХ- 0,5 СОУ* ; (10)

1 ~ "21 Щ*

объем водяных паров по выражению (4) и объем сухих газов

После этого обычным путем последовательно находятся отдельные члены теплового баланса: С^, О2, Qф• определяется как остаточный

член баланса.

Рассмотрим теперь случай, когда в продуктах горения кроме СО имеются Н2 и СН4 и анализ газов при испытании производится с дожиганием. В этом случае в некоторые из приведенных формул должны быть внесены соответствующие дополнения. При наличии метана должна быть дополнена формула (3) для теплоемкости и формула (10) для коэффициента избытка воздуха.

При подсчете объема водяных паров по формуле (4) вместо № следует подставить величину Нр — №газ, где количество водорода в Н2 и С//,

НРгаз = 0,09 (Н2 + 2 СИ4) Усг % -Учитывая далее, что (//■> + СНА)" = ——

а

выражение для объема сухих газов перед поверхностью:

получим следующее а

V я а-(с Уьут + {сУП'ЙП - дт + с?5

(а)с\-а(аусг-о,оцн3-{-сн,у[(^увп — шув„] '

В этом выражении Уг 6п и V"вп определяются, как и в первом случае, по выражению (4) без внесения каких-либо поправок, то-есгь с подстановкой только водорода рабочего топлива №.

Условное количество сгоревшего углерода может быть определено из выражения:

Кр\ ~ 0,539 Усг (/?02 + СО+СЯ5) %.

Примечание 2. Для проверки процентного содержания СО в газах может быть использовано выражение (7), дополненное в правой части на основании [1] слагаемым -(- (0,306 Но + 0,96 СН±). Соответственно и выражение (8) для проверки Кр дополнится членом + (0,165 Н2 + 1,Об СЯ4)

При сведении баланса тепла по данному методу получаемые результаты будут тем точнее, чем больше выбранная теплоиспользующая поверхность и меньше значение потери тепла во внешнюю среду. Обычно это соответствует крупным котлоагрегатам.

В помещенной ниже таблице приведены результаты подсчетов испытания котла Шухова-Берлина А-7. В одном случае (Л) теплоиспользующей поверхностью был водяной экономайзер, в другом (Б)—воздухоподогреватель. Потеря тепла во внешнюю среду принята для случая (Л)—0,6% и для случая (Б)—0,35%. Там же для сравнения приведены цифры (в), полученные в результате обработки материалов испытания того же котла по методу эолового баланса [2].

<71 Я'2 Яг Я4 05

Л 70,5 7,1 3,95 12,58 5,87

Б 70,5 7,1 3,88 12,9 5,62

В 70,5 6,62 5,07 12,4 5,41

ЛИТЕРАТУРА

1. Смиренский В. Н.—О новой методике исследования работы котельных установок, „Известия ТПИ", том 63, 1944.

2. Гатеев С. Б.—Теплотехнические испытания котельных установок, Госэнерго-издат, 1954.