РАСЧЕТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ НА РАССЕИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Расчет дымовой трубы на рассеивание в атмосфере загрязняющих веществ состоит в проверке высоты трубы на рассеивание в атмосфере золы, оксидов азота и диоксида серы SO₂ (IV). Высота дымовой трубы должна обеспечивать такое рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере, при котором их концент­рация у поверхности земли будет меньше предельно допускаемой санитарными нормами. Предельно допускаемая концентрация (п.д.к.) не должна превышать для золы и диоксида серы значения 0, 5· 10^-6 кг/м³.

Концентрация загрязняющих веществ (кг/м³) у поверхности земли определяется по формуле

.                                                                               (2.61)

где А — коэффициент стратификации атмосферы, С^2/3· град^1/3; М — масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу из дымовой трубы, кг/с; F — коэффициент, учитывающий ско­рость осаждения загрязняющих веществ в атмосфере; т — коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы; Н — высота дымовой трубы, м; V  — объем продуктов сгорания, проходящих через дымовую трубу, м³/с; Δ t=θ - t _в — разность между температурой газов на выхо­де из дымовой трубы θ  и температурой окружающего воздуха t _в, °C; С_ф — фоновая концентрация загрязняющих веществ в ат­мосфере, кг/м³.

Масса золы (кг/с), выбрасываемой в атмосферу из дымовой трубы,

М=0, 01пВ_ра_унА^р,                                                                                                     (2.62)

где п — число котлоагрегатов, подсоединенных к трубе; В_р — расчетный расход топлива, кг/с; а_ун — доля золы топлива, уноси­мая дымовыми газами.

Масса диоксида серы (кг/с), выбрасываемого в атмосферу из дымовой трубы,

М=0, 01пВ_рS ,                                                                                            (2.63)

где М =64, M_S=32 — относительные молекулярные массы ди­оксида серы и серы.

Задача 2.105. Определить концентрацию диоксида серы у по­верхности земли для котельной, в которой установлены два одинаковых котлоагрегата, работающих на высокосернистом ма­зуте состава: С^p=83%; Н^р=10, 4%; S =2, 8%; O^p=0, 7%; A ^р=0, 1%; W^p=3, 0%, если известны высота дымовой трубы Н=31м, расчетный расход топлива В_р=0, 525 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу θ _{д m} =180°С, температура газов на выходе из дымовой трубы θ =186°С, коэффициент избытка воздуха перед трубой α _{д m}=1, 5, температура окружающего воз­духа t _в=20°С, барометрическое давление воздуха h _б=97· 10³ Па, коэффициент, учитывающий скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F =1, 0, коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания газов из устья дымовой трубы т =0, 9, коэф­фициент стратификации атмосферы А=120 с^2/3· град^1/3 и фоновая концентрация загрязнения атмосферы диоксидом серы С_ф=0, 03· 10^-6 кг/м³.

Решение: Теоретически необходимый объем воздуха опреде­ляем по формуле (1.27):

V⁰=0, 089C^p+0, 226H^p+0, 033(S -O^p)=0, 089· 83+0, 266· 10, 4+0, 033(2, 8-0, 7)=10, 2 м³/кг.

Теоретический объем продуктов полного сгорания находим по формуле (1.36):

V =0, 0187(C^P+0, 375S ) +0, 0124(9H^p+W^p)+0, 0161V ⁰=

=0, 0187(83+0, 375· 2, 8)+0, 79· 10, 2+0, 0124(9· 10, 4+3, 0)+0, 0161· 10, 2=10, 99 м³/кг.

Объем дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, определяем по формуле (2.57):

= =29 м³/с.

Массу диоксида серы, выбрасываемого в атмосферу из дымо­вой трубы, находим по формуле (2.63):

М=0, 01пВ_рS =0, 01· 2· 0, 525· 2, 8· 64/32=0, 059 кг/с.

Концентрацию оксида серы у поверхности земли определяем по формуле (2.61):

=0, 45· 10^-6 кг/м³.

Задача 2.106. Определить концентрацию диоксида серы у по­верхности земли для котельной, в которой установлены три одинаковых котлоагрегата, работающих на донецком угле марки Т состава: C^p= 62, 7%; Н^р=3, 1%; S =2, 8%; N^p=0, 9%; O^p=1, 7%; А^р=23, 8%; W^p=5, 0%, если известны высота дымовой трубы Н=32 м, расчетный расход топлива B _р=0, 35 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу θ _{д m} =180°С, температура газов на выходе из дымовой трубы θ =185°С, коэффициент избытка воздуха перед трубой α _{д m}=1, 7, температура окружающего воз­духа t _в=20°С, барометрическое давление воздуха h _б=97· 10³ Па, коэффициент, учитывающий скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F =1, 0, коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы, m=0, 9, коэффици­ент стратификации атмосферы А=120 с^2/3· град^1/3 и фоновая концентрация загрязнения атмосферы диоксидом серы С_ф=0, 03· 10^-6 кг/м³.

Ответ: С=0, 5· 10^-6 кг/м³.

Задача 2.107. Определить концентрацию золы у поверхности земли для котельной, в которой установлены два одинаковых котлоагрегата, работающих на кузнецком угле марки Д состава: С^р=58, 7%; Н^р=4, 2%; S =0, 3%; N^p=1, 9%; O^p=9, 7%; A ^р=13, 2%; W^p=12, 0%, если известны высота дымовой трубы Н=32 м, расчетный расход топлива B_p=0, 225 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу θ _{д m} =182°С, температура газов на выходе из дымовой трубы θ =188°С, коэффициент избытка воздуха перед трубой α _{д m}=1, 75, температура окружающего воз­духа t _в=20°С, барометрическое давление воздуха h _б=97· 10³Па, доля золы топлива, уносимая дымовыми газами а_ун=0, 85, коэф­фициент, учитывающий скорость осаждения золы в атмосфере, F =1, 0, коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы, т=0, 9, коэффициент стратификации атмосферы А=120 с^2/3· град^1/3 и фоновая концентрация загрязнения атмосферы золой С_ф=0, 02· 10^-6 кг/м³.

Ответ: С=0, 49· 10^-6 кг/м³.

Задача 2.108. Определить высоту дымовой трубы котельной, в которой установлены три одинаковых котлоагрегата, работа­ющих на донецком угле марки А состава: С^р=63, 8%; Н^р=1, 2%; S =1, 7%; N^p=0, 6%; О^р=1, 3%; A^p=22, 9%; W^p=8, 5%, если известны расчетный расход топлива B _р=0, 63 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу θ _{д m} =178°С, температура газов на выходе из дымовой трубы θ =184°С, коэффициент избытка воздуха перед трубой α _{д m}=1, 7, температура окружающего воз­духа t _в=20°С, барометрическое давление воздуха h _б=97· 10³ Па, коэффициент, учитывающий скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F =1, 0, коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы, т=0, 9, коэффициент стратификации атмосферы А=120 с^2/3· град^1/3, фоновая концентрация загрязнения атмосферы диоксидом серы С_ф=0, 03· 10^-6 кг/м³ и п.д.к. диоксида серы у поверхности земли С=0, 5· 10^-6 кг/м³.

Ответ: Н=30 м.

Задача 2.109. Определить высоту дымовой трубы котельной в которой установлены два одинаковых котлоагрегата, работающих на ангренском угле марки Б2 состава: С^р=39, 8%; Н^р=2, 0%; S =1, 3%; N^p=0, 2%; О^р=9, 1%; А^р=13, 1%; W^p=34, 5%, если известны расчетный расход топлива В_р=0, 21 кг/с, температура газов на входе в дымовую трубу θ _{д m} =179°C, температура газов на выходе из дымовой труб θ =183°С, коэффициент избытка воздуха перед трубе α _{д m}=1, 75, температура окружающего воздуха t _в=20°С, барометрическое давление воздуха h _б=97· 10³ Па, доля золы топлив уносимая дымовыми газами, а_ун=0, 85, коэффициент, учитывающий скорость осаждения золы в атмосфере, F=1, 0, коэффициент, учитывающий условия выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы, т=0, 9, коэффициент стратификации атмосферы А=120 с^2/3· град^1/3, фоновая концентрация загрязнения атмосферы золой С_ф=0, 02· 10^-6 кг/м³ и п. д. к. золы у поверхности земли С=0, 5· 10^-6 кг/м³.

Ответ: Н=34 м.

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Для подогрева сетевой, сырой и химически очищенной воды в котельных с водогрейными котлами применяются водоводяные теплообменники, а в котельных с паровыми котлами — пароводяные теплообменники (подогреватели).

Водоводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с) воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q = W ₁ c_{p 1}(t - t )η = W ₂ c_{p 2}(t - t ),                                                                         (2.64)

где W ₁ — расход нагревающей воды, кг/с; W ₂ — расход нагреваемой воды, кг/с; c_{p 1} и с_р2 — средние массовые теплоемкости нагревающей и нагреваемой воды при постоянном давлении кДж/(кг· К), t  и t  —температуры нагревающей воды на входе и выходе, °С; t  и t  — температуры нагреваемой воды на входе и выходе °С; η — коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника определяется из уравнения теплопередачи

,                                                                                                         (2.65)

где k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м²· К); Δ t_cp — средний температурный напор в теплообменнике, °С.

Средний температурный напор в прямоточном теплооб­меннике

.                                                                                         (2.66)

Средний температурный напор в противоточном теплооб­меннике

.                                                                                    (2.67)

Если ≤ 1, 7, то средний температурный напор в теплообменнике находится по формуле

.                                                                                          (2.68)

Пароводяные теплообменники. Количество теплоты (кДж/с), воспринятое нагреваемой водой в теплообменнике, определяется по формуле

Q'=D₁(i" -i )η =W₂c_p2(t -t ),                                                                                 (2.69)

где D ₁ — расход нагревающего пара, кг/с; i " — энтальпия нагре­вающего пара, кДж/кг; i  — энтальпия конденсата, кДж/кг.

Поверхность нагрева (м²) теплообменника находится из урав­нения теплопередачи

.                                                                                                             (2.70)

Средний температурный напор как в прямоточном, так и в противоточном пароводяном теплообменнике

,                                                                                (2.71)

где t_n — температура нагревающего пара, °С.

Задача 2.110. Определить расход нагреваемой воды и поверх­ность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагревающей воды W ₁=15 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t =120°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t =80°C, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t =10°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплооб­менника t =60°С, коэффициент теплопередачи k =1, 9 кВт/(м²· К) и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η =0, 98.

Решение: Количество теплоты, воспринятое нагреваемой во­дой в теплообменнике, определяем по формуле (2.64):

Q = W ₁ c_{p 1}(t - t )η =15· 4, 19(120-80)0, 98=2463, 7 кДж/с.

Расход нагреваемой воды в теплообменнике находим из формулы (2.64):

=11, 8 кг/с.

Средний температурный напор в прямоточном теплообмен­нике определяем по формуле (2.66):

=53°C.

Поверхность нагрева теплообменника находим по формуле (2.65):

=24, 5 м².

Задача 2.111. Определить поверхность нагрева противоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагре­ваемой воды W ₂=5 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t =97°C, температура нагревающей воды на выходе из теплообменника t =63°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t =17°C температура нагрева­емой воды на выходе из теплообменника t =47°C и коэффициент теплопередачи k =1, 1 кВт/(м²· К).

Ответ: F=11, 8 м².

Задача 2.112. Определить расход нагревающего пара и повер­хность нагрева противоточного пароводяного теплообменника, если известны расход нагреваемой воды W ₂=5, 6 кг/с, давление нагревающего пара p_n=0, 12 МПа, температура нагревающего пара t_n=104°С, энтальпия конденсата i =436 кДж/кг, температу­ра нагреваемой воды на входе в теплообменник t =12°С, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t =42°C, коэффициент теплопередачи k =1, 05 кВт/(м2К) и ко­эффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η =0, 97.

Ответ: D ₁ =0, 32 кг/с; F =20, 3 м².

Задача 2.113. Определить расход нагреваемой воды и сред­ний температурный напор в прямоточном пароводяном теплооб­меннике, если известны расход нагревающего пара D ₁ =1 кг/с, давление нагревающего пара p _п=0, 118 МПа, температура нагре­вающего пара t_n=104°C, энтальпия конденсата i =436 кДж/кг, температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t =10°C, температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника t =36°С и коэффициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в окружающую среду, η =0, 98.

Ответ: W ₂=20, 2 кг/с; Δ t_cp=80°С.

Задача 2.114. Определить поверхность нагрева прямоточного водоводяного теплообменника, если известны расход нагрева­ющей воды W ₁=2 кг/с, расход нагреваемой воды W ₂=2, 28 кг/с, температура нагревающей воды на входе в теплообменник t =97°С, температура нагреваемой воды на входе в теплообмен­ник t =17°C, температура нагреваемой воды на выходе из тепло­обменника t =47°C, коэффициент теплопередачи k=0, 95 кВт/(м²· К) и коэффициент, учитывающий потери тепло­ты теплообменником в окружающую среду, η =0, 97.

Ответ: F=1, 6 м².

ПИТАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Питательные устройства предназначены для подачи воды в котлы и перемещения ее по трубопроводам. Питательные устройства состоят из насосов, питательных и конденсатных баков и трубопроводов.

Питательные насосы. Расчетная производительность пита­тельного насоса (м³/с) определяется по формуле

Q _пн=β ₁D_max/ρ ,                                                                                                     (2.72)

где D_max — максимальная паропроизводительность котельной, кг/с; ρ — плотность воды, кг/м³; β ₁ — коэффициент запаса по паропроизводительности котельной.

Расчетный напор (Па) питательного насоса

H _пн=β ₂(р_к+Н_сет),                                                                                                     (2.73)

где р_к — давление в барабане котла, равное давлению, на кото­рое отрегулирован предохранительный клапан, Па; Н_сет — со­противление всасывающего и нагнетательного трубопроводов, Па; β ₂ — коэффициент запаса по напору.

Мощность (кВт) электродвигателя для привода питательного насоса

N =(Q _пн Н_пн/η _пн)10^-3,                                                                                         (2.74)

где η _пн — кпд питательного насоса.

Задача 2.115. Определить расчетную производительность и расчетный напор питательного насоса для котельной с мак­симальной паропроизводительностью D_{m ах}=5, 56кг/с, если изве­стны давление в барабане котла р_к=1, 4 МПа, плотность воды ρ =958 кг/м³, сопротивление всасывающего и нагнетательного трубопроводов Н_сет=0, 2МПа, коэффициент запаса по паропроизводительности котельной β ₁=1, 2 и коэффициент запаса по напору β ₂=1, 1.

Ответ: Q _пн=7· 10^-3 м³/с; Н_пн=1, 76 МПа.

Задача 2.116. Определить мощность электродвигателя для привода питательного насоса для котельной с максимальной паропроизводительностью D_max=8, 34 кг/с, если известны давле­ние в барабане котла р_к=2, 4 МПа, температура перекачиваемой воды t _пв=100°С, сопротивление всасывающего и нагнетатель­ного трубопроводов Н_сет=0, 2 МПа, коэффициент запаса по паропроизводительности котельной β ₁=1, 2, коэффициент запаса по напору β ₂=1, 1 и кпд питательного насоса η _пн=0, 8.

Решение: Расчетную производительность питательного насо­са определяем по формуле (2.72):

Q _пн=β ₁ D_max/ρ =1, 2· 8, 34/958=10, 4· 10^-3 м³/с.

Расчетный напор питательного насоса находим по формуле (2.73):

H _пн=β ₂(р_к+Н_сет)=1, 1(2, 4+0, 2)=2, 86 МПа.

Мощность электродвигателя для привода питательного насо­са определяем по формуле (2.74):

N =(Q _пн Н_пн/η _пн)10^-3=(10, 4· 10^-3· 2, 86· 10⁶/0, 8)10^-3=37, 2 кВт.

Задача 2.117. Определить расчетную производительность и расчетный напор питательного насоса котельной, если извест­ны давление в барабане котла р_к=3, 6 МПа, сопротивление вса­сывающего и нагнетательного трубопроводов Н_сет=0, 2 МПа, коэффициент запаса по напору β ₂=1, 1, мощность электродвигателя для привода питательного насоса N =100 кВт и кпд питатель­ного насоса η _пн=0, 75.

Ответ: Q _пн=1, 8· 10^-2 м³/с; Н_пл=4, 2 МПа.

Задача 2.118. Определить мощность электродвигателя для привода питательного насоса для котельной с максимальной паропроизводительностью D_max=1, 8 кг/с, если известны давле­ние в барабане котла р_к=2, 4 МПа, плотность воды ρ =958 кг/м³, сопротивление всасывающего и нагнетального трубопроводов Н_сет=0, 15 МПа, коэффициент запаса по паропроизводительности котельной β ₁=1, 2, коэффициент запаса по напору β ₂=1, 1 и кпд питательного насоса η _пн=0, 74.

Ответ: N =8, 5 кВт.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОДУВКИ И РАСЧЕТ РАСШИРИТЕЛЯ (СЕПАРАТОРА) НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОДУВКИ

Непрерывная продувка паровых котлоагрегатов осуществля­ется для поддержания в допустимых пределах концентрации солей в котловой воде и получения пара надлежащей чистоты.

Величина непрерывной продувки выражается в процентах от паропроизводительности котельного агрегата, т. е.

P =(W _пр / D)100,                                                                                                   (2.75)

где D — паропроизводительность котельного агрегата, кг/с; W _пр — количество продувочной воды, кг/с.

Количество (кг/с) продувочной воды определяется из уравне­ния солевого баланса котлоагрегата по формуле

,                                                                                                 (2.76)

где S _пр, S _пв — соответственно солесодержание питательной воды и продувочной воды, кг/кг.

Количество пара (кг/с), выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса расширителя по формуле

,                                                                                                  (2.77)

где i  — энтальпия продувочной воды при давлении в котле, кДж/кг; i  — энтальпия воды при давлении в расширителе, кДж/кг; i  — энтальпия пара при давлении в расширителе, кДж/кг; х — степень сухости пара, выходящего из расширителя.

Расход воды (кг/с) на выходе из расширителя

W_p = W_np - D_p.                                                                                                        (2.78)

Задача 2.119. Определить величину непрерывной продувки и расход воды на выходе из расширителя непрерывной продувки котельного агрегата паропроизводительностью D=5, 56 кг/с, ес­ли давление в котле p ₁=1, 37 МПа, давление в расширителе р₂=0, 118 МПа, степень сухости пара, выходящего из расшири­теля, х=0, 98, солесодержание питательной воды S _пв=8, 75· 10^-5 кг/кг и солесодержание продувочной воды S _пр=3· 10^-3 кг/кг.

Решение: Количество продувочной воды определяем по формуле (2.76):

=0, 167 кг/с.

Величину непрерывной продувки находим по формуле (2.75):

P =(W _пр / D)100=(0, 167/5, 56)100=3%.

Пользуясь табл. 2 (см. Приложение), находим энтальпию продувочной воды i =825 кДж/кг, энтальпию воды i =436 кДж/кг и энтальпию пара i =2680 кДж/кг.

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, опре­деляем по формуле (2.77):

=0, 03 кг/с.

Расход воды на выходе из расширителя непрерывной продув­ки находим по формуле (2.78):

W_p = W_np - D_p=0, 167-0, 03=0, 137 кг/с.

Задача 2.120. Определить величину непрерывной продувки и количество пара, выделяющегося из продувочной воды в рас­ширителе непрерывной продувки котельного агрегата паропро­изводительностью D =4, 16 кг/с, если давление в котле р₁=1, 37 МПа, давление в расширителе р₂=0, 12 МПа, степень су­хости пара, выходящего из расширителя, х=0, 98, солесодержа­ние питательной воды S _пв=9· 10^-5 кг/кг и солесодержание про­дувочной воды S _пр=3, 1· 10^-3 кг/кг.

Ответ: Р=3%; D_p=0, 02 кг/с.

Задача 2.121. Определить количество продувочной воды и расход воды на выходе из расширителя непрерывной продувки котельного агрегата паропроизводительностью D =6, 9 кг/с, если величина непрерывной продувки Р=4%; энтальпия продувочной воды i =836 кДж/кг, давление в расширителе р₂=0, 12 МПа и степень сухости пара, выходящего из расширителя, х=0, 98.

Ответ: W_np=0, 276 кг/с; W_p =0, 226 кг/с.

⇐ Предыдущая1234567

Поделиться: