КОНТРОЛЬНЫЙ листок
СРОКОВ ВОЗВРАТА
КНИГА ДОЛЖНА БЫТЬ
ВОЗВРАЩЕНА НЕ ПОЗЖЕ
УКАЗАННОГО ЗДЕСЬ СРОКА
Колич. пред, выдач
I
Г 3 ТМО Т. ' 1 млн. 3. 91—82
Г. П. ПАНКРАТОВ
Сборник
задач
по
теплотехнике
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов неэнергетических
специальностей вузов
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1986
ББК 31.3
П16
УДК 621.1.016
Рецензенты: кафедра теплотехники Московского ордена
Трудового Красного Знамени технологического института мясной н
молочной промышленности (зав. кафедрой проф. С. И. Ноздрин);
проф. Г. И. Делягин (Московский ордена Трудового Красного Зна-
мени инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева)
Панкратов Г. П.
П16 Сборник задач по теплотехнике: Учеб, пособие
для неэнергетич. спец, вузов. — 2-е изд., перераб. и
доп. — М.: Высш, шк., 1986. — 248 с., ил.
45 к.
Сборник содержит задачи, необходимые для практического усвое-
ния курса «Теплотехника», В каждой гласе кроме задач приведены
расчетные формулы н пояснения к ним. Все задачи имеют ответы, ти-
повые приведены с решениями.
Второе издание (1-е —1977 г.) дополнено задачами по золовому
износу н низкотемпературной коррозии, защите окружающей среды от
загрязняющих веществ. теплообменным аппаратам, питательным
устройствам, вентиляторам. Добавлены новые главы «Теплоснабжение
предприятий промышленности» и «Вторичные энергоресурсы».
„ 2303010000—127
П -------------- 123—86
001(01)—86
ББК 31.3
6П2.2
Герман Петрович Панкратов
СБОРНИК
ЗАДАЧ
ПО
ТЕПЛОТЕХНИКЕ
Зав. редакцией К. И. Аношина. Редактор Л. Н. Шатунова.
Мл. редакторы Н. М. Иванова, Н. М.. Щепина, Художественный
редактор Т. А. Дурасова. Технический редактор Э. М. Чижевский.
Корректор Р. К. Косинова
ИБ № 5774
Изд. № ОТ-528 Сдано в набор 26.09.85. Подп. в печать 07.01.86.
Формат 84X108/32 Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая
Объем 13.02 усл. печ. л. + 0,2! усл. п. л. (вкладка) 13,44 усл. кр.-отт.
12,51 уч. изд. л. 4- вкладка 0,41 уч.-изд. л. Тираж 30 000 экз. Зак. А? 1088
Цена 45 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4. Нсглинная ул., д. 29/14.
Московская типография № 4 «Союзполнграфпрома»
прн Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
J29041, Москва, Б. Переяславская. 46
БИБЛИОТЕКА i © Издательство «Высшая школа», 1977
v тЭ'тдаТельство «Высшая школа», 1986, с изменениями
<нмитехми«««оиегв 1
мнетмгут*
гор ««Ожоомф,
ПРЕДИСЛОВИЕ
Второе издание сборника задач по теплотехнике («Теплоэнерге-
тические установки») соответствует программе курса «Теплотехни-
ка», утвержденной Министерством высшего н среднего специального
образования СССР в 1981 г., и предназначено в качестве учебного
пособия для студентов иеэнергетнческих специальностей высших
учебных заведений.
Курс теплотехники для иеэнергетнческих специальностей вузов
является общетехнической дисциплиной, изучающей методы получе-
ния и преобразования теплоты, а также принципы действия и конст-
руктивные особенности теплоэнергетических установок. Задачей это-
го курса является подготовка специалистов, владеющих навыками
грамотной эксплуатации теплоэнергетического оборудования.
Теплоэнергетические установки, потребляющие около 1,2 млрд, т
условного топлива в год, широко применяются в промышленности,
на транспорте и в сельском хозяйстве.
Экономия и рациональное использование топливно-энергетиче-
ских ресурсов страны, защита окружающей среды от загрязнения —
важнейшие народнохозяйственные задачи, изложенные в постанов-
лении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 4 июля 1981 г. Осо-
бое значение эти задачи приобретают в свете выполнения Энергети-
ческой программы, рассчитанной на длительную перспективу, а их
успешное выполнение в значительной мере определяется уровнем
теплотехнической подготовки инженерно-технических работников
различных отраслей народного хозяйства страны.
Пособие содержит кроме задач основные расчетные формулы и
пояснения к ннм. К задачам даны ответы, а часть наиболее харак-
терных н сложных задач снабжена подробными решениями. Приве-
ден необходимый для решения задач справочный материал. При со-
ставлении задач использована Международная система единиц (СИ).
Автор выражает благодарность рецензентам за ценные замеча-
ния, сделанные ими при рецензировании книги.
Автор
ГЛАВА 1
ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ И ГАЗООБРАЗНЫЕ
ТОПЛИВА
§ 1.1. СОСТАВ ТОПЛИВА
Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углеро-
да — С, водорода — Н, летучей серы — 5Л = Sop + SK) и
негорючих (азота — N и кислорода — О) элементов и бал-
ласта (золы А, влаги — Ц7).
Газообразные топлива состоят из горючих (СО, Н2,
СН4, CmHn) и негорючих (N2, О2, СО2) газов и небольшого
количества водяного пара (Н2О).
При изучении характеристик твердых и жидких топлив
и их состава различают рабочую, горючую и сухую массу.
Состав рабочей, горючей и сухой массы обозначается соот-
ветственно индексами «р», «г» и «с» и выражается следующими
равенствами:
О’ +	Н₽ +	SS + N₽ + Ор + Ар + № =	100	%;	(1.1)
Сг +	Нг +	Бл + Nr + Ог = 100 %;	(1.2)
Сс +	Нс +	5л + № + Ос + Ас = 100 %.	(1.3)
В формулах (1.1), (1.2), (1.3) содержание	элементов да-
но в процентах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета
состава топлива из одной массы в другую приведены в
табл. 1.1.
Для сланцев состава (С₽, Н₽, SS, №, Ор, Ар, И^р) пере-
счет с рабочей массы на горючую осуществляется с помо-
щью коэффициента
K=100/p00-AP-lFP-(CO2)P],	(1.4)
где AS — истинная зольность рабочей массы, %; W''—
влажность рабочей массы, %; (CO2)S — содержание угле-
кислоты карбонатов, %.
Истинная зольность рабочей массы определяется по фор-
муле
AS-Ар - [2,5(SS-SS) + 0.375SS] Р°°^—V (1-5)
4
Таблица II
Заданная масса топлива	Коэффициенты пересчета на массу		
	рабочую	горючую	сухую
Рабочая Горючая Сухая		100	100
	100—(ДР-рГР) 100 100—Й7Р 100	100—(4P-PU7P) 1 100 100 —Ас	100—U/P 100—Ас 100 1
где Sa — содержание серы в лабораторной золе в процен-
тах к массе топлива; S£ — содержание сульфатной серы в
топливе, %.
Величина [2,5 (Sa — Sc) + 0,375Sk1 для ленинградских
и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для
кашпирских — 4,1
Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изме-
нении влажности производится по формулам
100— U/P
HS , Ht	.
100—
(1-6)
где W? — начальная влажность топлива, %,	— конеч-
ная влажность топлива, %
Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топ-
лив, заданных массовыми долями, — первого (С₽, %;
Н₽, %, ...) и второго (Ср, %, Н₽, %, .,,) — определяется
по уравнениям:
<>М = Ь1С?+ (!-*>№
нр^^нр+d -А) нр,
(1.7)
5
где массовая доля Ь1 одного из топлив в смеси находится
по формуле
= В^В, + В2).	(1.8)
Здесь Bj и В2 — массы топлив, входящих в смесь, кг.
Задача 1.1. Определить состав рабочей массы челябин-
ского угля марки БЗ, если состав его горючей массы: Сг =
= 71,1 %; Нг = 5,3 %; Sp = (Sorp + Sp) = 1,9 %; Nr =
= 1,7 %; Ог = 20,0 %; зольность сухой массы Лс = 36 %
и влажность рабочая №₽ = 18,0 %.
Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета из
табл. 1.1, определяем зольность рабочей массы топлива
др = де	= 36	= 29,5%
100	100
и находим состав рабочей массы топлива:
Ср = Сг 1ОО-(ЛР + ^Р) = 7j j ЮО—(29,54-18,0) = 37 3%.
100	’100	’
Н₽ = Нг !00~(ЛР + «/р) = 5 з ЮР —(29,5-Ь 18,0) =	.
100	’100	’	’
sp = sr 1О°-(ЛР + ^Р) = ! 9 100-(29,5+ 18,0) = ! 0О/о.
Л Л 100	’	100
NP = № Ю0-(Лр + и/р) = ! 7 100 —(29,54-18,0) = Q 9% .
100	’	100		’ ' ’
ОР = or	= 20 О 100-<29'5+1.ga = 10 5%.
100	’	100
Для проверки точности вычислений найдем сумму состав-
ляющих элементов рабочей массы топлива:
Ср + Нр + Sp + № + Op + Др + Wp = 37,3 + 2,8+
+ 1,0 + 0,9 + 10,5 + 29,5 + 18,0 = 100 %.
Задача 1.2. Определить состав горючей массы кизелов-
ского угля марки Г, если состав его рабочей массы: Ср =
= 48,5 %; Нр = 3,6 %; S£ = 6,1 %; № = 0,8 %; О₽ =
= 4,0 %; зольность сухой массы Ас = 33,0 % и влажность
рабочая 1ГР = 6,0 %.
Ответ-. Сг = 77 %; Нг = 5,7 %; S" = 9,7 %; Nr =
= 1,3 %; Ог = 6,3 %.
Задача 1.3. Определить состав рабочей массы кузнецко-
го угля марки Д, если состав его горючей массы: Сг = 78,5 %;
6
Нг - 5,6 %; S.^ - 0,4; Nr ~ 2,5 %; Or = 13,0 %; золь-
ность сухой массы Ac = 15,0 % и влажность рабочая
Гр = 12,0 %.
Ответ: Др = 13.2 %; Ср = 58,7 %; Нр = 4,2 %• S£ =
= 0,3 %; № =--• 1,9%; О = 9,7 %.
Задача 1.4. Определить состав рабочей массы ленинград-
ских сланцев, если состав их горючей массы Сг = 74,0 %;
Нг == 9,5 %; S," ~ 6,1 %; Nr = 0,4 %; Ог = 10,0 %; А” =
= 46,0 %; U7P = 11,5 % и (СО2)** = 16,4 %.
Реше н и е: Истинную зольность рабочей массы топ-
лива определяем по формуле (1.5):
А1; =--Др [2,5 (S‘--Sc)+ 0,3755*1 -100~Ц7Р = А? —
'	100
- 2 . 1.. 46- 2 —-°.^-!-1-’5  = 44,2 % .
По формуле (1.4) находим коэффициент пересчета соста-
ва топлива с горючей массы на рабочую
100 — ЛР = 1ГР- (СО2)Р __ 100-44,2- 11,5- 16,4 __
100	>00
= 0,279.
Т огда
Ср = СГК = 74,0-0,279 = 20,6 %;
Нр = НГК = 9,5-0,279 = 2,7 %;
S'! = Sr„K = 6,1-0,279 = 1,7 %;
Np = Nr/< - 0,4-0,279 = 0,1 %;
Op = ОгК = 10,0-0,279 = 2,8 %.
Проверим точность вычислений:
Ср + Нр + Sp + Np + Op + ЛЦ + 1Гр + (СО2)к = 20,6 +
+ 2,7 + 1,7 + 0,1 +2,8 + 44,2 + 11,5 + 16,4 = 100%.
Задача 1.5. Определить состав горючей массы эстонских
сланцев, если состав их рабочей массы: Ср = 24,1 %;
Нр = 3,1 %; S1 = 1,6 %; № = 0,1 %; Ор = 3,7 %; =
= 40,0 %; Гр = 13,0 % и (СО^ = 14,4 %.
Ответ: О' = 74,0 %; 1+ = 9,5 %; S" = 4,9 %; Nr =
= 0,3 %; Or = 11,3 %.
Задача 1,6. В мельнице-вентиляторе подсушивается
подмосковный уголь марки Б2 состава: Ср = 28,7 %;
7
Н? = 2,2 %; (SJJ)! - 2,7 %; Nf = 0,6 %; Of = 8,6 %j
Л? = 25,2 %; l^f 32 %. Определить состав рабочей
массы подсушенного топлива, если известно, что влажность
топлива после подсушки 11+ = 15 %.
Ответ; Q’ = 35,9 %; Hf = 2,7 %; (S',’), = 3,4 %; Nf =
= 0,7 %; Of = 10,8 %; Лр = 31,5 %.
Задача 1.7. В топке котла сжигается смесь, состоящая из
3-103 кг донецкого угля марки Д состава: Cf = 49,3 %;
Нр = 3,6%; (5л)! = 3,0 %; Nf = 1,0 %; Of = 8,3 %;
Лр = 21,8 %;	= 13,0 % и 4,5-103 кг донецкого угля
марки Г состава: С? = 55,2 %; Hf = 3,8 %; (SJi)2 = 3,2 %;
Np = 1,0 %; Of = 5,8 %; Лр = 23,0 %; U7p = 8,0 %. Оп-
ределить состав рабочей смеси.
Решение: Массовую долю одного из топлив в смеси
определяем по формуле (1.8):
= В1/(В1	В2) = 3000/(3000 + 4500) = 0,4.
Состав рабочей смеси находим, пользуясь уравнениями
(1-7):
Срм=&! Ср + (1—^) Ср = 0,4-49,3 + 0,6-55,2 = 52,8°/0;
Нрм = ^ Н₽ + (1 — bj Нр = 0,4-3,6+ 0,6-3,8 = 3,7о/о;
(sX = MS£)1+(1--b1) (Sp),= 0,4-3,0+0,6-3,2 = 3,io/o;
Мрм = &! Np+(1 —&х) Np = 0,4-1,0 + 0,6-1,0 = 1,0°/0;
Орм = Ьг Of + (!—«>!) Ор = 0,4-8,3+0,6-5,8 = 6,8«/0;
ЛСРМ = ЛР + (1 — &0 ЛР = 0,4-21,8 + 0,6-23 = 22,6“/0;
1Г/Ри = &1 Гр + (1— 6j) W'p = 0,4-13,0 + 0,6-8,0= Ю,О°/о.
Проверим точность вычислений:
Ср +Нр +(Sp ) + Np + Op + Л₽ + 1F₽ =
см 1 см 1 \ л /см 1 см 1 см см 1 см
= 52,8 + 3,7 + 3,1 + 1,0 + 6,8 + 22,6+10,0= ЮО°/о.
Задача 1.8. В топке котла сжигается смесь, состоящая
из 800 кг кузнецкого угля марки Д состава; Ср = 58,7 %;
Hf = 4,2 %; (SS)j = 0,3 %; Nf = 1,9 %; Of = 9,7 %;
Л£ = 13,2 %; IP'f = 12,0 % и 1200 кг кузнецкого угля
марки Г состава: С₽ = 66, 0 %; Нр = 4,7 %; (SS)2 =
= 0,5 %; N₽ = 1,8 %; О₽ = 7,5 %; Лр = 11,0 %; «7р =
= 8,5 %. Определить состав рабочей смеси.
8
Ответ- С?ы = 63,1 %; И?м 4,5 %; (SP)CM - 0,4 %;
Ncm = 1.8 %; <Х = 8,4 %; Л'м - 11,9 %; Ц/'’м = 9,9 %.
§ 1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА
Теплота сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива
называют количество теплоты в кДж, выделяемой при пол-
ном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообраз-
ного топлива.
Для твердого и жидкого топлива различают теплоту сго-
рания высшую QB (кДж/кг) и низшую Q„ (кДж/кг).
Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей,
горючей и сухой массы твердого (жидкого) топлива связа-
ны выражениями:
Qb = Qh + 225Hp + 25W/1’;	(1.9)
q:= Q'h + 225Нг;	(1.10)
Qb = QS -4- 225HC.	(1.11)
Тепловые расчеты котлов выполняют, пользуясь низшей
теплотой сгорания рабочей массы топлива:
низшая теплота сгорания (кДж/кг) рабочей массы твер-
дого и жидкого топлива
Q1’ = 338СР + 1025НР —108,5 (Ор — Sp) — 25ТГР, (1.12)
где С?, Нр, Op, Sp, 1С1’ .— содержание элементов в рабочей
массе топлива, %;
низшая теплота сгорания (кДж/м3) газообразного топли-
ва
Q„ = 108Н2 -J- 126CO + 234H2S + 358СН4 + 591СОН4 +
+ 638С„Нс + 860С3Нв-р913С3Н8 + 1135С4Н8-|- 1187С4Н10 +
+ 1461С5Н12 + 1403СвНв,	(1.13)
где Н2, СО, H2S, СН4, С2Н4 и т. д. — объемное содержание
газов, входящих в состав газообразного топлива, %.
При пересчете низшей теплоты сгорания пользуются сле-
дующими формулами:
с горючей массы на рабочую и обратно
QP = Qr 100-(Др + гр) __2511/р	(1.14)
QP + 25U/P
—-------------100;
100 — (AP4-UZP)
(1-15)
9
с сухой массы на рабочую и обратно
Qh - --Qm	— 25^'р;	(1.16)
100
для горючих сланцев — с горючей массы на рабочую
и обратно
100--ЛР^-(СО^_25^_4	л
100	к
Qr= ^4-25^+40 (СО^100.	(U9)
"	100 —/Р —!ГР — (СО2)Р
при изменении влажности
QP _(^+25и/?)(Ю0-1У'?)
1,2	(100—ГР)
(1.20)
Для смеси двух твердых, жидких или газообразных топ-
лив низшая теплота сгорания определяется по формуле
Q^M=A <2^+(!--*№•	d-21)
где bt — массовая доля одного из топлив в смеси; Qhi —
низшая теплота сгорания одного вида топлива в смеси,
кДж/кг (кДж/м3); Q„2 — низшая теплота сгорания второ-
го вида топлива, кДж/кг (кДж/м3).
Для сравнения тепловой ценности различных видов топ-
лива пользуются понятием условного топлива. Условным
топливом называют такое топливо, теплота сгорания кото-
рого равна 29 300 кДж/кг.
Пересчет расхода натурального топлива на условное
осуществляется по формуле
Ву = ВЭ,	(1.22)
где В у и В — соответственно расход условного и натураль-
ного топлива, кг, кг/с; Э — тепловой эквивалент топлива,
определяемый по формуле
Э-ОЭ 300.	(1.23)
10
Зольность, влажность и сернистость топлива. При рас-
смотрении условий работы котлов на различных видах топ-
лива пользуются приведенными величинами зольности А пр,
влажности Й7пр и сернистости Snp топлива:
приведенная зольность топлива, кг-% • 10~3/кДж,
Дпр = 41904P/QP;	(1.24)
приведенная влажность топлива, кг-% • 10~3/кДж,
Гпр = 4190IJW;	(1.25)
приведенная сернистость топлива, кг-% • 10~3/кДж,
Snp = 4190Sp«/QP.	(1.26)
Задача 1.9. Определить низшую и высшую теплоту сго-
рания рабочей массы челябинского угля марки БЗ состава:
Ср = 37,3 %; Нр = 2,8 %; Sp = 1,0 %; № = 0,9 %; О₽ =
= 10,5 %; Др = 29,5 %; и Гр = 18,0 %.
Ответ:	= 13 997 кДж/кг; Qb = 15 077 кДж/кг.
Задача 1.10. Определить низшую и высшую теплоту сго-
рания рабочей массы кузнецкого угля марки Д, если со-
став его горючей массы: Сг = 78,5 %; Нг — 5,6 %;	=
= 0,4 %; Nr = 2,5 %; Ог = 13,0 %. Зольность сухой
массы Лс = 15,0 % и влажность рабочая IFP = 12,0 %.
Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета из
табл. 1.1, определяем зольность рабочей массы топлива
+ =	15>100--12-'2 = 13,2%
100	100
и состав рабочей массы:
С.-С- !У.-И:.+Г>=7851М-(1з,2+12,о! =58г/
100	100
Нр = нг 100-(^р + ^р) = 5 6 100—(13,2+ 12,0) = 4 2 о/о .
100	’100	’	’
SP = S^.-^P + "yP) =0,4 !Р0-(.13:2+12а =0,3%;
100	100
Np= № юо-ИР + ^Р) = 9 5 100 —(13,2-)-12,0) з ! 9%.
100	100
ОР = Ог 100~(ЛР + ^Р) _ |з 0 100—(13,2-1-12,0) = 9 7о/о
100	~	’100	’	'
11
Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива опре-
деляем по формуле (1 12):
Qp -= 3380’ -|- 1О25НР — 108,5 (Ор — Sp) — 25 Гр =
= 338-58,7 + 1025-4,2	108,5 (9,7 — 0,3) — 25-12 =
= 22 825 кДж/кг.
Высшую теплоту сгорания — по формуле (1.9):
Qp = QS Д-225НРЧ-25VTP = 22 825 + 225-4,2 +25-12,0 =
— 24 070 кДж/кг.
Задача 1.11. Определить низшую теплоту сгорания ра-
бочей и сухой массы донецкого угля марки Г, если известны
его низшая теплота сгорания горючей массы Q„ = 33 170
кДж/кг, зольность сухой массы Ас = 25,0 % и влажность
рабочая = 8,0 %
Ответ: Qp = 22 024 кДж/кг; Q„ = 24 157 кДж/кг
Задача 1.12. Определить низшую теплоту сгорания го-
рючей и сухой массы кузнецкого угля марки Т, если извест-
ны его низшая теплота сгорания рабочей массы Qp = 26 180
кДж/кг, зольность сухой массы Ас = 18,0 % и влаж-
ность рабочая IFP = 6,5 %
Ответ: Q„ = 34 345 кДж/кг; Q„ = 28 174 кДж/кг.
Задача 1.13. Определить высшую теплоту сгорания го-
рючей н сухой массы кизеловского угля марки Г, если из-
вестны следующие величины: Q„ = 19 680 кДж/кг; Нр =
= 3,6 %; Лр = 31,0 %, Гр = 6,0 %
Ответ: QCB = 21 961 кДж/кг; Qb = 32 635 кДж/кг
Задача 1.14. Определить низшую и высшую теплоту
сгорания рабочей массы ленинградских сланцев, если из-
вестны следующие величины: Q„ = 36 848 кДж/кг; Нр =
= 2,7 %; Ар = 46,0 %, IFP = 11,5 % и (СО2)Р = 16,4 %.
Ответ: Qp = 9337 кДж/кг; Qb = 10 232 кДж/кг
Задача 1.15. Определить низшую и высшую теплоту
сгорания горючей массы высокосернистого мазута, если
известны следующие величины: Qp = 38 772 кДж/кг; Нр =
= 10,4 %; Ар = 0,1 %; Гр = 3,0 %.
Решена е: Содержание водорода в горючей массе
определяем, пользуясь коэффициентом пересчета из табл. 1.1:
Нг = Нр------—------= 10,4------—--------- = 10,7 %.
100 —(Др + Гр)	100 —(0,1+3,0)
Низшую теплоту сгорания горючей массы топлива нахо-
дим по формуле (1.15):
12
_ _	2S»>.' j00 _ JS 772 + 25-3,0 (=
Чн 100—(+>+ №p)	100 —(0,1+3,0)
— 40090 кДж/кг.
Высшую теплоту сгорания — по формуле (1.10):
<?п = <2н + 225Нг = 40 090 + 225-10,7 = 42 497 кДж/кг.
Задача 1.16. Определить низшую теплоту сгорания су-
хого природного газа Саратовского месторождения соста-
ва: СО2 = 0,8 %; СН4 = 84,5 %; С2Н0 = 3,8 %; С3Н8 =
= 1,9 %; С4Н]0 = 0,9 %; С5Н12 = 0,3 %; N2 = 7,8 %.
Ответ: Qh = 35 799 кДж/м3.
Задача 1.17. Определить низшую теплоту сгорания ра-
бочей массы челябинского угля марки БЗ состава: Ср =
== 37,3 %; Нр = 2,8 %;	= 1,0 %; N₽ = 0,9 %; О₽ =
= 10,5 %; Др = 29,5 %;	= 18 %, =- при увеличении
его влажности до Гр = 20 %.
Ответ: Q« = 13 542 кДж/кг.
Задача 1.18. В топке котла сжигается смесь, состоящая
из 3-103 кг кузнецкого угля марки Д и 7-Ю3 кг кузнецко-
го угля марки Т. Определить низшую теплоту сгорания
смеси, если известно, что низшая теплота сгорания угля мар-
ки Д составляет Q£i = 22 825 кДж/кг, а угля марки Т —
= 26 180 кДж/кг.
Ответ: Q„ см = 25 174 кДж/кг.
Задача 1.19. Определить высшую теплоту сгорания ра-
бочей массы, приведенную влажность, приведенную золь-
ность, приведенную сернистость и тепловой эквивалент до-
нецкого угля марки Т, если известны следующие величины:
Qh = 24 365 кДж/кг; Нр = 3,1 %;	= 2,8 %; Др =
= 23,8 % и Гр = 5,0 %.
Решение: Высшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.9):
Qn = QS + 225Нр + 25Гр = 24 365 + 225-3,1+25-5=
= 25 187 кДж/кг.
(1 2^РИВедеНН^Ю влажность топлива находим по формуле
= 4190	= 4190 —-— — 0,86 кг- % • 10-3/кДж.
qp	24 365
Приведенную зольность топлива определяем по формуле
13
Др	oq о
Длр = 4190----= 4190 —= 4,09 кг. %- 10-3/кДж .
р	qp	24 365
Приведенную сернистость топлива определяем по форму-
ле (1.26):
Sp
S„ =4190 — =4190
2,8
24 365
0,481 кг. %  10~3/кДж.
Тепловой эквивалент топлива находим по формуле
(1.23):
Э = QS/29 300 = 24 365/29 300 = 0,83.
Задача 1.20. Для карагандинского угля марки К со-
става: Ср = 54,7 %; Нр = 3,3 %; Sp = 0,8 %; Np = 0,8 %;
О₽ = 4,8 %; Лр = 27,6 % и IFP = 8,0 %, определить
высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную
влажность и приведенную зольность угля.
Ответ-. Qp = 22 270 кДж/кг; IFnp = 1,57 кг-% X
X 10~3/кДж; Лпр = 5,4 кг-% • 10~3/кДж.
Задача 1.21. Определить приведенную влажность, при-
веденную зольность, приведенную сернистость и тепловой
эквивалент райчихинского угля марки Б2, если известен
состав его горючей массы: Сг = 71,0 %; Нг = 4,3 %;
$л = 0,6 %; Nr = 1,1 %; Ог = 23,0 %, зольность сухой
массы Лс = 15,0 % и влажность рабочая Ц7р = 37,5 %.
Ответ: Wav — 12,8 кг-% • 10~’/кДж; А пр = 3,1 кг X
X %-10_3/кДж; Snp = 0,1 кг-% • 10”3/кДж; 3 = 0,43.
Задача 1.22. На складе котельной имеется 60-Ю3 кг
ангренского угля марки Б2, состав которого по горючей
массе: О' = 76,0 %; Нг = 3,8 %; Блг = 2,5 %; Nr = 0.4 %;
Ог = 17,3 %; зольность сухой массы Ас = 20,0 % и
влажность рабочая W = 34,5 %. Определить запас угля
на складе в кг условного топлива.
Ответ: В? = 28 315 кг.
Задача 1.23. При транспортировании 3-106 кг подмос-
ковного угля марки Б2 его влажность увеличилась с
ц/р = 32 % до IFP = 35 %. Определить потерю условно-
го топлива при повышении его влажности, если известно,
что при Ц7р = 32 % низшая теплота сгорания рабочей мас-
сы угля = 10 435 кДж/кг.
Ответ: Ву = 58 460 кг.
Задача 1.24. Для котельной, в которой установлены кот-
лы с различными топками, подвезено 50-103 кг донецкого
14
угля марки Т состава: Ср == 62,7 %; Нр = 3,1 %; S£ =
= 2,8	%;	NP = 0,9	%;	Op = 1,7 %; Ар = 23,8 %;	=
= 5,0	%,	и 60-103	кг	донецкого угля марки А состава:
С₽ = 63,8	%; Нр =	1,2	%; S.? = 1,7 %; N₽ = 0,6 %;	Op =
= 1,3	%;	А₽ = 22,9 %; IFP = 8,5 %. Определить	время
работы топок, если известно, что топки, работающие на
угле марки Т, расходуют 2-Ю3 кг/ч условного топлива, а
топки, работающие на угле марки А, — 2,3-103 кг/ч услов-
ного топлива.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы донецкого угля марки Т определяем по формуле (1.12):
QPj = 338СР + 1025НР — 108,5 (О — S£) — 251Г₽ =
= 338-62,7 + 1025-3,1 — 108,5 (1,7 — 2,8) — 25-5,0 =
= 24 365 кДж/кг.
Массу условного топлива, соответствующую 50-103 кг
донецкого угля марки Т, находим по формуле (1.22):
Ву1 = ВХЭ = Bi $/29 300 = 50-103-24 365/29 300 =
= 41,6-103 кг.
Определяем время работы топок на донецком угле мар-
ки Т:
тх = ВУ1/(2-103) = 41,6-103/(2-103) = 20,8 ч.
Низшую теплоту сгорания рабочей массы донецкого
угля марки А находим по формуле (1.12):
$2 = 338СР + 1025НР — 108,5 (Op — S£) — 25ГР =
= 338-63,8 + 1025-1,2 — 108,5 (1,3 — 1,7) — 25-8,5 =
= 22 625 кДж/кг.
Массу условного топлива, соответствующую 60-103 кг
донецкого угля марки А, определяем по формуле (1.22):
Ву2 = В, $2/29 300 = 60-103• 22 625/29 300 = 46,3 X
X 103 кг.
Находим время работы топок на донецком угле марки А:
т2 = Ву2/(2,3- 103) = 46,3-103/(2,3-103) = 20,1 ч.
Задача 1.25. Две котельные установки одинаковой про-
изводительности работают на различных видах топлива.
Первая из них сжигает 10-103 кг/ч кузнецкого угля марки
Т состава: С₽ = 68,6 %; Нр = 3,1 %; Sp = 0,4 %; № =
= 1,5 %; Op = 3,1 %; А₽ = 16,8 %; №р = 6,5 %.
Вторая расходует 6 -103 кг/ч кузнецкого угля марки Д со-
15
става: Ср - 58,7 %; Нр = 4,2 %; S’ = 0,3 %; № = 1,9 %;
Ор = 9,7 %; /I'1 = 13,2 %; №р — 12,0 %. Определить,
какому количеству условного топлива эквивалентен часо-
вой расход топлива В установках.
Ответ: Ву1 = 9000 кг/ч; ВУ2 4674 кг/ч.
Задача 1.26. В котельной за 10 ч сжигается 10е кг
донецкого угля марки Г состава: С₽ = 55,2 %; Нр = 3,8 %;
S5J = 3,2 %; Np = 1,0 %; Ор = 5,8 %; Др = 23,0 %; Wp =
= 8,0 %. Определить часовую потребность котельной в ус-
ловном топливе.
Ответ: В у = 75 170 кг/ч.
§ 1.3. ОБЪЕМ ВОЗДУХА. ОБЪЕМ И МАССА
ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Объем воздуха, объем и масса продуктов сгорания опре-
деляются на 1 кг твердого, жидкого или на 1 м3 сухого га-
зообразного топлива при нормальных условиях.
Объем воздуха, необходимый для сгорания топлива. Тео-
ретический (при коэффициенте избытка воздуха в топке
ат = 1) объем сухого воздуха (м3/кг), необходимый для пол-
ного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива, опреде-
ляется по формуле
= 0,089Ср + 0,226Н₽ + 0,033 (S’ — Op). (1.27)
Теоретический объем воздуха (м3/м3), необходимый для
полного сгорания 1 м3 сухого газообразного топлива, опре-
деляется по формуле
V0 = о,О478 [0,5 (СО + Н2) + 1,5H2S + 2СН4 + S X
X (т + n/4) CmHn — О21.	(1-28)
В формуле (1.27) содержание элементов топлива выража-
ется в процентах на 1 кг массы топлива, а в (1.28) содержа-
ние горючих газов СО, Н2, H2S, СН4 и т. д. — в процентах
по объему.
Для сгорания смеси двух твердых, жидких или газообраз-
ных топлив теоретический объем сухого воздуха определя-
ется по формуле
Ус°м = W + (1	V°,	(1.29)
где — массовая доля одного из топлив в смеси.
16
Действительный объем воздуха (м3/кг, м3/м3), поступив-
ший в топку, определяется по формуле
7Д = ат7°,	(1.30)
где ат — коэффициент избытка воздуха в топке.
Состав и объем продуктов сгорания топлива. При пол-
ном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы:
СО2, SO2, N2, О2 и пары воды Н2О, т. е.
СО2 + SO2 + N2 + О2 + Н2О = 100 %.
Полный объем продуктов сгорания 7Г (м3/кг) представ-
ляет собой сумму объемов сухих газов 7С.Г и водяных паров
7н2о-’
7Г = 7С.Г + 7Нго,	(1.31)
при этом
7С.Г = ^ROs + 1^N2 + Vo2,
где yRo3 = Усо2 + ySo2—объем трехатомных газов, м3/кг;
7n2 + 7о2 — объем двухатомных газов, м3/кг.
Для твердых (кроме сланцев) и жидких топлив теорети-
ческие объемы (м3/кг) продуктов полного сгорания при
aT = 1 определяются по формулам:
объем двухатомных газов
7&2 = 0,797° + 0,8Np/100;	(1.32)
объем трехатомных газов
7Ro2 = 0,0187 (Ср + 0,3755л);	(1.33)
объем сухих газов
Ус.г = 7ВДз + 7°n2 = 0,0187 (Ср + 0,375Sp) l-
4-0,797° + 0,8Np/100;	(1.34)
объем водяных паров
7що = 0,0124 (9НР + 17р) + 0,01617°;	(1.35)
полный объем продуктов сгорания
У? = 7Ѱà + 7н,0 = 0,0187 (Ср + 0,375Sp) + 0,797° +
+ 0,8Np/100 4- 0,0124 (9НР + Wp) + 0,01617°.	(1.36)
17
Для сланцев объем трехатомных газов определяется по
формуле
HRo2k = Vro2 +[0,509 (СО2)Р/100] /<= 0,0187fcp4-
+ 0,3755^) +[0,509 (СсдаООи,	(1.37)
где К — коэффициент разложения карбонатов: при слое-
вом сжигании К = 0,7, при камерном — 1,0.
Для газообразного топлива теоретические объемы про-
дуктов сгорания (м3/м3) при ат = 1 определяются по форму-
лам:
объем двухатомных газов
|/fts = 0,79|/° + N2/100;	(1.38)
объем трехатомных газов
|/Ro2 = 0,01 ICO2 + СО + H2S + S/nCmHn]; (1.39)
объем сухих газов
v,"r = v№ +гц,;.	(1-40)
объем водяных паров
Vh.o = 0,01 [H2S + Н2 + S (n/2) CmHn + 0,12441 +
+ 0,01611/°,	(1.41)
где 4 — влагосодержание газообразного топлива, отнесен
ное к 1 м3 сухого газа, г/м3;
полный объем продуктов сгорания
^ = ^°Г + ^2О-
Для твердых (кроме сланцев), жидких и газообразных
топлив объемы продуктов полного сгорания (м’/кг) при
ат > 1 определяются по формулам:
объем сухих газов
Vc.r =	+ («т- 1) Vго = Vro2 + з + (ат-1)	(1.43)
объем водяных паров
Vh2o = Vft2o + 0,0161 (ат - 1) 1/°;	(1.44)
18
полный объем продуктов сгорания определяется по
(1.31).
Для сланцев полный объем продуктов сгорания (м3/кг)
при ат > 1 :
Уг.к = ^RO2K +1/n, + 1Zh20z=1/RO2K +^n2 +
+ 0,0124 (9НР + ^р) + 0,0161ат1/°.	(1.45)
Содержание (%) СО2, SO2 и RO2 в сухих газах при пол"
ном сгорании топлива определяется по формулам:
СО2 = (^со2/^с.г)Ю0;	(1.46)
SO2 = (VSo2/Vc.r) 100;	(1.47)
RO2 = (KRO!/Vc.r) 100.	(1.48)
Максимальное содержание (%) трехатомных газов RO",ax
в сухих газах при полном сгорании топлива
RO™ax = 21/(1 + ₽),	(1.49)
где Р — характеристика топлива;
для твердого и жидкого
0 = 2,35 (Нр — 0,126Ор + 0,04Np)/(Cp + 0,375Sp);
(1.50)
для газообразного
P^0,210’01N2+°’79V>>-0,79.	(1.51)
v ro2
Содержание (%) азота N2 и кислорода О2 в сухих газах
при полном сгорании топлива
N, = 100 — RO2 — О2;	(1.52)
О2= 21 - 0RO2 - RO3.	(1.53)
Масса продуктов сгорания:
для твердого (кроме сланцев) и жидкого топлива (кг/кг)
Л4Г = 1 — 0,01Др + 1,306атУ°;	(1.54)
для газообразного топлива (кг/м3)
М» = Рг.т + 0,00Ц..т + 1,306ат Р,	(1.55)
где рг.т — плотность сухого газа, кг/м3; dr.T — содержа-
ние влаги в топливе, кг/м3;
19
для сланцев (кг/кг)
Л4Г.К = 1 — 0,01 Дк + 1,306атУ° + 0,01 (СО2)Х
(1.56)
где Др — расчетное содержание золы в топливе с учетом
неразложившихся карбонатов, %; К — коэффициент раз-
ложения карбонатов: при слоевом сжигании К ~ 0,7, при
камерном — 1,0.
Расчетное содержание (%) золы в топливе с учетом не-
разложившихся карбонатов
Дкр = Др + (1 - К) (СО2)Р.	(1.57)
Для твердых топлив концентрация золы в продуктах
сгорания определяется по формуле
Рзл = Лр«ун/(10(Шг),	(1.58)
где аун — доля золы топлива, уносимой продуктами сго-
рания.
Коэффициент избытка воздуха в топке. При полном сго-
рании топлива коэффициент избытка воздуха в топке опре-
деляется по формуле
сст = 21/(21 — 79-^-),	(1.59)
где О2 и N2— содержание кислорода и азота в газах,%.
Задача 1.27. Определить объем продуктов полного сго-
рания на выходе из топки, а также теоретический и дейст-
вительный объемы воздуха, необходимые для сгорания 1 м3
природного газа Ставропольского месторождения состава:
СО2 = 0,2%; СН4 = 98,2%; С2Нв = 0,4%; С3Н8 = 0,1%;
С4Н1о = 0,1%; N2= 1,0%. Коэффициент избытка воздуха
в топке ат = 1,2.
Решение: Теоретический объем воздуха, необходи-
мый для полного сгорания 1 м3 топлива, определяем по фор-
муле (1.28):
К° = 0,0478 Ю.5СО + 0,5Н2 + 1,5H2S + 2СН4 + S X
X (т + n/4) CmHn — О2] = 0,0478 (2-98,2 + 3,5-0,4 +
+ 5-0,1 + 6,5-0,1) = 9,51 м3/м3.
Действительный объем воздуха — по формуле (1.30):
Кд = атК° = 1,2-9,51 = 11,41 м3/м3.
20
Объем сухих газов при ат = 1,2 определяем по формуле
(1.43):
Vc.r = Vro2 + V&. + (ост - 1) V° = 0,01 (СО2 + СО +
+ H2S + СН4 + 2С2Н0 + ЗС3Н8 + 4С4Н10) + 0,79V0 +
4- N2/l00 + (ат — 1)1/0 = 0,01 (0,2 + 98,2 + 2-0,4 +
+ 3-0,1 + 4-0,1)+ 0,79-9,51 + 1,0/100 + (1,2 — 1) 9,51 =
= 10,42 м3/м3
Объем водяных паров при ат = 1,2 находим по формуле
(1.44):
VhjO = 0,01 (H2S + Н2 + 2СН4 + ЗС2Н0 + 4С3Н8 +
+ 5С4Н1О + 0,124dr) + 0,0161атУ° = 0,01 (2-98,2 + 3 X
X 0,4 + 4-0,1 + 5-0,1) + 0,0161-1,2-9,51 = 2,17 м3/м3
Объем продуктов полного сгорания — по формуле (1.31):
VP = Vc.r + VHso = 10,42 + 2,17 = 12,59 м3/м3.
Задача 1.28. Определить на выходе из топки объем про-
дуктов полного сгорания 1 кг карагандинского угля марки
К состава: С₽ = 54,7%, Н₽ = 3,3%; Sp = 0,8%; N₽ =
= 0,8%; Op = 4,8%; Ар = 27,6%; Г₽ = 8,0%. Ко-
эффициент избытка воздуха в топке ат = 1,3.
Решение: Теоретический объем воздуха, необхо-
димый для полного сгорания 1 кг топлива, определяем по
формуле (1.27):
У° = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 (SS—Op) =0,089-54,7 +
+ 0,266-3,3 + 0,033 (0,8 — 4,8) = 5,61 м3/кг.
Объем сухих газов при ат = 1,3 находим по формуле
(1.43):
Vc.r = VRO1 +	+ (ат—1) V° = 0,0187 Н(С₽ +0,375Sp) +
+ 0,79 V0 + 0,8№/100 + (ат — 1) V0 = 0,0187 (54,7 +
+ 0,375-0,8) + 0,79-5,61 + 0,8-0,8/100 + (1,3 — 1) 5,61 =
— 7,15 м3/кг.
Объем водяных паров при ат = 1,3 определяем по фор-
муле (1.44):
Vhso = 0,0124 (9Нр + Гр) + 0,0161aTV° = 0,0124 X
X (9-3,3 + 8) + 0,0161-1,3-5,61 = 0,58 м3/кг.
Объем продуктов полного сгорания находим по форму-
ле (1.31);
Vr = Ve.r + Ун.о = 7,15 + 0,58 = 7,73 м3/кг.
Задача 1.29. Определить теоретический и действитель-
ный объемы воздуха, необходимые для слоевого сжигания
21
1000 кг донецкого угля марки Г состава: Ср = 55,2 %;
Нр = 3,8%; sS 3,2%; № = 1,0%; О₽ = 5,8%; Ар =
— 23,0%; Ц7Р = 8,0%. Коэффициент избытка воздуха в
топке ат = 1,3.
Ответ: V0 = 5830 м3; Кд = 7579 м3.
Задача 1.30. Определить объем воздуха, необходимый
для сжигания 800 кг/ч ленгерского угля марки БЗ состава:
Ср = 45,0%; Н₽ = 2,6%; SJJ = 1,7%; Np = 0,4%; Op =
= 9,9%; Ар =11,4%; Wp = 29,0%, и 500 кг/ч экибас-
тузского угля марки СС состава: О’ = 43,4%; Нр = 2,9%;
SS = 0,8%; NP = 0,8%; О₽ = 7,0 %; Ар = 38,1%; Гр =
— 7,0%, при коэффициентах избытка воздуха в топочной
камере соответственно ат = 1,4 и 1,3.
Ответ: Ид = 7823 м3/ч.
Задача 1.31. Определить теоретический и действитель-
ный объемы воздуха, необходимые для сжигания 2000 м3/ч
природного газа Ставропольского месторождения состава:
СО2 = 0,5%; СН4 = 92,8%; С2Нв = 2,8%; С3Н8 = 0,9%;
С4Н10 = 0,4%; С5Н12 = 0,1%; N2 = 2,5%; и 1000 м3/ч
природного газа Ленинградского месторождения состава:
СО2 = 0,1%; СН4 = 89,7%; С2Нв = 5,2%; С3Н8 =
= 1,7%; С4Н10 = 0,5%; С5Н12 = 0,1%; N2 = 2,7%, при
коэффициентах избытка воздуха в топочной камере соот-
ветственно ат = 1,15 и 1,1.
Ответ: V0 = 29 360 м3/ч; Кд = 33 264 м3/ч.
Задача 1.32. Определить теоретический и действитель-
ный объемы воздуха, необходимые для слоевого сжигания
2000 кг кузнецкого угля марки Д, если известен состав его
горючей массы: Сг = 78,5%; Нг = 5,6%; SJ, = 0,4%;
Nr = 2,5%; Ог = 13,0%, зольность сухой массы Ас = 15,0%
и влажность рабочая Гр = 12,0%. Коэффициент избытка
воздуха в топочной камере ат = 1,3.
Ответ: V0 = 12 040 м3; Уд = 15 652 м3.
Задача 1.33. Определить теоретический объем воздуха,
необходимый для слоевого сжигания 1500 кг ленинградских
сланцев, если известен состав их горючей массы: Сг = 74,0%;
Нг = 9,5%; S„ = 6,1%; № = 0,4%; Ог = 10,0%; Лр =
= 46,0%; Гр =11,5% и (СО2)Р = 16,4%.
Ответ: V0 == 3765 м3.
Задача 1.34. В топке котла сжигается смесь, состоящая
из 2-103 кг кузнецкого угля марки Д состава: Ср = 58,7%;
Н₽ = 4,2%; (Sp)i = 0,3%; N? = 1,9%; О₽ = 9,7 %;
Ар = 13,2%; Г₽ = 12,0%, и ЗЛО3 кг кузнецкого угля
22
марки Г состава: С? -- 66,0%; Н? = 4,7%; (S„)2 = 0,5%;
N₽ = 1,8%; О'; = 7,5%; А?  1’1,0%; Wv 8,5%. Оп-
ределить теоретический объем сухого воздуха, необходи-
мый для сгорания смеси.
Ответ-. V= 32 700 м3.
Задача 1.35. В топке котла сжигается воркутинский
уголь марки Ж состава: Ср = 59,6%; Н’’ -= 3,8%;	—
= 0,8%; № = 1,3%; Ор = 5,4%; Л’1 = 23,6%; Ц7р =
= 5,5%. Определить объем сухих газов при полном сго-
рании топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3.
Ответ4. Усд. = 7,84 м’/кг.
Задача 1.36. Определить объем водяных паров при пол-
ном сгорании в слое 103 кг/ч фрезерного торфа состава:
Ср = 24,7%; Нр = 2,6%; S£ = 0,1%; Np = 1,1 %; Op =
= 15,2%; Лр = 6,3%; Wp = 50,0% при коэффициентах
избытка воздуха в топке ат = 1,35 и 1,4.
Ответ: Ун.о = 963 м’/ч; Унго = 965 м3/ч.
Задача 1.37.В топке котла сжигается 600 м3 природного
газа У герского месторождения состава: СО2 = 0,2%;
СН4 = 98,5%; C2HG = 0,2%; С3Н8 = 0,1%; N, -= 1,0 %.
Определить объем продуктов сгорания при коэффициенте
избытка воздуха в топке ат ~ 1,15.
Ответ: 1% = 7210 м3.
Задача 1.38. Определить объем сухих газов, получае-
мых при полном сгорании в слое 800 кг кузнецкого угля
марки Д, если известен состав его горючей массы: О =
= 78,5%; Нг = 5,6%;	= 0,4%; Nr = 2,5%; Or =
= 13,0%; зольность сухой массы Ас = 15,0% и влаж-
ность рабочая Ц7р = 12,0%. Коэффициент избытка возду-
ха в топке ат — 1,3.
Ответ: Vc,г = 6141 м3.
Задача 1.39. Определить объем двух- и трехатомных га-
зов и содержание СО2 и SO2 в сухих газах, получаемых при
полном сгорании 1 кг донецкого угля марки Т состава:
Ср = 62,7%; Нр = 3,1%; SJJ = 2,8%; Np = 0,9%; Op =
==1,7%; Лр = 23,8%; 1УР = 5,0%, если известно, что
дымовые газы при полном сгорании содержат RO'J’ax= 18,8%.
Решение: Объем трехатомных газов определяем по
формуле (1.33):
Рио, = Усо, + Узо, = 0,0187 (CP-|-O,375S5) = 0,0187 X
X (62,7 + 0,375-2,8) = 1,19 м3/кг.
23
ылидим и
* формулы (1.48):
рВ ’ 1>19 100-
Объем сухих га? Лм ° 'б,33м3/кг.
у — _ ^'i;0A-.	газов
с’г 1?оГх ; 6,33 — 1
11Ь1Х ,'хих газах* 19 ==5,14 м3/кг.
Объем двухатом рг О	' определяем по формуле
VRs = Vc.r - V// в с,
Содержание СО2 ^,01870 1г
(1 -46):	4= £ °I87 62-Z. Ю0 =
v 1-='	6,33
СО2 = -^- Ю(?
Vc г
;ухих газ
_ 18,5%.	'	*х находим по формуле
Содержание SO./ 0187 -°'375К
(1.47):	0/ Vc.r V 100=
SO., = -^- ю1
Vc.r
0,0187-0,375-2,8
100
ть объед,
)- полу’( трехатомных газов и со-
Np = к Г состава: Ср = 45,4%;
если г>9%; Ор = 8,9%; Ар =
'7 о/ 'Эестно, что дымовые га-
м3/кг;
(,™, .г ,	,	СО2 = 18,5%; SO2 =
содержат RO'^0,8^ ить объе.
/ни 1000 V сухих дымовых газов,
^редМ^ 2 б%- Фрезерного торфа соста-
....Л‘ ’ ’ -. №=1,1%;
_______ ... если известно,
иднент и^рании топлива содержат
'_чбытка воздуха в топке
б,зз
»г''^ашрл|»лл л	~~
РеД%<гля маркц^емых при полном сгора-
Задача 1.40. Oiy, и .	’г ™------- т _ л к л ох .
держание в них ССрго
нии 1 кг ткибульск-153^ ’ig^7 *%
Нр = 3,5%; S’ = з’о' мз/кг°-
= 27,0%; Гр = ?ак Д
зы (
Ответ-. Vro, —	/
= 0,2%.	_
Задача 1.41. OiW^ jp = Одо/
получаемых при с/ Нр/полном ci> 50,0%, е
ва; О’ = 24,7%;	6\
Ор = 15,2%; Ар прИ|1
что дымовые газыоэф* мз
RO2 =15,0%. г котла сд
а-г = 1.3-	307<остава: Кигается 5‘Ю3 кг/ч донец-
Ответ: Vc.v = jon’*.й/ Ор%> = 55 2о/о; н₽ = 38%;
Задача 1.42. В Г на . 5 ^. Др = 230
кого угля марки 1^3дуХа( ес лько был увеличен объем
Sn = 3,2%; Np ^деЛ	'И известно, что при пол-
Гр = 8,0%. Оп^ку *
подаваемого в тог
ном сгорании топлива содержание RO2 в дымовых газах
снизилось с 16 до 14%.
Ответ: Vn = 5949 м3/ч.
Задача 1.43. В топке котла сжигается 2-Ю3 кг/ч мало-
сернистого мазута состава: Ср = 84,65%; Нр = 11,7%;
Sp = 0,3%; ОР = 0,3%; Др = 0,05%; Гр=3,0%. Оп-
ределить, на сколько был увеличен объем подаваемого в
топку воздуха, если известно, что при полном сгорании
топлива содержание RO2 в дымовых газах снизилось с 15
до 12%.
Ответ: VB = 6666 м3/ч.
Задача 1.44. В топке котла во время испытаний сожже-
но 3-103 кг/ч кузнецкого угля марки Д состава: Ср =
= 58,7%; Нр = 4,2%; S’ = 0,3%; № = 1,9%; Ор =
= 9,7%; Др = 13,2%; Гр = 12,0%. В течение первой
половины испытаний в продуктах полного сгорания топли-
ва получено RO2 = 18%, а в течение второй половины ис-
пытаний RO2 уменьшилось до 15%. Определить, какой
объем воздуха добавлен в топку между первой и второй по-
ловинами испытаний.
Ответ: Ув = 4650 м3/ч.
Задача 1.45. Определить объем продуктов сгорания, по-
лучаемых при полном сгорании 1 кг ленинградских сланцев
состава: Ср = 20,6%; Нр = 2,7%; S’ =1,7%; N£ =
= 0,1%; Ор = 2,8%; Лр = 46,0%; Гр = 11,5 %;
(СО2)’ = 16,4%. Коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3.
Ответ: V,. = 2,96 м3/кг.
Задача 1.46. Определить объем продуктов сгорания, по-
лучаемых при полном сгорании 2-I03 кг/ч карагандинско-
го угля марки К состава Ср = 54,7%; Нр = 3,3%; S’ =
= 0,8%; Np = 0,8%; Ор = 4,8 %; Др = 27,6%; 1КР =
= 8,0%, если известно, что дымовые газы содержат
RO2 = 18%.
Ответ: V'r = 12 560 м3/ч.
Задача 1.47. Определить максимальное содержание трех-
атомных газов в продуктах полного сгорания 1 кг донец-
кого угля марки А состава: О’ = 63,8%; № = 1,2%;
SS = 1,7%; Np = 0,6%; О = 1,3%; Д₽ = 22,9%; 1КР =
= 8,5%.
Ответ: RO™X = 20,2 %.
Задача 1.48. В топке котла сжигается смесь из 2-103 кг/ч
донецкого угля марки Д состава: Ср = 49,3%; Нр = 3,6%;
25
24
Объем сухих газов находим из формулы (1.48):
Кс г = ~ V-P" ЮО ^-LiH-100- 6,33 м3/кг.
RCO”	18.8
Объем двухатомных газов
Vr, = V'c.r — ^Ro2 = 6,33 — 1,19 = 5,14 м3/кг.
Содержание СО2 в сухих газах определяем по формуле
(1.46):
СО, = 2^_ 100=^100=^1100=
Ус .Г	У С.г	6,33
= 18,5%.
Содержание SO2 в сухих газах находим по формуле
(1.47):
0,О187.0,375.2А100^0>31О/о
G.33
Задача 1.40. Определить объем трехатомных газов и со-
держание в них СО., и SO2, получаемых при полном сгора-
нии 1 кг ткибульского угля марки Г состава: Ср = 45,4%;
Нр = 3,5%; S’? - 1,3%; № = 0,9%; Ор = 8,9%; Лр =
= 27,0%; Ю = 13,0%, если изестно, что дымовые га-
зы содержат RO'"ax = 18,7 %.
Ответ: KR02 = 0,86 м3/кг; СО2 = 18,5%; SO2 =
= 0,2%.
Задача 1.41. Определить объем сухих дымовых газов,
получаемых при сжигании 1000 кг фрезерного торфа соста-
ва: Ср = 24,7%; Нр = 2,6%; SJ? = 0,1%; №=1,1%;
Ор = 15,2%; Ар = 6,3%; Wp = 50,0%, если известно,
что дымовые газы при полном сгорании топлива содержат
RO2 = 15,0%. Коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3.
Ответ: Ус.г = 3066 м3.
Задача 1.42. В допке котла сжигается 5-103 кг/ч донец-
кого угля марки Г состава: О’ = 55,2%; Нр = 3,8%;
S’ = 3,2%;	№ = 1,0%; Ор = 5,8%; Ар = 23,0 %;
Ц7р = 8,0%. Определить, на сколько был увеличен объем
подаваемого в топку воздуха, если известно, что при пол-
ном сгорании топлива содержание RO2 в дымовых газах
снизилось с 16 до 14%.
Ответ: VB = 5949 м3/ч.
Задача 1.43. В топке котла сжигается 2-Ю3 кг/ч мало-
сернистого мазута состава: О’ = 84,65%; Нр = 11,7%;
S’ = 0,3%; Ор = 0,3%; Лр = 0,05%; Ю1 = 3,0%. ’оп-
ределить, на сколько был увеличен объем подаваемого в
топку воздуха, если известно, что при полном сгорании
топлива содержание RO2 в дымовых газах снизилось с 15
до 12%.
Ответ: 4% = 6666 м3/ч.
Задача 1.44. В топке котла во время испытаний сожже-
но 3-103 кг/ч кузнецкого угля марки Д состава: О’ =
= 58,7%; Нр = 4,2%; 5’ = 0,3%; №=1,9%; Ор =
= 9,7%; Ар — 13,2%; Ц7р = 12,0%. В течение первой
половины испытаний в продуктах полного сгорания топли-
ва получено RO2 = 18%, а в течение второй половины ис-
пытаний RO2 уменьшилось до 15%. Определить, какой
объем воздуха добавлен в топку между первой и второй по-
ловинами испытаний.
Ответ: VB = 4650 м’/ч.
Задача 1.45. Определить объем продуктов сгорания, по-
лучаемых при полном сгорании I кг ленинградских сланцев
состава: О’ = 20,6%; Нр = 2,7%; S? = 1,7%;	№ =
= 0,1%; Ор = 2,8%; Ар = 46,0%;	1FP=11,5%;
(СО2)к = 16,4%. Коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3.
Ответ: Vr = 2,96 м3/кг.
Задача 1.46. Определить объем продуктов сгорания, по-
лучаемых при полном сгорании 2-Ю3 кг/ч карагандинско-
го угля марки К состава Ср = 54,7%; Нр = 3,3%; S’ =
= 0,8%; № = 0,8%; Ор = 4,8 %; Лр = 27,6%; Гр =
= 8,0%, если известно, что дымовые газы содержат
RO2 = 18%.
Ответ: Vr = 12 560 м3/ч.
Задача 1.47. Определить максимальное содержание трех-
атомных газов в продуктах полного сгорания 1 кг донец-
кого угля марки А состава: О’ = 63,8%; Нр = 1,2%;
S’ = 1.7%; № = 0,6%; Ор = 1,3%; Ар = 22,9%; Гр =
= 8,5%.
Ответ: RO™ax = 20,2 %.
Задача 1.48. В топке котла сжигается смесь из 2-103 кг/ч
донецкого угля марки Д состава: Ср = 49,3%; Нр = 3,6%;
24
25
.,.0%; N? - = 1,0%; Ор 8.3%; Др = 21,8%;
- 13,0%, и 3- 103 кг/ч донецкого угля марки Г состава:
Нр = 3,8%;	(S’)2 = 3,2%;	N₽= 1.0%;
Др = 23%; Wp = 8%. Определить объем
получаемых при полном сгорании смеси, если коэф-
---- а.,. = 1,3.
(SJIK = 3,0%;
ц/р -	.
С?1- 55,2%;
Ор = - 5,8%;
газов, г
фициепт избытка воздуха в топке
Ответ: V,- -= 37 480 м3/ч.
Задача 1.49. Определить объем газов, получаемых при
полном сгорании 1000 м’/ч природного газа Радченковско-
= 13,7%.
артемовс-
2,9%;
Ц7р =
и со-
кого месторождения состава: СО2 = 0,1 /о ; СН4
С2Н„ = 0,2%; С3Н8 = 0,1%; С4Н10 = 0,1%; N2
Коэффициент избытка воздуха в топочной камере
Ответ: V,. = 10 230 м3/ч.
Задача 1.50. В топке котла сжигается 1 кг
кого угля марки БЗ состава: Ср = 35,7%; Нр —
S’ = 0,3%; Np = 0,7%; Ор = 12,1%; Др = 24,3%;
— 24,0%. Определить объем продуктов сгорания
держание в них кислорода О2, если RO2 = 18 %.
Ответ: Vv = 4,16 м3/кг; О2 = 1,3 %.
Задача 1.51. В топке котла сжигается 1 кг анадырского
угля марки БЗ состава: Ср = 50,1%; Нр = 4 0%; SJ! =
= 0,1%; Np = 0.7%; О» = 12,2%; ДР=Н,9%; Гр
= 21,0%. Определить коэффициент избытка воздуха при
полном сгорании топлива, если RO2 =- 16%.
Ответ: ат = 1,2.
Задача 1.52. В топке котла сжигается донецкий уголь
марки Т состава: Ср = 62,7%; Нр = 3,1%; S’ = 2,8%,
Np - 0,9%; Ор = 1,7%; Др = 23,8%; Гр = 5,0%. Оп-
ределить содержание азота N2 в продуктах сгорания и ко-
эффициент избытка воздуха при полном сгорании топлива,
если RO2 = 15,0%.
Ответ: VN. = 5,09 м3/кг; ат = 1,26.
Задача 1.53. Определить объем сухих газов и коэффи-
циент избытка воздуха при полном сгорании природного га-
за Саратовского месторождения состава: СО2= 1,-/о>
СН. = 91,9%; С2НЙ = 2,1%; С3Н8=1,3%; C4Hj„ =
= 0,4%; C5HJ2 = 0,1%; N2 = 3,0%, если известно, что
продукты сгорания содержат RO2 = 16,0% и О2 = 4,0/о-
Ответ: Vc,г = 6,44 м3/м3; ост = 1,23.
Задача 1.54. В топке котла сжигается 1 кг райчихинско-
угля марки Б1 состава: Ср = 30,4%; Нр = 1,7 .о
= 0,3%; Np = 0,5%; Ор = 12,2%; Др = 7,9%; Wp '
47,0%. Определить содержание кислорода О2 в продук
то
СР
Ол
тах сгорания и коэффициент избытка воздуха при полном
сгорании топлива, если RO2 = 16,0%.
Ответ: О2 = 4,8%; ат = 1,3.
Задача 1.55. Определить массу продуктов сгорания и
концентрацию золы в продуктах сгорания, получаемых при
полном сгорании 1 кг ленинградских сланцев состава:
Ср = 20,6%; Нр = 2,7%; S’ = 1,7%; Np = 0,1%; Op =
= 2,8%; Др = 46,0%; Гр=11,5%; (СО2)£ = 16,4%,
если известно, что доля золы топлива, уносимой продукта-
ми сгорания, Цун = 0,95. Коэффициент избытка воздуха в
топке ат = 1,3.
Решение: Расчетное содержание золы в топливе с
учетом неразложившихся карбонатов определяем по фор-
муле (1.57):
Д’ = Др + (1 -Я) (СО2)’ = 46,0 + (1 - 0,7) 16,4 =
= 50,9%.
Теоретический объем воздуха, необходимый для полного
сгорания 1 кг топлива, находим по формуле (1.27):
V» = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 (S^—Qp) =0,089-20,6 +
+ 0,266-2,7 + 0,033 (1,7 — 2,8) = 2,52м3/кг.
Массу продуктов сгорания определяем по формуле
(1.56):
к = 1 — 0,01 Дк + 1,306атК° + 0,01 (СО2)’К = 1 —
- 0,01-50,9 + 1,306-1,3-2,52 + 0,01-16,4-0,7 = 4,9 кг/кг.
Концентрацию золы в продуктах сгорания находим по
формуле (1.58):
р = -^..аУн = 46~0’95. = 0,0892.
Л4Г „	4,9-100
г.к
Задача 1.56. Определить массу продуктов сгорания и
концентрацию золы в продуктах сгорания, получаемых при
полном сгорании 1 кг карагандинского угля марки К соста-
ва: Ср = 54,7%; Нр = 3,3%; S}’, = 0,8%; N₽ = 0,8%;
О₽ — 4,8%; Ар = 27,6%; Ц7р = 8,0%, если известно,
что доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания,
йун = 0,85. Коэффициент избытка воздуха в топке ат =
— 1,3.
Ответ: Д4Г = 9,25 кг/кг; цзл = 0,0253.
Задача 1.57. Определить массу продуктов сгорания, по-
лучаемых при полном сгорании 1 м3 природного газа Став-
. ропольского месторождения состава: СО2 = 0,2%; СН4 =
= 98,2%; С2Нв = 0,4%; С3Н8 = 0,1%; С4Н10 = 0,1%;
26
27
N2 = 1,0%, если известно, что плотность сухого газа
ргс т = 0,728 кг/м3. Коэффициент избытка воздуха в топ-
ке ат = 1,15.
Ответ: Мг = 15 кг/м3.
§ 1.4. ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА
Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м3) 1 кг
твердого, жидкого или 1 м3 газообразного топлива опреде-
ляется как сумма энтальпий продуктов сгорания 7? при
ат = 1, избыточного воздуха /в (ат — 1) и золы /3 (если
ДПрун> *>43 кг.%-10-3/кДж), т. е.
7Г = 7’г + (ат - 1) 7J + 73.	(1.6°)
Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг, кДж/м3) при
ат = 1 и температуре газов О, °C определяется по формуле
/?=VRo2(^)Co, + V?l!(^)N! +V?!,0(ctf)Ht0,	(1-61)
где Vro2> Vn2> ^н2о — теоретические объемы продуктов
сгорания топлива, м3/кг (м3/м3); (сО)со2> (сО)^, (сО)н2о
энтальпия углекислоты, азота и водяных паров соот-
ветственно, кДж/м3.
Энтальпия воздуха (кДж/кг, кДж/м3) при ат = 1 и тем-
пературе О', °C определяется по формуле
/’ = У°(с^)в,	О'62)
где 17° теоретический объем воздуха, м3/кг (м3/м3);
(сО)в энтальпия воздуха, кДж/м8.
Энтальпия золы (кДж/кг)
7	(СО)3,	(1.63)
3 юо
где ауп доля золы топлива, уносимой продуктами сгора-
ния; (сО)3 энтальпия золы, кДж/кг.
Значения энтальпий продуктов полного сгорания топли-
ва, воздуха и золы приведены в табл. 1 (см. Приложение).
/^-диаграмма для продуктов сгорания, /б-диаграмму
строят следующим образом: задают несколько значений тем-
пературы горения топлива О и вычисляют для них энталь-
пии продуктов сгорания. Затем, выбрав масштабы темпера-
тур и энтальпий в прямоугольной системе координат, по
28
точкам проводят прямую 7 = /ДА) (рис. 1.1). По 70-диа-
грамме находят теоретическую температуру горения топли-
ва в топке котла.
Задача 1.58. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг
карагандинского угля марки К состава: Ср = 54,7%;
Н₽ = 3,3%; S5=O,8%; Np = 0,8%; О₽ = 4,8%;	=
= 27,6%; 1FP = 8,0%; если извест-
но, что температура газов на выходе
из топки равна 0г = 1000 °C, доля
золы топлива, уносимой продук-
тами сгорания, аун = 0,85 и при-
веденная величина уноса золы сжи-
гаемого топлива Дпр уп=4,6 кг-% X
Х10_3/кДж. Коэффициент избытка
воздуха в топке ат = 1,3.
Решение: Теоретически не-
обходимый объем воздуха опреде-
ляем по формуле (1.27):
. 17° = 0,089Ср+0,266Нр + 0,033 х
x(SP—QP)=0,089-54,7+0,266-3,3+
+ 0,033 (0,8 — 4,8) = 5,61 м3/кг.
Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):
Vro2 =0,0187 (Ср + 0,375SJ) = 0,0187 (54,7 + 0,375-0,8) =
— 1,03 м3/кг.
Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):
Vfo, = 0,7917° + 0.8NP/100 = 0,79-5,61 + 0,8-0,8/100 =
= 4,43 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров находим по формуле
Vft2o = 0,0124 (9Нр + Гр) + 0,0161V0 = 0,0124 X
X (9-3,3 + 8,0) + 0,0161-5,61 = 0,56 м3/кг.
Энтальпию продуктов сгорания при ат = 1 и температу-
ре газов = 1000 °C определяем по формуле (1.61):
/r°7^RckP)co- Vn2 (сО^ + ^о (С0)н2о =
= 1,03.2202 + 4,43-1394 + 0,56-1725 = 9409 кДж/кг.
Значения (сд)СОг, (cO)Nz и (с0)н2о при температуре
газов 0г = 1000 °C взяты из табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию золы 1 кг угля при = 1000 °C определя-
ем по формуле (1.63):
/з=984=231 кДж/кг-
29
Значение (б-0)3 при температуре газов •0',. — 1000 °C
взято из табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию воздуха при ат ; 1 и температуре газов
Ог — 1000 °C находим по формуле (1.62):
/’ = К°(с0)в = 5.61-1436 = 8056 кДж/кг.
Значение (сО)в при температуре газов &,. = 1000 °C
взято из табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию продуктов полного сгорания 1 кг угля при
О'г = 1000 °C определяем по формуле (1.60):
Д. = /? + (ат - 1) /2 + /3 = 9409 + (1,3 - 1) X
X 8056 + 231 = 12 057 кДж/кг.
Задача 1.59. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг
донецкого угля марки Т состава: Ср = 62,7%; Нр = 3,1%;
SE = 2,8%; Np = 0,9%; Ор = 1,7%; Лр = 23,8%;
Wp = 5,0%, если известно, что температура газов на вы-
ходе из топки О'г = 1100 °C.
Ответ: /? = 11 774 кДж/кг.
Задача 1.60. В топке котла сжигается 1 кг донецкого
угля марки А состава: Ср — 63,8 %; Нр = 1,2 %; Sjj —
= 1.7 %; Np = 0,6 %; Ор = 1,3 %; Ар = 22,9 %; IP =
= 8,5 %. Определить энтальпию избыточного воздуха на
выходе из топки при полном сгорании угля, если известно,
что температура газов на выходе из топки &,, = 1000 °C.
Коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,3.
Ответ: /в = 2604 кДж/кг.
Задача 1.61. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 м3
природного газа Газлинского месторождения состава:
СО2 - 0,4 %;СН4 = 94,0 %;С2Н6 = 2,8 %;С3Н8 = 0,4%;
С4Н10 = 0,3 %; С5Н12 = 0,1 %; N2 = 2,0 %; если извест-
но, что температура газов на выходе из топки О'г - 4000 °C.
Коэффициент избытка воздуха в топке ат ~ 1,1.
Ответ: /г = 18 034 кДж/м3.
Задача 1.62. Определить энтальпию избыточного возду-
ха на выходе из топки при полном сгорании 1 м3 природ-
ного газа Шебелинского месторождения состава: СО2 —
= 0,1 %; СН4 = 92,8 %; С2Н6 = 3,9 %; С3Н8 = 1,0 %;
С4Н10 = 0,4 %; С5Н12 = 0,3 %; N2 = 1,5 %, если извест-
но, что температура газов на выходе из топки О',. = 1000 °C.
Коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,1.
Ответ: /в = 1431 кДж/м3.
Задача 1.63. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг
30
высокосернистого мазута состава: Ср = 83,0 %; Н =
= 10,4 %; SS = 2,8 %; Ор = 0,7 %; Ар = 0,1 %; Ц7р =
= 3,0 %, если известно, что температура газов на выходе
из топки 0г = 1100 °C. Коэффициент избытка воздуха в
топке ат = 1,15.
Ответ: 1Т = 21 377 кДж/кг.
Задача 1.64. Определить энтальпии избыточного возду-
ха и золы на выходе из топки при полном сгорании 1 кг
донецкого угля марки Г состава: Ср = 55,2 %; Нр = 3,8 %;
SE = 3,2 %; Np=l,0%; Ор = 5,8 %; Ар = 23,0 %;
Ц7р = 8,0 %, если известно, что температура газов на вы-
ходе из топки 0г = 1100 °C, доля золы топлива, уносимой
продуктами сгорания, ауи = 0,85 и приведенная величина
уноса золы сжигаемого топлива /1пр у1, = 3,72 кг-%Х
X 10~3/кДж. Коэффициент избытка воздуха в топке ат =
= 1,3.
Ответ: /в = 2790 кДж/кг; Д, = 214 кДж/кг.
Задача 1.65. В топке котла сжигается 1 кг карагандин-
ского угля марки К состава: Ср = 54,7 %; Нр = 3,3 %;
5л = 0,8 %; Np = 0,8 %; Ор = 4,8%; Лр = 27,6 %;
Wp = 8,0 %. Построить /^-диаграмму для продуктов сго-
рания в интервале температур горения топлива 600 ...
... 2000 °C. Коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,3.
Решение: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.27):
К° = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 (S$ — Ор) = 0,089 X
X 54,7 + 0,266-3,3 + 0,033 (0,8 — 4,8) = 5,61 м3/кг.
Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):
Kro2 == 0,0187 (Ср + 0,375S£) 0,0187 (54,7 + 0,375• 0,8) =
= 1,03 м3/кг.
Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):
Vn2 = 0,79 Т° + 0,8Np/100 = 0,79-5,61 + 0,8-0,8/100 =
= 4,43 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров находим по форму-
ле (1.35):
Vhso = 0,0124 (9Нр + Гр) + 0,0161 К° = 0,0124 X
X (9-3,3 + 8) + 0,0161-5,61 = 0,56 м3/кг.
_ Энтальпию продуктов сгорания 1 кг угля при +- —
— 600 С определяем по формуле (1.60):
= Д° + (ат -1) /»= VR02 (Сф)сог + ]/<>, (CQ)N2 +
+ ^н2о (с0)н2о + (ат -1) Р (cfl)B = 1,03 -1222 + 4,43 х
X 804 + 0,56• 967 + (1,3 — 1). 5,61 • 830 = 6759 кДж/кг.
31
I, кДж/кг.
Значения (сй)сог, (H>)n2, (с^)н2о и (с&)„ при темпе-
атуре = 600 °C взяты из табл. 1 (см. Приложение)
При = 1000 °C
7Г = /«+ (ат— !)/« = Vro2 И)со, + V&, (^)ns +
+ Vft2o (^)н,о + (ат -1) V» И)в = 1,03 • 2202 + 4,43 х
х 1394 + 0,56-1725+(1.3—1) 5,61 • 1436 11 826 кДж/кг.
Значения (с$)со2, (c^)n.,
Ин.оИ (с^)в при темпера-
туре О'г = 1000 °C взяты из
табл. 1 (см. Приложение).
При #Г = 2000 °C
Л = /?+(<+ - 1)/»° =
= VRO2(^)co2 + Vz?l2(c#)N24-
+ 1/н2о(С1Э')н2о+(ат—1)^° х
X (cfl)B = 1,03-4843 +
+ 4,43-2964 + 0,56-3926 +
+ (1,3-1) 5,61-3064 =
= 25 474 кДж/кг.
По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания
троим /^-диаграмму (рис. 1.2).
'ЛАВА 2
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Уравнение теплового баланса (кДж/кг, кДж/м3) имеет
вид
Qp = Qi + Qz + Q3 + Qt + Q6 4- Qc,	(2.1)
или в процентах от располагаемой теплоты топлива
91 + Яг + 9з + </4 + Яь + 9в = Ю0,	(2.2)
где <71. = (СЖ) 10°; Яг = (<W) 100 и т. д. .
В уравнениях (2.1) и (2.2): Qp — располагаемая тепло-
та; Q, (91) — теплота, полезно использованная в котло-
агрегате на получение пара; Q2 (q2) — потери теплоты с
уходящими газами; Q3 (qa) — потери теплоты от химиче-
ской неполноты сгорания топлива; Q4 (qt) — потери тепло-
ты от механической неполноты сгорания топлива; Q6 (f/3) —
потери теплоты в окружающую среду; Q6 (qe) — потеря теп-
лоты с физической теплотой шлака.
Располагаемая теплота (кДж/кг, кДж/м3) на 1 кг твер-
дого (жидкого) или на 1 м3 газообразного топлива опреде-
ляется по формулам:
СР₽ = Снр+<2Тл + <2в.В11 + (2ф-Ск;
Qp = QB +@тл +Qb.bh + Q<j),	(
где QS и Q„ — низшая теплота сгорания рабочей массы
твердого и жидкого топлива и сухой массы газообразного
топлива, кДж/кг (кДж/м3); QTJI — физическая теплота топ-
лива, кДж/кг (кДж/м3); Qa вн — теплота, вносимая в топ-
ку с воздухом, кДж/кг (кДж/м3);	— теплота, вносимая
в топку с паровым дутьем, кДж/кг (кДж/м3); QK — тепло-
та, затраченная на разложение карбонатов при сжигании
сланцев, кДж/кг.
Физическая теплота топлива
§ 2.1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО QTJ, =	/т,	^4)
ДЕЙСТВИЯ И РАСХОД ТОПЛИВА КОТЕЛЬНОГО	'	'
агрегата	где с? теплоемкость рабочей массы топлива, кДж/(кг-К)
Тепловой баланс котельного агрегата. Тепловым балан- т ^Хемкость3 работе? м^ссытомивГ"^’ °
:ом называют распределение теплоты, вносимой в котлоаг-	цаиинеи массы топлива
регат при сжигании топлива, на полезно использованную ср — & J0Q—1Гр с wp
геплоту и тепловые потери. Тепловой баланс составляется т т 100 Нг 100 ’	' ‘ >
{а 1 кг твердого (жидкого) топлива или на 1 м3 газообраз- с
{Ого топлива применительно к установившемуся теплово- т> Сн«° соответственно теплоемкости сухой массы
му состоянию котельного агрегата.	твердого топлива и воды, кДж/(кг-К); с?—для антрацита —
39	! Зак- 1°®8	м
0,921, для каменных углей—0,962, для бурых углей —
1,088, для фрезерного торфа — 1,297 и сланцев— 1,046.
Теплоемкость мазута
г',’ = 1,74 Ч- 0,0025/т.	(2.6)
Физическая теплота топлива учитывается в том случае,
если оно предварительно подогрето вне котлоагрегата (по-
догрев мазута, сушка топлива в разомкнутой системе и т. д.).
Теплота, вносимая в топку с воздухом:
Qb.bh = aTV%'JBAZn,	(2.7)
где ат — коэффициент избытка воздуха в топке; V0 —
теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания
1 кг топлива, м3/кг; с'ръ — средняя объемная теплоемкость
воздуха при постоянном давлении, кДж/(м3-К); при тем-
пературе воздуха до 300 °C с'рп = 1,33 кДж/(м3-К); А/в —
разность температур подогретого и холодного воздуха, °C.
Теплота, вносимая в топку с паровым дутьем:
Сф = Гф (Д, - 2510),	(2.8)
где Ц7ф и 1Ф— соответственно расход и энтальпия пара,
идущего на дутье или распиливание топлива, кг/кг и кДж/кг;
для дутья Ф'ф = 0,7 ... 0,8 кг/кг; для распыливания паро-
выми форсунками = 0,35 кг/кг, паромеханическими
= 0,03 ... 0,035 кг/кг.
Теплота, затраченная на разложение карбонатов при
сжигании сланцев:
QK = 40,6К (CO2)L
где К — коэффициент разложения карбонатов.
Теплота (кДж/кг), полезно использованная в котлоаг-
регате:
Q1 — —-Г2- [Оп.п гп.в)4- — . Ок.в	in.в)] +
D [	1UU	]
+ ^Н.П0н.п-'п.в),	(2.9)
где Dne, Dn i, — соответственно расход перегретого и на-
сыщенного пара, кг/с; В — расход натурального топлива,
кг/с; iu п, in п, 1и.в, Д,в — соответственно энтальпии пере-
гретого и насыщенного пара, питательной и котловой воды
кДж/кг; Р— величина непрерывной продувки, %.
34
Теплота (кДж/кг), полезно использованная в водогрей-
ных котлах:
Qi =	(240)
где i‘i и Ч — соответственно энтальпии воды, поступающей
в котел и выходящей из него, кДж/кг; М„ — расход воды,
кг/с.
Теплота (%), полезно использованная в котлоагрегате:
<7i = (QiM) 10°-	(2.11)
Потери теплоты (кДж/кг) с уходящими газами
Q-2 = (^ух Ср ух	срв ^в) (1 00	<7,()/1 00 =
= (/уХ-ауХ/«в)(100-<74)/100,	(2.12)
где Уух — объем уходящих (дымовых) газов на выходе из
последнего газохода котлоагрегата, м3/кг; срух —• средняя
объемная теплоемкость газов при постоянном давлении,
определяемая по Фух, кДж/(м3-К); Фух — температура
уходящих газов на выходе из последнего газохода, °C;
аух — коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;
У0 — теоретический объем воздуха, необходимый для сго-
рания 1 кг топлива, м3/кг; t„ — температура воздуха в ко-
тельной, °C; у4 — потеря теплоты от механической неполно-
ты сгорания, %; /ух, Д.п — соответственно энтальпии про-
дуктов сгорания и холодного воздуха, кДж/кг.
Потери теплоты (%) с уходящими газами
= (Q2/Q^) 100 = (/ух - аухД.в) (100 -	(2.13)
Потери теплоты (кДж/кг) от химической неполноты сго-
рания топлива определяются содержанием в продуктах
горения СО:
Q3 = 237 (Ср + 0,375s1’) CO/(RO2 + СО), (2.14)
где Ср и S5 — содержание углерода и серы в топливе, %;
СО-—содержание оксида углерода в уходящих газах, %;
ro2 = со2 + so2 — содержание СО2 и SO2 в уходящих
газах, %.
Потери теплоты (%) от химической неполноты сгорания
топлива
<7з = (<?з/<ЭД ЮО.	(2.15)
2*
(2.16)
Коэффициенты полезного действия котельного агрега-
та (брутто) и установки (нетто). К п. д. котельного агрега-
та (брутто) характеризует степень экономичности его рабо-
ты и представляет собой отношение использованной в котло-
агрегате теплоты к располагаемой теплоте топлива, т е.
г)®ра = (Q1/QC) 100,	(2.22)
или
т]кРа — ЮО — (<?2 + Яз 4 Qi Д 7s + q2)-	(2.23)
К п. д. котельной установки (нетто) равен к п. д. кот-
лоагрегата за вычетом расхода теплоты на собственные нуж-
ды (освещение, привод насосов, вентиляторов и т д.), т. е.
пнт -„бр „	100
р
где Qc.n — расход теплоты иа собственные нужды, кДж/с.
Расход топлива. При тепловых расчетах котельных агре-
гатов различают натуральный расход топлива В и расчет-
ный Вр
Натуральный расход (кг/с) топлива определяется по
формуле
— ®ис К'п.п (П. li) 4" (р/100) (|’к в <п.в)!“|-Вн.п (|ц.п	<П.в)
В =----------------------- -------------------------X
чр 'к а
(2.17)
(2.24)
Ifuicpn	_ J
\ по нормативным данным, а при испытаниях ко-
агрегатов определяются из уравнения теплового
(2.18)
л 100,
где ti®Pa — к- п. д. котлоагрегата (брутто), %
Расчетный расход (кг/с) топлива определяется с учетом
Механической неполноты сгорания
Вр = В (1 - <74/100),	(2.26)
где —- потери теплоты от механической неполноты сгора-
ния, %
Задача 2.1. В топке котельного агрегата паропроизводн-
ёлёдует при- тельностью D — 13,4 кг/с сжигается подмосковный уголь
— теплоем- марки Б2 состава: О = 28,7 %; Н₽ = 2,2 %; Sp = 2,7 %;
°C; N₽ = 0,6 %; Ор = 8,6 %, Д₽ = 25,2 %; №₽ = 32,0 %.
Составить тепловой баланс котельного агрегата, если из-
вестны температура топлива при входе в топку /т = 20°С;
(2.25)
Потери теплоты (кДж/кг) от механической неполноты
сгорания топлива складываются из трех составляющих:
потерь теплоты топлива со шлаком (кДж/кг), потерь
теплоты с провалом топлива под колосниковую решетку
Q"p (кДж/кг) и потерь теплоты с частичками топлива, уно-
симыми уходящими газами (кДж/кг), т. е.
Q4==Qr+Qnp + (?y»
Потери теплоты (%) от механической неполноты сгора-
ния топлива
<?4 = — Ю0 = -^-(а , ________________ь
qp	Qp ^шл+пР 100_Сшл+пр '
+ fl„„--^2----
у 100 — сун
где Др — содержание золы в топливе, %; аШл+пР> аун —
доли золы в шлаке, провале и уносе от общего количества
золы, введенного в топку с топливом, %; Сшл + пр, Сун —
содержание горючих в шлаке, провале и уносе, %.
Потери теплоты (кДж/кг) в окружающую среду зависят
от размеров поверхности котлоагрегата, качества обмуровки
и тепловой изоляции.
В расчетах потери теплоты в окружающую среду при-
нимаются ПО Н'
тельных ;
баланса
<?5 = — (Qi + Qz + *2з + Qi + Qe)
или в процентах
<?5 = 100 — (q1 + q2 + q3 + Qi + qe).
Потерн теплоты (кДж/кг) с физической теплотой шлака
Q« ~ ашЛсшл/шЛДр/100,	(2.20)
где <хшл — доля золы топлива в шлаке: для камерных то-
пок ашл — 1 — аун, для слоевых топок к ащл < --
бавнть долю золы топлива в провале апр; сшл
кость шлака, кДж/(кг-К); /шл—температура шлака.
Д₽—-содержание золы в топливе, %.
Потери теплоты (%) с физической теплотой шлака
Яв = (CVQp) 100 = «жлсЖ1л(шл^р'/Ср-	(2,21’т<и,о₽параЫр ра^°Дт°олива “ 4 кг/с, давление перегре-
Рп.п - 4 МПа, температура перегретого пара
37
(2.19)
(п,п — 450 °C, температура питательной воды /пв = 150°С,
величина непрерывной продувки Р = 4 %; теоретический
объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива
V0 = 2,94 м3/кг, объем уходящих газов на выходе из по-
следнего газохода Vyx = 4,86 м3/кг, температура уходящих
газов на выходе из последнего газохода 0ух = 160 °C,
средняя объемная теплоемкость газов при постоянном дав-
лении с'р ух — 1,415 кДж/(м3-К), коэффициент избытка воз-
духа за последним газоходом аух = 1,48, температура воз-
духа в котельной /в=30°С, средняя объемная теплоемкость
воздуха при постоянном давлении срв = 1,297 кДж/(м3-К),
содержание в уходящих газах оксида углерода СО =
— 0,2 % и трехатомных газов RO2 = 16,6 % и потери теп-
лоты от механической неполноты сгорания топлива ~
— 4 %. Потерями теплоты с физической теплотой шлака
пренебречь.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топ-
лива определяем по формуле (1.12):
$ = 338СР + 1025НР — 108,5 (О₽ — S£) — 25IP =
= 338-28,7 + 1025-2,2 — 108,5 (8,6 — 2,7) — 25-32 =
= 10 516 кДж/кг.
Теплоемкость рабочей массы топлива находим по форму-
ле (2.5):
с? = с‘ (100 — U7P)/100 + Сщо W100 = 1,088 (100 —
— 32)/100 4- 4,19-32/100 = 2,08 кДж/(кг-К).
Физическую теплоту топлива определяем по формуле
(2.4):
QTJI =	— 2,08-20 = 41,6 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
$ = $ +	= Ю 516 4- 41.6 = 10557,6 кДж/кг.
Теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, опре-
деляем по формуле (2.9):
Qi = (Dne/B) [(tn.n~ln.B) + (Р/ЮО) (t; в- 1П.В)1 =
= (13,4/4) [(3330— 632) 4- (4/100) (1087,5—632)]=-.
= 9099 кДж/кг.
Dne ~ D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Энтальпию пара /пп находим по ^-диаграмме: /ПЛ1 ==
= 3330 кДж/кг; энтальпию питательной и котловой воды
находим по табл. 2, 3 (см. Приложение): in B = i' ==
— 632 кДж/кг; iK в = i' — 1087,5 кДж/кг.
Потери теплоты с уходящими газами находим по (2.12):
Qz~(vy* ГП'Х ° ух-«ух /в)()00 --<74)/100 --
= (4,86-1,415 - 160 — 1,48-2,94-1,297-30) (100 —
— 4)/100 - = 891 кДж,'кг.
Потери теплоты от химической неполноты сгорания топ-
лива определяем по формуле (2.14):
Q., = 237 (О’ + 0,3755л) СО/(КО2 + СО) = 237 (28,7 +
+ 0,375-2,7) 0,2/(16,6 + 0,2) = 83 кДж/кг
Потери теплоты от механической неполноты сгорания
топлива находим по формуле (2.17):
(?4 = ftQp/lOO = 4-10557,6/100	422,3 кДж/кг.
Потери теплоты в окружающую среду определяем по
формуле (2.18):
& = Qp ~ (Qi + <?2 + Q3 + Q4) = 10 557,6 - (9099 +
+ 891 + 83 + 422,3) = 62,3 кДж/кг.
Составляющие теплового баланса:
71 = (ОГОр) Ю° = (9099/10557,6) 100 = 86,2 %;
72 = «?2/<2р) Ю0 = (891/10557,6) 100 = 8,4 %;
7.з = (Q3/Qp) юо	.	,
7s =	100 = (63/10557,6) 100 = 0,6 °/0.
Тепловой баланс котельного агрегата согласно уравне-
нию (2.1)
83/10557,6) 100 = 0,8 %;
/
о
Ур =	+ Q2 + Q.i + Q4 + Qs ~ 9099 + 891 + 83 +
+ 422,3 + 62,3 = 10557,6 кДж/кг,
или в процентах от располагаемой теплоты топлива соглас-
но уравнению (2.2)
71 + 7г + 7з + 74 + 7.-, = 86,2 +8,4 + 0,8 + 4 + 0,6 =
= 100 %.
Задача 2.2. В топке котла сжигается малосериистый
мазут состава: Ср = 84,65 %; Нр = 11,7%; S,4 — 0,3 %;
Ор = 0,3 %; Ар = 0,05 %; IP = 3,0 %. Определить распо-
лагаемую теплоту, если температура подогрева мазута
tT = 93 °C и энтальпия пара, идущего на распыливапие топ-
лива паровыми форсунками, iф = 3280 кДж/кг.
Ответ: (Д, = 40 982 кДж/кг.
Задача 2.3. В топке котла сжигается челябинский уголь
марки БЗсостава: С₽ = 37,3 %; Н₽ = 2,8 %; SJJ = 1,0 %;
N₽ = 0.9 %; Op =10,5 %;	= 29,5 %; IP =18 %.
Определить располагаемую теплоту, если температура топ-
лива на входе в топку /,г = 20 °C.
39
38
Ответ.-. <2р = 14 030 кДж/кг.
Задача 2.4. Определить теплоту, полезно использован-
ную в водогрейном котле, если известны натуральный рас-
ход топлива В — 1,2 кг/с, расход воды Мп = 70 кг/с, тем-
пература воды, поступающей в котел, tx = 70 °C и темпе-
ратура воды, выходящей из пего, t2 = 150 °C.
Ответ-. = 19 553 кДж/кг.
Задача 2.5. Определить теплоту, полезно использован-
ную в котельном агрегате паропроизводителыюстыо D —
= 5,45 кг/с, если натуральный расход топлива В =0,64 кг/с,
давление перегретого пара рп п = 1,3 МПа, температура
J = 275 °C, температура питательной
величина непрерывной продувки
ва, V0 =
кДж/м3; qx = 92,4 %,
котла сжигается малосернистый
---- ”	11,7 %; S₽ = 0,3 %;
перегретого пара tlhll
воды tn в = 100 °C и
Р = 3 % .
Ответ-. Q = 21 996 кДж/кг.
Задача 2.6. В топке котельного агрегата паропроизво-
дительностью D = 5,6 кг/с сжигается абанский уголь мар-
ки Б2 состава: Ср = 41,5 %; Нр = 2,9 %; S£ = 0,4 %;
Np = 0,6 %; Op = 13,1 %; Др = 8,0 %; Wp = 33,5 %
Определить в процентах теплоту, полезно использованную
в котлоагрегате, если известны натуральный расход топли-
ва В = 1,12 кг/с, давление перегретого пара рп п — 4 МПа,
температура перегретого пара /п п — 400 °C, температура
питательной воды /п.в = 130 °C, величина непрерывной
продувки Р = 3 % и температура топлива на входе в топ-
ку tT = 20 °C.
Ответ: q± = 91 %.
Задача 2.7. В топке котельного агрегата паропроизво-
дительностью D = 7,22 кг/с сжигается высокосернистый
мазут состава: С₽ = 83,0 %; Нр = 10,4 %;	= 2,8 %;
Ор = 0,7 %; Др = 0,1 %; U7p = 3,0 %. Определить распола-
гаемую теплоту в кДж/кг и теплоту, полезно использован-
ную в котлоагрегате в процентах, если известны температу-
ра подогрева мазута /т = 90 °C, натуральный расход топли-
ва В = 0,527 кг/с, давление перегретого пара рп п = 1,3 МПа,
температура перегретого пара /п.„ = 250 °C, температура
питательной воды /пв = 100 °C и величина непрерывной
продувки Р = 4 %.
w, полезно использованную в котлоагрегате, если извест-
ны натуральный расход топлива В = 0,32 м3/с, теоретиче-
ский объем воздуха, необходимый для сгорания 1 м3 топли-
ва V” = 9,5 м3/м3, давление перегретого пара рп п =
«*4 МПа, температура перегретого пара
температура питательной водыt
воздуха в котельной
го в топку воздуха /п =
духа в топке ат = 1,1.
Ответ: Qx = 35 568
Задача 2.9. В топке
мазут состава: Ср = 84,65 %; Нр =
О₽ = 0,3 %; Лр = 0,05 %; 1}7р = 3,0 %. Определить по-
тери теплоты в кДж/кг и процентах с уходящими газами из
котлоагрегата, если известны коэффициент избытка возду-
ха за котлоагрегатом аух = 1,35, температура уходящих
газов на выходе из последнего газохода Оух = 160 °C,
температура воздуха в котельной /в = 30 °C, средняя объем-
ная теплоемкость воздуха при постоянном давлении с'ръ =
= 1,297 кДж/(м3-К) и температура подогрева мазута /т —
= 90 °C.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.12):
$ = 338СР + 1025Н₽ — 108,5 (Op — SJ) — 25 Гр =
= 338-84,65 + 1025-11,7 — 108,5 (0,3 — 0,3) — 25-3,0 =
= 40 529 кДж/кг.
Теплоемкость мазута находим по формуле (2.6):
с? = 1,74 + 0,0025/т = 1,74 + 0,0025-90 =
= 1,97 кДж/(кг-К).
Физическую теплоту топлива определяем по формуле
(2.4):
Отл = c^tT — 1,97-90 = 177 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
<?р =	+ <2тЛ = 40 529 + 177 = 40 706 кДж/кг.
Теоретический объем воздуха, необходимый для сгора-
ния 1 кг топлива, определяем по формуле (1.27):
‘ п пр = 39 044 кДж/кг; щ = 89,5 %-	V0 = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 (S’ - Ор) = 0,089 X
Za2Q8. В топке котельного агрегата паропроизво- Х84Д55 + 0,266-11,7 + 0,033 (0,3 - 0,3) = 10,62 м3/кг.
п _ л о кг/г сжигается природный газ Дашав Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):
^"“Д^ожпиия с низшей теплотой сгорания 0Й = VBO, = 0,0187 (С- + 0.375® - 0,0187 (М.65 + 0.375Х
1“ ж 700ТдРЖ"pS. кДж/»1»	х0-3> = 1
НЫ натуральный расход топлива В = 0,32 м3/с, теоретиче-
давление перегретого пара р.
----------- ’п.п = 400 °C,
П;В = 130 °C, температура
в = 30 °C, температура поступающе-.
230 °C и коэффициент избытка воз-
40
41
Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):
Пг - 0,79V0 + 0.8NP/100 = 0,79-10,62 = 8,39 м’/кг.
Теоретический объем водяных паров находим по форму-
ле (1.35):
Уно = 0,0124 (9НР + 1Г₽) Н- 0,0161V0 = 0,0124
X (9-11,7 + 3,0) + 0,0161-10,62 = 1,51 м3/кг.
Энтальпию продуктов сгорания при ат = 1 и Оух =
= 160 °C определяем по формуле (1.61):
/? - VROj (сО')со2 + Vft, + Vft.o (сО)нго =
= 1,58-280 + 8,39-208+1,51 -242 = 2553 кДж/кг.
Значения (сО)со2, (c^)n2 и (с&)цго находим по табл. 1
(см. Приложение).
Энтальпию воздуха при а.г = 1 и Фух = 160 °C опреде-
ляем по (1.62):
/°в = V0 (сО)в = 10,62-212 = 2251 кДж/кг.
Значение (сд)в находим по табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию продуктов сгорания при Л — 1Rn °r
ходим по (1.60):
/ух = /? + (аУх — 1) /в0 = 2553 + (1,35 — 1) 2251
= 3341 кДж/кг.
Энтальпию холодного воздуха
Д.п = У°срв/В = 10,62-1,297,30 = 413 кДж/кг.
Потери теплоты с уходящими газами определяем
формуле (2.12):
Q2 =
Оух = 160 °C на-
:«1,4кДж/(м3-К.), температура воздуха в котельной tв=30 °C,
средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном
давлении с'рв = 1,297 кДж/(м3-К) и потери теплоты от ме-
ханической неполноты сгорания топлива у4 = 3 %.
Ответ: Q2 = 1454 кДж/кг.
Задача 2.11. В топке котельного агрегата сжигается
каменный уголь с низшей теплотой сгорания Q» =
__ 27 600 кДж/кг. Определить потери теплоты в процентах
с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэф-
фициент избытка воздуха за котлоагрегатом аух = 1,4, объем
уходящих газов на выходе из последнего газохода Уух=
_= 10,5 м3/кг, температура уходящих газов на выходе из
последнего газохода Фух = 160 °C, средняя объемная теп-
лоемкость газов йри р = const ср ух = 1,415 кДж/(м3-К),
теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания
1 кг топлива V0 = 7,2 м3/кг, температура воздуха в котель-
ной./в = 30 °C, температура воздуха, поступающего в топ-
ку, /в = 180 °C, коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,2, средняя объемная теплоемкость воздуха при по-
стоянном давлении срв = 1,297 кДж (м3-К) и потери тепло-
ты от механической неполноты сгорания топлива — 4 %.
Ответ: q2 = 6,5 %.
Задача 2.12. Определить, на сколько процентов возрас-
тут потери теплоты с уходящими газами из котельного агре-
гата при повышении температуры уходящих газов Фух со
160 др 180 °C, если известны коэффициент избытка воздуха
за котлоагрегатом аух = 1,48, объем уходящих газов на
выходе из последнего газохода Уух = 4,6 м3/кг, средняя
объемная теплоемкость газов при постоянном давлении
Ср ух = 1,415 кДж/(м3-К), теоретический объем воздуха,
необходимый для сгорания 1 кг топлива У0 = 2,5 м3/кг,
температура воздуха в котельной tB — 30 °C, средняя
объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении
Ср в = 1,297 кДж/(м3-К) и потери теплоты от механической
uartaia '-•*+• ~	’v состава:" Ср = 54,7 %; Н₽ - неполноты сгорания топлива Q4 = 340 кДж/кг. Котельный
рагаиднпскии у д = Q g 0^_ qp _ 43 о/0. др = агрегат работает на фрезерном торфе с низшей теплотой сго-
= 973?%-SjU7p = 8 0%. Определить потери теплоты рання QS = 8500 кДж/кг.
Тходдан газами из котлоагрегата, если известны^ Ответ:	= 1,5 %.
Линиепт избытка воздуха за котлоагрегатом	^ача 2.13. Определить в процентах потери теплоты с
гЦwnnmnir газов па выходе из последнего газохо,- уходящими газами из котельного агрегата, если известны
.,ъе‘_ 8 6‘2 м3/кг температура уходящих газов па выхо коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом аух = 1,5,
^пр’ппргп газохода Фух = 150 °C, средняя объемн температура уходящих газов на выходе из последнего га-
И3 поемкость газов при постоянном давлении ср ух зохода 0УХ = 150 °C, температура воздуха в котельной
ПС
100 —?4
100
= 63341 — 1,35-413)	= 2783 кДж/кг;
100
в процентах — по формуле (2.13):
б/, (QJQp~) 100 = (2783/40 706) 100 = 6,8 %.
Задача 2.10. В топке котельного агрегата сжигается
г л ~1 о/ . TJ
42
43
физическую теплоту топлива определяем по формуле
(2.4):
фтл = Д/т — 1,65-20 = 33 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2,3):
Qp = Q£ + Q™ = 13 542 4- 33 = 13 575 кДж/кг.
Потери теплоты от химической неполноты сгорания
топлива определяем по формуле (2.14):
Q3 = 237 (С₽ + 0,375S.i) CO/(RO2 + СО) = 237 (37,3 +
4- 0,375-1,0) 0,25/(17,5 + 0,25) = 125,6 кДж/кг,
или в процентах — по формуле (2.15):
q3 = (Ш-М = (125,6/13575) 100 = 0,93 %.
Задача 2.16. Определить в кДж/кг и процентах поте-
ри теплоты от химической неполноты сгорания топлива,
если известны из данных анализа содержание оксида угле-
рода в уходящих газах СО —- 0,28 % и содержание трех-
атомных газов RO2 = 19 %. Котельный агрегат работает
на каменном угле с низшей теплотой сгорания Q„ =
= 22 825 кДж/кг, содержание в топливе углерода, Ср =
= 58,7% и серы SJJ = 0,3 %.
Ответ: Q3 = 202 кДж/кг; q3 = 0,89 %.
Задача 2.17. В топке котельного агрегата сжигается
кузнецкий уголь марки Д состава: С₽ = 58,7 %; Н₽ =
= 4,2 %; S5 = 0,3 %; № = 1,9 %; О₽ = 9,7 %; Др =
= 13,2 %; Ц7р = 12,0 %. Определить в процентах и кДж/кг
потери теплоты от механической неполноты сгорания
ЛИВа. если иопопфч.. —----
= 30 °C, средняя объемная теплоемкость воздуха при по-
стоянном давлении Ср в ~ 1,297 кДж/(м3-К), темпера тура
топлива при входе в топку tT = 20 °C и потери теплоты от
механической неполноты сгорания топлива qt ~ 3,5 %.
Котельный агрегат работает на абанском угле марки Б2
состава: С₽ = 41,5 %; Н₽ = 2,9 %; S£ = 0,4 %; .V-
= 0,6 %; О₽ = 13,1 %; Д₽ = 8,0 %;	= 33,5 % ,
Ответ: q2 — 8,0 %
Задача 2.14. Определить, на сколько процентов уменьшат-
ся потери теплоты с уходящими газами из котельного агре-
гата при снижении температуры уходящих газов 0-ух со
145 до 130 °C, если известны коэффициент избытка воздуха
за котлоагрегатом аух = 1,43, объем уходящих газов на
выходе из последнего газохода 1/ух = 8,62 м3/кг, средняя
объемная теплоемкость газов при постоянном давлении
Ср ух = 1,415 кДж/(м3-К), теоретический объем воздуха,
необходимый для сгорания 1 кг топлива, V0 = 5,815 м3/кг,
температура воздуха в котельной /в =30 °C, средняя объем-
ная теплоемкость Воздуха при постоянном давлении Ср в =
— 1,297 кДж/(м3-К) и потери теплоты от механической не-
полноты сгорания топлива qi — 3 %. Котельный агрегат
работает на каменном угле с низшей теплотой сгорания
Q„ = 22 290 кДж/кг
Ответ: Aq = 0,8 %
Задача 2.15. В топке котельного агрегата сжигается че-
лябинский уголь марки Б2 состава: Ср — 37,3 %; Нр =
- 2,8%, SS = 1,0 %, NP = 0,9 %, ОР = 10,5 %; Др = Лива, если известнь7тем7ёГя™ ясполноты сгорания топ-
= 29,5 %; 1ГР == 18,0 % Определить в кДж/кг и процен КУ — 20 °C, доля золы в шл ТОПЛИва на входе в топ-
тах потери теплоты от химической неполноты сгорания топ йия 66 в топливе ашл = gg о/Ке и пРОВале от содержа-
лся, если известны содержание в уходящих газах оксид содержания ее в топливе п 9лАо/ЛЯ золы в уносе от
углерода СО = 0,25 % и трехатомных газов RO2 = 17,5 Чих в шлаке и провале б” ~ содержание горю-
и температура топлива на входе в топку /т = 20 °C. горючих в уносе С = зо о/’1+лр ~~ 25 % и содержание
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мае Р е ш е н и е. Низшую трп°
сы топлива определяем по формуле (1 12):	топлива определяем по	рабочей мас-
QS = 338С₽ + 1025НР - 108,5 (Ор - Sp) - 25П7р = _	Т,338Ср + i025Hp JoTtV ’ 2)’
= 338-37,3 + 1025-2,8 - 108,5 (10,5 - 1,0) = 25-18,0 = ~ %?'%8’7 + Ю25-4 2 - 108 ^о5/0” ~	~ 2^р =
= 13 542 кДж/кг.	~ 22 825 кДж/Кг. ’	108’5 <9’7 ~ 0.3) - 25-12,0 =
Теплоемкость рабочей массы топлива находим по фо( евлоемкость рабочей
муле (2.5):	* Муле (2.5):	Р °°чеи массЬг топлива находим по фор-
962 ™^+
= 1,0882^ + 4,19-Щ-1,65кДж/(Кг.К).	+4’19	1,349 кДж/(кг.К).
44
45
ЬУ11
уи 100 — Су„
Физическую теплоту топлива определяем по формуле
(2.4):
(?тл --= с?/т — 1,349-20 = 27 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
Qp = <?н + Отл = 22 825 + 27 = 22 852 кДж/кг.
Потери теплоты от механической неполноты сгорания
топлива в процентах определяем по формуле (2.17):
327ДР (	Сшл4-Пр .
74 " Qp Гшл+пр Ю0-Сшл+пр =
f80-^5—+ 20 -
22 852 (	100 — 25	100 — 30
Потери теплоты от механической неполноты сгорания
в кДж/кг:
& = ^Ср/ЮО = 6,7-22 852/100 = 1531 кДж/кг.
Задача 2.18. Определить в кДж/кг и процентах поте-
ри теплоты от механической неполноты сгорания топлива,
если известны из данных испытаний потери теплоты топлива
со шлаком <2“л = 600 кДж/кг, потери теплоты с провалом
топлива Qjp = 100 кДж/кг и потери теплоты с частичка-
ми топлива, уносимыми уходящими газами Qy>1 = 760
кДж/кг. Котельный агрегат работает на донецком угле
марки Т состава: Ср = 62,7 %; Нр — 3,1 %; Sp == 2,8 %;
Np = 0,9 %; Ор = 1,7 %; Ар = 23,8 %; Гр = 5,0 %.
Ответ.'. Q4 = 1460 кДж/кг; = 6 %.
Задача 2.19. Определить в процентах и кДж/кг потери
теплоты в окружающую среду, если известны температура
топлива на входе в топку /т = 20 °C, теплота, полезно ис-
пользованная в котлоагрегате, qv = 84 %; потери теплоты
с уходящими газами q2 = 11 %, потери теплоты от хими-
ческой неполноты сгорания топлива q3 ~ 0,5 %, потери
теплоты от механической неполноты сгорания топлива
<7* = 4 %. Котельный агрегат работает на подмосковном уг-
ле марки Б2 с низшей теплотой сгорания ~ 10 516 кДж/кг
содержание в топливе влаги IFP = 32,0 %. Потерями
теплоты с физической теплотой шлака пренебречь.
Ответ'. q3 = 0,5 %; Q5 = 52,8 кДж/кг.
донецкий уголь марки А состава: Ср =
Qp	26 033
зДача'^О. В топке "котельного агрегата ожигаете.	W каходи" "“*»₽
:епкий уголь марки А состава: Ср —63,8 /6, Нр , ° q6 —- 100 — (qi + q2 + q, + а, 4- а 1 = 100   (87 4-
SP= 1 7 %; N₽ = 0,6 %; Ор = 1,3 %; Ар = 22,9 %;	= + 8 + 0,5 + 3,5 + 0,4) = 0,6 %.	{87 +
= 8,5 %. Определить в кДж/кг и процентах потери тепло ^ача 2-22- В пылеугольной топке котельного агрега-
ты с физической л Мотой шлака, если известны доля зо. р производительностью D -- 5,56 кг/с сжигается бу-
46	47
топлива в шлаке пшл — 0,8; теплоемкость шлака сшл =
= 0,934 кДж/(кг-К) и температура шлака = 600 °C.
Ответ-. Q6 = 102,6 кДж/кг; qti = 0,5 %.
Задача 2.21. Определить в процентах потери теплоты
В окружающую среду, если известны теплота, полезно
использованная в котлоагрегате, = 87 %, потери теп-
лоты с уходящими газами q2 — 8 %, потери теплоты от
химической неполноты сгорания топлива q3 = 0,5 %,
потери теплоты от механической неполноты сгорания топ-
лива qt — 3,5 %; доля золы топлива в шлаке атл — 0,8,
теплоемкость шлака сИ1Я = 0,934 кДж/(кг-К), темпера-
тура шлака /шл = 600 °C, температура воздуха в котель-
ной /в — 30 °C, температура воздуха, поступающего в топ-
ку, /в = 169 °C и коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,4. Котельный агрегат работает на донецком угле
марки Т состава: Ср = 62,7 %; Нр = 3,1 %; Sp = 2 8 %;
Np = 0,9 %; Ор = 1,7 %; Ар = 23,8 %; Гр = 5,0 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.12):
$ = 338Ср + 1025Нр — 108,5 (Ор — Sp) — 25 Гр =
== 338-62,7 + 1025-3,1 — 108,5 (1,7 — 2,8) - 25-5,0 =
== 24 365 кДж/кг.
Теоретически необходимый объем воздуха находим по
(1.27):
V° = 0,089Cp + 0,266Нр + 0,033 (S£ —Ор) =0,089-62,74
+ 0,266-3,1 4- 0,033 (2,8 — 1,7) = 6,44м3/кг.
(% ^Теплоту, вносимую в топку с воздухом, определяем по
Qb.bh = атКвСр'вА/в = 1,4-6,44-1,33-139= 1668 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
Qp = Qh + QB.BH = 24 365 + 1668 = 26 033 кДж/кг.
Потери теплоты с физической теплотой шлака опреде-
ляем по формуле (2.21):
= РшлСшд/шл Лр _ 0,8-0,934-600-23,8
= 0,4%.
рый уголь с низшей теплотой сгорания = 15000 кДж/кг.
Определить к. п. д. котлоагрегата (брутто) и расход нату-
рального и условного топлива, если известны давление
перегретого пара рп.п = 4 МПа, температура перегре-
того пара /п.п = 450 °C, температура питательной во-
ды ta e = 150 °C, величина непрерывной продувки Р ~
= 3 %, потери теплоты с уходящими газами q2 — 7 %,
потери теплоты от химической неполноты сгорания топ-
лива <73 = 0,5 %, потери теплоты от механической непол-
ноты сгорания топлива qt — 1 %, потери теплоты в окру-
жающую среду =1,3 % и потери теплоты с физической
теплотой шлака щ = 0,4 %.
Решение: К. п. д. котлоагрегата (брутто) находим
по формуле (2.23):
т]кра = ЮО —• (q2 + ?з +	+ ?5 + 9е) = ЮО — (7 +
+ 0,5 + 1 + 1,3 + 0,4) = 89,8 %.
Натуральный расход топлива определяем по формуле
(2.25):
В __ 7>пе Юпп ‘п.в)4~(В/ 100) 0 к. в * и. в)1 | qq_
QP пбр
'ж.а
 5,56 [(3330—632)+ (3/100) (1087,5—632)] jqq । 12 кг/с
15000-89,8
Dne — D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Располагаемая теплота Qp = <?р = 15 000 кДж/кг. Эн-
тальпию пара in.n находим по is-диаграмме и она равна
iun = 3330 кДж/кг, энтальпию питательной и котловой
воды определяем, пользуясь табл. 2,3 (см. Приложение):
»п,в — 632 кДж/кг; /к.в ~ 1087,5 кДж/кг.
Расход условного топлива находим по формуле (1.22):
B3- BQS/29 300 = 1,12-15 000/29 300 = 0,57 кг/с. каменный уголь сот ---------------
Задача 2.23. Определить к. п. д. брутто и нетто ко- Н' = 1со/. ог 04:738 гоРючей массы которого: Сг=88 5 %-
"--------------------------ХГГПА МЯП-	= 0,5 % J ,\’Г =	’	’
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
топлива определяем по формуле (1.12):
• np = Qp == 338СР + Ю25Нр - 108,5 (Op — Sp)— 25 №₽ =
== 338-58,7 + 1025-4,2 — 108,5 (9,7 — 0,3) — 25-12,0 =
cs 22 825 кДж/кг.
Теплоту, полезно использованную в котлоагрегате, на-
ходим по формуле (2.9):
Q1 — —I (,п.п*~<п.в) 4* _.пп <гк.в— (п.в) ] ~
о ц	I OU	J
. ==JL£f(3330 — 589) + -—-(1087,5 — 589)] =
~ 20 670 кДж/кг.
£Уце = D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
К. п. д. котлоагрегата (брутто) определяем по формуле
(2.22):
Ч£а = (Q/Qp> 100 = (20 670/22 825) 100 = 90,6 %.
Теплота, использованная на собственные нужды:
Qc.n- —Gc.h- + b)= ^-(2748,8-589) =
= 90 кДж/кг.
К. п. д. установки (нетто) находим по формуле (2.24):
-----------— 100=90,6---------------- 100 = 89%.
У	BQP	22 825-0,24	/0
Задача 2.24. В топке котельного агрегата сжигается
~ “о 94 “опоеделить к. п. Д. брутто и нетто ко- Н- = 4,5 %; S£ = 0,5 %; Np = 1,8 %; (У = 4,7 %; ’золы
Задача	Р ботаюшей на кузнецком угле мар ность сухой массы Ас = 13,0 % и влажность рабочая Wp —
тельной устано	, р	_ 4 2 %; Sp = 0,3 %; Np = — 7,0 %. Определить к. п. д. котельного агрегата (брут-
киД состава: О’ —5°,	~	%. ’^,р _ |2 о %, если то), если известны температура воздуха в котельной
= 1,9 %; О₽ — 9J ("> топлива В = 0,24 кг/с, па- t, = 25 °C, температура воздуха, поступающего в топку,
известен натуральны ро агрегата D — 1,8 кг/с, = 175 °C, коэффициент избытка воздуха в топке ат — 1,3,
ропроизводительность	X 4 МПа, температура потери теплоты с уходящими газами Q2 = 2360 кДж/кг,
давление перегретого	“температура питательной потери теплоты от химической неполноты сгорания
перегретого пара п.п	’е ЫВНОй продувки Р J3— 147,5 кДж/кг, потери теплоты от механической
воды <п.в ~	’ глбгтвенные нужды котельной еполноты сгорания Qt = 1180 кДж/кг, потери теплоты в
= 3 %; расход параt на со расходуемого на соб-окружающую среду Qb = 147,5 кДж/кг и потери теплоты
Пен ~ 0-01 кг/с и давление пара, расх ду	с фнзической	кД
ственные нужды, Рс-н >
49
48
„	Due КС,п 69 4~ (р/100) (С, в < к)1 1QQ 
1	Ор Т]бр
‘к.а
5	,6 [(3285—134) + (3/100) (1087,5 — 134)] jqq = J 38кг/с
14 039-91,5
яе = D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Расход топлива с регенеративным подогревом
д ___ Рпе К(п.п *п.в) ~Ь(-Р/100) (<к.в~~ ^п.в)] |QQ_
2 ~	Qp лбр
чр Чк .а
5,6[(3285-546)+ (3/100) (1087,5-546)] .л(ч ,	,
= —------------------------—------------1UU = 1,19 кг/с.
Ответ-. т]кРа = 86,7 %.
Задача 2.25. Определить к. п. д. котельной установки
(нетто), если известны к. п. д. котлоагрегата (брутто) т|кРа =
= 89,6 %, расход топлива В = 0,334 кг/с, расход пара на
собственные нужны котельной DCH — 0,012 кг/с, давле-
ние пара, расходуемого на собственные нужды, рса1 = ’ Q
— 0,5 МПа и температура питательной воды /пв = 120 °C.
Котельный агрегат работает на высокосернистом мазуте
с низшей теплотой сгорания горючей массы Qh = 40 090
кДж/кг, содержание в топливе золы Ар = 0,1 % и влаги
— 3,0 %. Температура подогрева мазута tT ~ 90 °C.
Ответ: т]к.у = 89,0 %.
Задача 2.26. В топке водогрейного котла сжигается при-
родный газ Саратовского месторождения с низшей теплотой
сгорания Qh = 35 799 кДж/M3. Определить расход натураль-
ного и условного топлива, если известны к. п. д. котлоагре-
гата (брутто) т]кРа = 89 %, расход воды Л4В = 75 кг/с,
температура воды, поступающей в котел, tr = 70 °C и тем-
пература воды, выходящей из него, t2 = 150 °C.
Ответ: В = 0,79 кг/с; Ву — 0,965 кг/с.
Задача 2.27. В топке котельного агрегата паропроиз-
водительностью D = 5,6 кг/с сжигается челябинский уголь
марки БЗ с низшей теплотой сгорания Q„ ~ 13 997 кДж/кг.
Определить экономию топлива в процентах, получаемую за
счес предварительного подогрева конденсата, идущего на пи-
тание котлоагрегатов в регенеративных подогревателях, если
известны температура топлива при входе в топку tT = 20 °C,
теплоемкость рабочей массы топлива с? — 2,1 кДж/(кг-К),
к. п. д. котлоагрегата (брутто) т)кРа = 91,5 %, давление
перегретого пара рп п = 4 МПа, температура перегретого
пара /п п = 430 °C, температура конденсата tK = 32 °C,
температура питательной воды после регенеративного подо-
гревателя (п в = 130 СС и величина непрерывной продувки
Р = 3 %.
Решение: Физическую теплоту топлива определя-
ем по формуле (2.4):
Qt-л =	— 2,1-20 = 42 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
Qp = Qh + QT.B = 13 997 + 42 = 14 039 кДж/кг.
.Расход топлива без регенеративного подогрева опреде-
ляем по формуле (2.25):
14 039-91,5
Экономия топлива:
Qp = Qh + Q-
Ю0=	—— 100 = 14%.
BL	1,38
Задача 2.28. В топке котельного агрегата паропроизво-
дительностью D = 64 кг/с сжигается бурый уголь с низшей
теплотой сгорания Qp == 15 300 кДж/кг. Определить рас-
ход расчетного и условного топлива, если известны к. п. д.
котлоагрегата (брутто) т)°ра = 89,3 %; давление перегре-
того пара рп п = 10 МПа, температура перегретого пара
fn n = 510 °C, температура питательной воды tn в = 215 °C,
потери теплоты топлива со шлаком Q“4 = 172 кДж/кг, поте-
ри теплоты с провалом топлива Qnp — 250 кДж/кг и поте-
ри теплоты с частицами топлива, уносимыми уходящими га-
зами, Qy" = 190 кДж/кг.
Ответ: Bv ~ 11,4 кг/с; Ву = 6,06 кг/с.
Задача 2.29. В топке котельного агрегата паропроизво-
дительностью D — 3,9 кг/с сжигается природный газ Ставро-
польского месторождения с низшей теплотой сгорания
Qh = 35 675 кДж/м8. Определить экономию условного топ-
лива в процентах, получаемую за счет предварительного
подогрева конденсата, идущего на питание котлоагрегатов
в регенеративных подогревателях, если известны к. п. д.
котлоагрегата (брутто) т]кРа = 91 %; давление перегре-
того пара ра а = 1,4 МПа, температура перегретого пара
^п-п = 280 °C, температура конденсата tK = 32 °C, темпе-
ратура питательной воды после регенеративного подогре-
р'™3»/п"= 100 °C и величина непрерывной продувки
Ответ: ДВу = Ю %.
50
51
§ 2.2.	ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Для слоевых топок основными тепловыми характери-
стиками являются тепловое напряжение площади колосни-
ковой решетки (зеркала горения), тепловое напряжение
топочного объема и к. п. д. топки, а для камерных топок —
тепловое напряжение топочного объема и к. п. д. топки.
Тепловое напряжение (кВт/м2) площади колосниковой
решетки
Q/R = BQP/R,	(2.27)
где В — натуральный расход топлива, кг/с; QS — низ-
шая теплота сгорания, кДж/кг; R — площадь колоснико-
вой решетки, м2.
Тепловое напряжение (кВт/м3) топочного объема
Q/VT = BQP/VT,	(2.28)
где Ут — объем топочного пространства, м3.
Коэффициент полезного действия топки
Пт = 100 — <7з — ft,	(2.29)
где <7з — потери теплоты от химической неполноты сгора-
ния топлива, %; Цц — потери теплоты от механической не-
полноты сгорания топлива, %.
Задача 2.30. Определить площадь колосниковой решет-
ки, которую требуется установить под вертикально-водо-
трубным котлом паропроизводительностью D — 6,1 кг/с,
работающим на подмосковном угле марки Б2 состава:
С₽ = 28,7 %; Нр = 2,2 %; Sp = 2,7 %; N₽ = 0,6 %; О₽ =
=8,6 %; Др = 25,2 %; 1Ур = 32,0 %, если известны темпе
ратура топлива при входе в топку /т = 20 °C, давленш
перегретого пара ра п = 4 МПа, температура перегретой
пара tn п = 420 °C, температура питательной воды /п в =
180 °C, к. п. д. котлоагрегата (брутто) 7]кРа = 87 %, вели-
чина непрерывной продувки Р ~ 4 % и тепловое напряже-
ние площади колосниковой решетки Q/R — 1170 кВт/м2
Ответ: R = 14,8 м2.
Задача 2.31. Определить объем топочного пространст
ва, предназначенного для вертикально-водотрубного кот £пе = D, так как otcvtctrvp-г л
ла паропроизводительностью D = 13,8 кг/с, при работе ш Площадь колосникпппй	отооР насыщенного пара
малосернистом мазуте состава: Ср = 84,65 %; Нр - (2-27);	Р ки опРеделяем из формулы
= 11,7 %; Sp = 0,3 %; Ор = 0,3 %; Др = 0,05 %; Гр n В(%	0,62-26 180
= 3,0%; если известны температура подогрева мазута	Q/if ~ " ioi5~—= 16 м2
/f==90°C, давление перегретого пара рц.п = 1,4 МПа,
температура перегретого пара ° ta.a = 250 °C, температура
питательной воды /п.в — 100 °C, к. п. д. котлоагрегата
(брутто) т|к?а = 88 %; величина непрерывной продувки
р == 3 % и тепловое напряжение топочного объема Q/VT
== 490 кВт/м3.
Ответ: УТ = 86 м3.
Задача 2.32. Определить площадь колосниковой решет-
ки, объем топочного пространства и к. п. д. топки котель-
ного агрегата паропроизводительностью D = 5,45 кг/с,
если известны давление перегретого пара рп п — 1,4 МПа,
•температура перегретого пара /п.п = 280 °C, температура
питательной воды /ц.в = 100 °C, к. п д. котлоагрегата
(брутто) т|к?а = 86 %, величина непрерывной продувки
Р =Ж%. тепловое напряжение площади колосниковой
решеяЬ1 Q7R = 1015 кВт/м2, тепловое напряжение топоч-
ного объема Q//T = 350 кВт/м3, потери теплоты от хими-
ческой неполноты сгорания топлива q3 = 0,5 % и потери
теплоты от механической неполноты сгорания топлива
qt = 5,5 % Котельный агрегат работает на кузнецком
угле марки Т с низшей теплотой сгорания горючей массы
QKr = 34-345 кДж/кг, содержание в топливе золы Др =
= 16,8 % и влаги Wp = 6,5 %
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1 14):
Qp =QP = Qr +	_25Г₽ =
  Чр	100
= 34345 10°--(1б.8+б,5)— 25 б 5 = 26 180кДж/кг
100
Расход топлива находим по формуле (2.25):
В =	[(‘п.п —»п.в) + СР Ю°) (*'к.в—/п.в)1 ।qq
<«Ра
= 5,45 tQOOO- 419)-{-(3/100) (830 - 419)1 }0() = 062 кг/с_
26 180-86
52
53
Объем топочного пространства находим из формулы
(2.28):
BQn 0,62-26 180 лс . з
V =-----— = —----------= 46,4 м3.
т Q/VT 350
К. п. д. топки определяем по формуле (2.29):
Т|т = 100 — <7з — <71 = 100 — 0,5 — 5,5 = 94 %.
Задача 2.33. В топке котельного агрегата паропроизво-
дительностью D = 7,05 кг/с сжигается природный газ Сара-
товского месторождения состава: СО2 = 0,8 %; СН4 =
= 84,5 %; С2Н6 = 3,8 %; С3Н8 = 1,9 %; С4Н10 = 0,9 %;
С6Н1г = 0,3 %; Na = 7,8 %. Определить объем топочного
пространства И к. п. д. топки, если известны давление пере-
гретого пара рпп = 1,4 МПа, температура перегретого пара
tn п = 280 °C, температура питательной воды /п.в = ПО °C,
к. п. д. котлоагрегата (брутто) Т1к?а = 91 %, величина не-
прерывной продувки Р = 4 %, тепловое напряжение топоч-
ного объема Q/VT= 310 кВт/м3, потери теплоты от химиче-
ской неполноты сгорания топлива qz — 1,2 % и потери теп-
лоты от механической неполноты сгорания топлива <?4 = 1 %.
Ответ-. VT = 63,6 м3; т)т = 97,8 %.
Задача 2.34. Определить площадь колосниковой решет-
ки и к. п. д. топки котельного агрегата паропроизводитель-
ностью D = 5,9 кг/с, если известны давление перегретогс
пара рп п = 1,4 МПа, температура перегретого пара
tnu = 250 °C, температура питательной'*воды /п.в — 120 °C,
к. п. д. котлоагрегата (брутто) т]кРа = 86,5 %, тепловое на-
пряжение площади колосниковой решетки Q/R = 1260
кВт/м2, потери теплоты от химической неполноты сгорания
топлива Qз = 107,5 кДж/кг и потери теплоты от механиче-
ской неполноты сгорания топлива Q., = 1290 кДж/кг. Ко-
тельный агрегат работает на кизеловском угле марки Г
с низшей теплотой сгорания горючей массы Q„ = 31 34S
кДж/кг, содержание в топливе золы Ар = 31 % и влаги
Wp = 6 %.
Ответ: R = 12,1 м2; т]т = 93 %.
Задача 2.35. Определить тепловое напряжение топоч
ного объема камерной топки котельного агрегата паропро
изводительностью D =2,5 кг/с, если известны давление пе
регретого пара рп п = 1,4 МПа, температура перегретой
пара tn и = 250 °C, температура питательной воды t„ в =-
— 100 °C, к. п. д. котлоагрегата (брутто) т]кРа = 90 %
величина непрерывной продувки Р = 4 % и объем топоч-
ного пространства УТ = 24 м3. Котельный агрегат работа-
ет на высокосерпистом мазуте с низшей теплотой сгорания
горючей массы QB = 40 090 кДж/кг, содержание в топливе
золы Ар = 0,1 % и влаги Ц7р = 3 %. Температура подогре-
ва мазута tT = 90 °C.
Ответ: Q/Vт — 292 кВт/м3.
Задача 2.36. В топке водогрейного котла сжигается че-
лябинский уголь марки БЗ с низшей теплотой сгорания
Qh — 13 997 кДж/кг. Определить тепловое напряжение
площади колосниковой решетки, если известны к. п. д.
котлоагрегата (брутто) т]®ра = 85 %; расход воды Мв =
= 65 кг/с, температура воды, поступающей в котел, tL =
= 70 °C и температура воды, выходящей из него, /2 =
= 15fc?C и площадь колосниковой решетки R = 15 м2.
Otrtfyn: Q/R = 1596 кВт/м2.
Задача 2.37. В шахтно-мельиичпой топке сжигается до-
нецкий уголь марки Г с низшей теплотой сгорания Qp =
= 22 024 кДж/кг. Определить площадь колосниковой ре-
шетки, объем топочного пространства и к. п. д. топки, если
тепловое напряжение площади колосниковой решетки Q/R =
= 1270 кВт/м2, тепловое напряжение топочного объема
Q/V\ = 280 кВт/м3 и расход топлива В ~ 0,665 кг/с, по-
тери теплоты от химической неполноты сгорания топлива
<7з — 0,6 % и потери теплоты от механической неполноты
сгорания топлива qt == 4,'4 %
Ответ: R = 11,5 м2;	= 52,3 м3; Пт = 95 %.
§ 2.3.	РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОРНЫХ
УСТРОЙСТВАХ
Теплота, переданная лучевоспринимающим поверхно-
стям топки. Количество теплоты (кДж/кг, кДж/м3),
переданной лучевосприпимающим поверхностям топки,
определяется по формуле
<2Л = <р (<?.,. - /;),
(2.30)
где QT полезное тепловыделение в топке, кДж/кг
(КДж/м3); /" — энтальпия продуктов сгорания при темпе-
ратуре 0/ на выходе из топки, кДж/кг (кДж/м3); ср — коэф-
фициент сохранения теплоты.
55
54
Полезное тепловыделение в топке (кДж/кг, кДж/м)3
при сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 м3 газообразно-
го топлива
Ю0-?3-?4-?в_ Q;+Q Qiipin	(2.31)
т Р 100—<7,
Где qp — располагаемая теплота топлива, кДж/кг; QB
теплота, вносимая в топку с поступающим холодным или
горячим воздухом, кДж/кг; Qpil — теплота рециркулирую-
щих газов, кДж/кг; QBBH — теплота, вносимая в топку
воздухом, подогретым вне котлоагрегата, кДж/кг; q3
потери теплоты от химической неполноты сгорания топли-
ва, %; qt — потери теплоты от механической неполноты сго-
рания топлива, %;	— потери теплоты с физической теп-
лотой шлака, %.
Теплота, вносимая в топку с поступающим холодным
или горячим воздухом:
Q' = (ат - Аат - Аапл) V0 (сО)г.в + (Дат + А«пл)Х
X V0 (с0)х.в,	<2 32)
где ат — коэффициент избытка воздуха в топке; Аат
присос воздуха в топке; Аапл — присос воздуха в пыле-
приготовительной установке; Vго — теоретически необходи-
мый объем воздуха, м3/кг;	и (сО)х.в — энтальпии
горячего и холодного возуха, кДж/кг.
Теплота рециркулирующих газов
п _ у с> $	(2.33)
где Урц — объем рециркулирующих газов, м3/кг; с'ц
средняя объемная теплоемкость рециркулирующих газов,
кДж/(м3-К); 'О'рц — температура рециркулирующих газов
в месте отбора, °C.
Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне
котлоагрегата, QB.BII находится по формуле (2.7).
Коэффициент сохранения теплоты
<р = 1 — <75/1ОО,	(2-34)
где q6— потери теплоты в окружающую среду, %.
Теоретическая температура горения топлива в топке
(От) представляет собой температуру, до которой нагрелись
бы продукты сгорания, если бы на их нагрев пошла вся теп-
5G
дота, введенная в топку, за вычетом потерь теплоты от^.
мической неполноты сгорания топлива и физической тепл^.
шлака.
Зная полезное тепловыделение QT в топке, теоретиче-
скую температуру горения (°C) определяют по формуле
= Qt/I^RO. ССОг Ч- I/O г CN,2 4- I/O ,о сн*о J
+ (ат-1)Уо6.рвЬ	(2 35)
где Vro2> Vn,, Vh2o — теоретические объемы продук-
тов сгорания топлива, м3/кг; с6Оз, cn2, сн.о, срв — сред-
ние объемные теплоемкости углекислоты, азота, водяных
паров и воздуха, кДж/(м3-К).
В формуле (2.35) неизвестны значения Фт, с/Ог, cn2,
сн»о> ср в. Поэтому От определяют с помощью /^-диаграм-
мы Для продуктов сгорания (см. рис. 1.1): находят темпера-
туру ’Э'т, при которой энтальпия продуктов сгорания /т
будет равна полезному тепловыделению QT.
Температура газов (°C) на выходе из топки
о, в
+ 1
5,7. Ю-11 ЕЯлатУ’
где Тт — абсолютная теоретическая температура горения
топлива в топке, К; М — расчетный коэффициент, завися-
щий от относительного местоположения максимума темпе-
ратуры в топке; при слоевом сжигании твердых топлив
М = 0,3 ... 0,5, при факельном сжигании жидких и газо-
образных топлив М — 0,05; £ — условный коэффициент
загрязнения лучевоспринимающих поверхностей (для глад-
котрубных экранов он принимается: 0,6 — при сжигании
твердых топлив; 0,55 — при сжигании мазута; 0,65 — при
сжигании газообразных топлив); ат = 0,2 ... 0,9 — сте-
пень черноты топки, Нл — лучевоспринимающая поверх-
ность нагрева, м2; ф — коэффициент сохранения теплоты;
— расчетный расход топлива, кг/с; Vcp — средняя сум-
марная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1 м3) топли-
ва, в интервале температур 0т —- О”, кДж/(кг-К).
Лучевоспринимающая поверхность (м2) нагрева топки
' и, „-------___________./
' Л 5,7.10-и М£ат Г; Г3 у М* Т"т
Ь7
(2.37)
где 7’? — абсолютная температура газов на выходе нз тон-
ки, К-
Задача 2.38. Определить полезное тепловыделение в топ-
ке котельного агрегата, работающего па подмосковном угле
марки Б2 состава: Ср = 28,7 %; Нр -- 2,2 %; SJ, = 2,7 %;
№ = 0,6%; Ор = 8,6%; Лр -= 25,2 %;	+1’ - 32,0 %,
если известны температура топлива на входе в топку tT
= 20 °C, температура воздуха в котельной ta = 30 °C, тем-
пература горячего воздуха tr.B = 300 °C, коэффициент из-
бытка воздуха в топке ат = 1,3, присос воздуха в топочной
камере Лат = 0,05, потери теплоты от химической непол-
ноты сгорания топлива q3 = 0,5 %, потери теплоты от ме-
ханической неполноты сгорания топлива q_, = 3 %; объем
рециркулирующих газов Урц = 1,1 м3/кг, температура ре-
циркулирующих газов тЗ'рц = 1000 °C и средняя объемная те-
плоемкость рециркулирующих газов срц= 1,415 кДж/(м3-К).
Ответ: Q- = 13 551 кДж/кг.
Задача 2.39. Определить, на сколько изменится полез-
ное тепловыделение в топке котельного агрегата за счет
подачи к горелкам предварительно подогретого воздуха,
если известны температура воздуха в котельной = 30 °C,
температура горячего воздуха = 250 °C, коэффициент
избытка воздуха в топке ат = 1,15, присос воздуха в топоч-
ной камере Лат = 0,05 и потери теплоты от химической не-
полноты сгорания топлива q3 — 1 %. Котельный агрегат
работает на природном газе Саратовского месторождения
состава: СО2 = 0,8 %; С1Д = 84,5 %; С2Н,. - 3,8 %,
С3НК = 1,9 %;С1Н10 = 0,9 %;С5Н12 = 0,3 %; N., = 7,8%.
Ответ: AQ.r = 3027 кДж/м3.
Задача 2.40. Определить теоретическую температуру го-
рения топлива в топке котельного агрегата, работающе: о
на донецком угле марки Д состава: Ср -- - 49,3 %; Нр =
= 3,6 %; Sp = 3,0 %; Np = 1,0 %; Ор = 8,3 %; Лр -
= 21,8 %; П7р = 13,0 %; если известны температура вен-
духа в котельной tD = 30 °C, температура горячего воздуха
/гв = 295 °C, коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3, присос воздуха в топочной камере А<хт = 0,Со.
потери теплоты от химической неполноты сгорания юн." и
ва q:i — 0,5 %, потери теплоты от механической неполно::'
сгорания топлива <?4 — 3 % и потери теплоты с физическ.”!
теплотой шлака дв = 0,5 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1-12):
л₽ = 338СР + 1025НР - 108,5 (Ор — S’,’) — 25!Ур =
sx 338-49,3 + 1025-3,6 — 108,5 (8,3 - 3,0) — 25-13,0 =
-а 19 453 кДж/кг.
Теоретически необходимый объем воздуха находим по
(1.27):
У° = 0.089СР + 0.266НР + 0,033 (Sp — О₽) = 0,089 X
X 49,3 + 0,266-3,6 + 0,033 (3,0 — 8,3) = 5,17 м3/кг.
Теплоту, вносимую в топку воздухом, подогретым вне
котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):
<2в.вн = атУ°СрВД/в = 1,2-5,17-1,33-265 =2187 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
Qp = Qh + Qb.bh = 19 453 + 2187 = 21 640 кДж/кг.
Теплоту, вносимую в топку с воздухом, определяем по
(2.32):
<2в = (®т - Дат) У° (c6)rJB + Датуо (с0)х в = (1,2 —
— 0,05)-5,17-396 + 0,05-5,17-40 = 2364 кДж/кг.
Значения энтальпий (<?О)Г В и (с+)х в находим по табл. 1
(см. Приложение).
Полезное тепловыделение в топке находим по формуле
О — QD( 100~?3~44 —?б)	_
Чт	юо-^	Qb-bh~
= 21 640 Р-00'"0’5-3"-0'5 )+2364-2187 =
\	100 — 3	/
= 21 601 кДж/кг.
Зная полезное тепловыделение в топке, определяем теоре-
тическую температуру горения с помощью /0-диаграммы.
Для этого задаем два значения температуры газов (1400
и 2000 °C) и вычисляем для них энтальпии продуктов сго-
рания.
Объем трехатомных газов определяем по формуле (1.33):
Vro2 = 0,0187(С₽ + 0,3755л) = 0,0187 (49,3 + 0,375 X
X 3,0) = 0,94 м3/кг.
Теоретический объем азота находим по формуле (1.32):
Vn2 = 0,79У° + 0,8NP/100 = 0,79-5,17 + 0,8 -1,0/100 =
= 4,09 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров определяем по фор-
муле (1.35):
Vhi0 = 0,0124 (9Нр + Гр) + 0,0161 У0 = 0,0124 X
X (9-3,6 + 13,0) + 0,0161-5,17 = 0,64 м3/кг.
58
59
Энтальпию продуктов сгорания при ат = 1
= 1400 °C находим по формуле (1.61):
7? — УяО, (C^COj + У&, (c^)n, + Vft.o (<^)н,о =
= 0,94-3240+ 4,09-2009+ 0,64-2558= 12 900 кДж/кг
Рис. 2.1
при Ор — 1400 °C
7Т = 7? + (ат — 1) /в =
= 16 120 кДж/кг;
при Ог = 2000 °C
Значения энтальпий
(с0)СОг, (H>)n. и (сй)н,0
находим по табл. 1 (см.
Приложение).
Энтальпию воздуха
при ат=1 иОг= 1400° С
определяем по (1.62):
/2=1/° (сд)в =5,17 х
X 2076 = 10 733 кДж/кг
Энтальпию (с0)в на-
ходим по табл. 1 (см.
Приложение) Энталь-
пию продуктов сгорания
находим по формуле
(1.60):
12 900 + (1,3 — 1) 10-733 =
7Т = 7? J- (аР — 1) = Vro2 (сО)со2 + Уы, (c^)n2 +
+ Vft,0 (сО)Нао + (ат -1) V° (cd)B = 0,94 • 4843 +
+ 4,09 2964 + 0,64 • 3926 + (1,3 — 1). 5,17 • 3064 =
= 23 940 кДж/кг
По найденным значениям энтальпий продуктов сгора-
ния строим /О-диаграмму (рис. 2.1). С помощью диаграммы
по полезному тепловыделению в топке QT = 7Т = 21 601
кДж/кг находим теоретическую температуру горения От =
= 1820 °C.
Задача 2.41. Определить теоретическую температуру го-
рения в топке котельного агрегата, работающего на природ-
ном газе состава: СН4 = 92,2 %; С2Нв = 0,8 %; С4Н10 =
= 0,1 %; N2 = 6,9 %, если известны температура воздуха
в котельной tB — 30 °C, температура горячего воздуха
7Г.В = 250 °C, коэффициент избытка воздуха в топке ат =
= 1,1, присос воздуха в топочной камере Дат = 0,04 и
добери теплоты от химической неполноты сгорания топли-
ва Я» ~ 1 % ’
Ответ: Фт = 2020 °C.
Задача 2.42. Определить, на сколько изменится теоре-
г.в
тиЧеская температура горения в топке котельного агрегата
за счет подачи к горелкам предварительно подогретого воз-
духа. если известны температура воздуха в котельной tB =
== 30 °C, температура горячего воздуха tT,в = 250 °C, ко-
эфйдациент избытка воздуха в топке ат = 1,15, присос воз-
духа в топочной камере Аат =0,05 и потери теплоты от хи-
мической неполноты сгорания топлива q3 = 1,0 %. Котель-
ный агрегат работает на природном газе Ставропольского
месторождения состава: СО2 = 0,2 %; СН4 = 98,2 %;
CSH, = °-4 0/0: C3Hs = 0,1 %; С4Н10 = 0,1 %; N2 = 1,0 %.
решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы определяем по формуле (1.13):
$ = 358СН4 + 638С2Н6 + 913С3Н8 + 1187С4Н10 =
= 358.98,2+638-0,4 + 913-0,1 + 1187-0,1 =35 621 кДж/м3.
Теоретически необходимый объем воздуха находим по
(1.28):
V0 = 0,0478 [0,5 (СО + Н2) + 1,5H2S + 2СН4 + 2 X
X (т + л/4) CmHn — О2] = 0,0478 (2-98,2 + 3,5-0,4 +
+ '5.0,1 + 6,5 • 0,1) = 9,51 м3/м3.
Теплоту, вносимую в топку воздухом, подогретым вне
котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):
Св.вн = атУ°срвА/в = 1,15-9,51.1,33.220 = 3200 кДж/м3.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
<$ = <2н + <2В.ВН = 35 621 + 3200 = 38 821 кДж/м3.
Теплоту, вносимую в топку с воздухом, — по формуле
(2.32):
Qb = (ат — Аат) У0 (с0)г в + Аат У0 (с0)х в = (1,15 —
— 0,05).9,51-334 + 0,05-9,51-40 = 3513 кДж/м3.
. Значения энтальпий (сО),..в и (сО)х в находим по табл. 1
(см. Приложение).
Полезное тепловыделение в топке при подаче к горелкам
подогретого воздуха находим по формуле (2.31):
+Qb-Qb-»h =
= 38 821 f	+ 3513 —3200 = 38 746 кДж/м3.
\	100 ]
60
61
Полезное тепловыделение в топке при подаче к горелкам
воздуха без предварительного подогрева определяем, поль-
зуясь формулой (2.31):
qt2 = qc	+ ат V0 (с0)х.в + Аат V0 (с0)х.в =
35 621 f 100~—+ 1,15-9,51-40 + 0,05-9,51-40 =
к 100	/
35 721 кДж/м3.
Зная полезные тепловыделения в топке, находим теоре-
тические температуры горения с помощью /O'-диаграммы.
Для этого задаем два значения температуры газов (1400
и 2000 °C) и вычисляем для них энтальпии продуктов сго-
рания.
Объем трехатомных газов находим по формуле (1.39).
7R0 = 0,01 (СО2 + СО + H2S + SmCmHn) = 0,01 X
X (0,2 + 98,2 + 2-0,4 + 3-0,1 + 4-0,1) = 1,0 м3/м3.
Теоретический объем азота определяем по формуле
(1’31 = 0,797° + Л/2/100 = 0,79-9,51 + 1/100 = 7,52 м3/м3.
Теоретический объем водяных паров находим по форму-
ле (1.41):
7?,2о = 0,01 [H2S + Н2 + S ~ CmHn + 0,124dr] +
+ 0,01617° = 0,01 (2-98,2 + 3-0,4 + 4-0,1 + 5-0,1) +
+ 0,0161-9,51 = 2,13 м3/м3.
Энтальпию продуктов сгорания при ат = 1 и Оу =
= 1400 °C определяем по формуле (1.61):
/? = 7Ro2 (с0)СОг + 7n2 (cO)n2 + 7н.о (сО)нго -
= 1,0-3240+7,52-2009 + 2,13-2558 = 23 786 кДж/м3.
Энтальпию воздуха при ат = 1 и Ог = 1400 °C нахо-
дим по (1.62):
/о = уо (СО)В = 9,51-2076 = 19 743 кДж/м3.
Энтальпию продуктов сгорания находим по формуле
(1.60):
при 0г = 1400 °C
/* = /г° + («Г - 1) /2 = 23 786 + (1,15 - 1) 19 743
= 26 747 кДж/м3;
при 0г = 2000 °C
/, = /? + («т -1) /’ = 7№1 (сО)со, + 7ft2 (c0)n, +
+ 7ft,о (сй)н2о + (ат -1) 7° (ctf)B = 1,0- 4843 + 7,52 х
X 2964 + 2,13 - 3926 Ч- (1,15 — 1) • 9,51 • 3064 =
=39 864 кДж/м3.
По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания
строим /O'-диаграмму (рис. 2.2). С помощью диаграммы по
полезным тепловыделениям
кДж/м3 и Qt2 = /т2 =
= 35721 кДж/м3 находим
теоретические температуры
горения: 0Т1 = 1950 °C;
0у2 = 1820 °C.
' Теоретическая темпера-
тура горения в топке кот-
лоагрегата за счет подачи к
горелкам подогретого воз-
духа изменится на
ДОТ=ОТ1—0т2 = 1950—
-—1820 = 130 °C.
Задача 2.43. Определить
температуру газов на выхо-
де из топки котельного
агрегата паропроизводи-
тельностью D = 13,9 кг/с,
работающего на подмосков-
ном угле марки Б2 со-
в топке QT1 = /Т1 = 38 746
става: О’ = 28,7 %; Н₽ = 2,2 %; S° = 2,7 %• N₽ =
= 0,6 %; Op = 8,6 %; Др = 25,2 %; 17р = 32,0 ’%, ес-
ли известны температура топлива на входе в топку /т =
= 20 °C, давление перегретого пара рп.п = 4 МПа, темпе-
ратура перегретого пара = 450 °C, температура пи-
тательной воды ta в = 150 °C, величина непрерывной про-
дувки Р = 4 %, теплоемкость рабочей массы топлива
твр— 2,1 кДж/(кг-К), к. п. д. котлоагрегата (брутто)
Чк,а = 86,8 %, теоретическая температура горения топли-
83 в топке 0т = 1631 °C, условный коэффициент загряз-
нения £ = 0,6, степень черноты топки ат = 0,708, лучевос-
принимающая поверхность нагрева Нл = 239 м2, средняя
суммарная теплоемкость продуктов сгорания Vcp = 8,26
кД*С(кг-К) в интервале температур — &”, расчетный
оэффициент, зависящий от относительного местоположе-
62
63
ния максимума температуры в топке, М = 0,45, потери теп-
лоты от механической неполноты сгорания топлива qt — 2 %
и потери теплоты в окружающую среду q$ = 0,9 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.12):
= 338СР + 1025НР — 108,5 (О₽ — Sp) — 25F₽ =
= 338-28,7 + 1025-2,2 — 108,5 (8,6 — 2,7) — 25-32,0 =
— 10 516 кДж/кг.
Физическую теплоту топлива находим по формуле (2.4):
Фтл — с?^т = 2,1-20 = 42 кДж/кг.
Располагаемую теплоту определяем по формуле (2.3):
Qp = Qh + Qra = Ю 516 + 42 = 10 558 кДж/кг.
Натуральный расход топлива находим по формуле (2.25):
__ One Юп.п г'п.в)4~(Р/100) (iK,B е'п.п)! 100_
Ор^а
13,9 [(3330 —628) + 0,04 (1087,5 —628)]	2
~	10 558-86,8	~ ’
Dae = D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Расчетный расход топлива определяем по формуле (2.26):
Вр = В (1 — д4/100) = 4,12 (1 — 2/100) = 4,04 кг/с.
Коэффициент сохранения теплоты находим по формуле
(2.34):
Ф = 1 — ?5/100 = 1 — 0,9/100 = 0,991.
Температуру газов на выходе из топки определяем по
формуле (2.36):
= --------------It----------------273 =
/ 5,7-10-ugW„aT 7? Г’’ , i
\ <рйр Vcp )
____________________1904__________
—	5-7' 10~и-0.6-239-0,708-19043
0,991-4,04-8,26
—273 = 997°С.
Задача 2.44. Определить температуру газов на выходе
из топки котельного агрегата паропроизводительностью
Ь = 13,5 кг/с, работающего на донецком угле марки ПА
с низшей теплотой сгорания Qh = 25 265 кДж/кг, если
известны давление перегретого пара рпп = 4 МПа, темпе-
ратура перегретого пара /ип = 450 °C, температура пита-
О.45
тельной воды /„ в =---- 100 °C, величина непрерывной продув-
КН Р = 3 О/о- к- п- Д- котлоагрегата (брутто) = 86,7 %,
теоретическая температура горения топлива в топке О - =
s= 2035 °C, условный коэффициент загрязнения £ = 0,6,
степень черноты топки ат = 0,546, лучевоспринимающая по-
верхность нагрева Нл — 230 м2, средняя суммарная тепло-
ёмкость продуктов сгорания топлива Vcp = 15,4 кДж/(кг-К)
$ интервале температур От — 0£, расчетный коэффициент,
зависящий от относительного положения максимума тем-
пературы в топке, М = 0,45, потери теплоты от механиче-
ской неполноты сгорания топлива = 4 % и потери теп-
лоты в окружающую среду q5 = 0,9 %.
Ответ: О’ = 1082 °C.
Задача 2.45. Определить температуру газов на выходе из
топки котельного агрегата паропроизводительностью D =
‘е= 12,6 кг/с, работающего на фрезерном торфе с низшей теп-
лотой сгорания Q„ = 7725 кДж’кг, если изестны темпера-
тура топлива на входе в топку /т = 20 °C, давление перегре-
того пара рп п = 4 МПа, температура перегретого пара
|нп = 450 °C, температура питательной воды /п в = 150 °C,
теплоемкость рабочей массы топлива с? = 2,64 кДж/(кг-К),
к. п. д. котлоагрегата (брутто) т]к₽а = 85 %, теоретическая
температура горения топлива в топке От = 1487 °C,
условный коэффициент загрязнения £ = 0,6, степень чер-
ноты топки аг — 0,729, лучевоспринимающая поверхность
нагрева На — 240 м2, в интервале температур О’,. —
средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания топ-
лива Vcp = 7,37 кДж/(кг-К), расчетный коэффициент, за-
висящий от относительного местоположения максимума тем-
пературы в топке, М — 0,45, потери теплоты от механиче-
ской неполноты сгорания топлива qt = 2 % и потери теп-
лоты в окружающую среду = 0,9 %.
Ответ: О£ = 974 °C.
Задача 2.46. Определить количество теплоты, передан-
ной лучевоспринимающим поверхностям топки котельного
агрегата, работающего на донецком каменном угле марки
Т состава: С₽ = 62,7 %; Нр = 3,1 %; S’’ = 2,8 %; N₽ =
0,9 %; Op = 1,7 %; A₽ = 23,8 %;	= 5,0 %, если
Известны температура воздуха в котельной tB = 30 °C, тем-
пература горячего воздуха /г в = 300 °C, коэффициент из-
бытка воздуха в топке ат = 1,25, присос воздуха в топоч-
ной камере Дат = 0,05, температура газов на выходе
из топки •От = 1100 °C, потери теплоты от химической He-
3
Зак. 1088
65
64
полноты сгорания топлива q3 --- 0,6 %, потери теплоты от
механической неполноты сгорания q± = 3 %, потери тепло-
ты в окружающую среду <?5 = 0,5 % и потери теплоты с фи-
зической теплотой шлака q6 = 0,4 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы
топлива определяем по формуле (1.12):
QS - 3380 + 1025НР — 108,5 (Qp — SS) — 251Р =
= 338-62,7 + 1025-3,1 — 108,5 (1,7 — 2,8) — 25-5,0 =
= 24 365 кДж/кг.
Теоретически необходимый объем воздуха находим по
(1.27):
V0 = 0,0890’ ( 0,266Н₽ + 0,033 (S£ — Ор) = 0,089 X
X 62,7 + 0,266-3,1 I- 0,033 (2,8 - 1,7) = 6,44 м3/кг.
Теплоту, вносимую в топку воздухом, подогретым вне
котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):
Qb.bh = arV°Cp ВА/В = 1,25-6,44-1,33-270 = 2889 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
QPP = QS + QB.B„ = 24 365 + 2889 = 27 254 кДж/кг.
Теплоту, вносимую в топку с воздухом, определяем по
формуле (2.32):
Q; = (ат - Асхт) I/0 (с0)гв + Аат+° (с0)3.в = (1,25 -
— 0,05)-6,44-403 -I- 0,05-6,44-40 = 3127 кДж/кг.
Значения энтальпий (с0)г,в и (с0)х,в находим по табл. 1
(см. Приложение).
Полезное тепловыделение в топке находим по формуле
(2.31):
п _ (Эр (	\ ! Q'_Q
100-94	) i <!i Ув-вц
= 27 254 (10°—°.6~3—ол \ + 3!27 _2889=
\	100 — 3	)
= 27 220 кДж/кг.
Объем трехатомных газов определяем по формуле (1.33):
Pro, = 0,0187 (Ср + 0,375S£) = 0,0187 (62,7 + 0,375 X
X 2,8) =1,19 м3/кг.
Теоретический объем азота находим по формуле (1.32):
= 0,79У° + 0,8№/100 = 0,79-6,44 + 0,8-0,9/100 =
= 5,09 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров определяем по фор-
муле (1.35):
V?i2o = 0,0124 (9Н₽ + IV1’) -I- 0,0161V0 = 0,0124 X
X (9-3,1 + 5,0) + 0,0161-6,44 = 0,51 м3/кг.
Энтальпию продуктов сгорания при а.,.= i и темпера-
туре газов Оу •= 1100 °C находим по формуле (1.61):
/? — 1zro2 (<"^)сог + Vn, MOn, + Vh.o (с6)нго
= 1,19-2457 + 5,09-1545 + 0,51 -1926 = 11 774 кДж/кг,
Значения энтальпий (rf»)COt, (cft)N! и (сО)н2о находим
по табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию воздуха при ат = 1 и температуре газов
0, = 1100 °C определяем по формуле (1.62):
П = V0 (Н>)в = 6,44-1595 = 10 272 кДж/кг.
Значение (с0)в находим по табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию продуктов сгорания при Оу = 1100 °C оп-
ределяем по формуле (1.60):
Гт = /? + (ат - 1) /» = 11 774 + (1,25 - 1) 10 272 =
е» 14 342 кДж/кг.
, Коэффициент сохранения теплоты определяем по форму-
ла (2.34).
Ф = 1 — q5/100 = 1 — 0,5/100 = 0,995.
Количество теплоты, переданной лучевоспринимающим
поверхностям топки, находим по формуле (2.30):
<2л = ф(<2т-/т) =0,995 (27 220 —14 342) = 12 814 кДж/кг.
Задача 2.47. Определить количество теплоты, передан-
ной лучевоспринимающим поверхностям топки котельного
агрегата, работающего на карагандинском угле марки К
состава: С₽ = 54,7 %; Н₽ = 3,3%;	= 0,8 %; N₽ =
= 0,8 %; Op =4,8 %; Др =27,6 %; И7р = 8,0 %, если из-
вестны температура воздуха в котельной tB = 30 °C, темпе-
ратура горячего воздуха tr,в = 350 °C, коэффициент избыт-
ка воздуха в топке ат = 1,3, присос воздуха, в топочной ка-
мере Аат = 0,05, температура газов на выходе из топки
Фг = Ю00 °C, потери теплоты от химической неполноты
сгорания топлива q3 — 0,6 %, потери теплоты от механи-
ческой неполноты сгорания топлива qt = 3,0 %, потери
теплоты в окружающую среду q3 = 0,5 % и потери тепло-
ты с физической теплотой шлака qe — 0,4 %.
Ответ-. Qn = 12 467 кДж/кг.
Задача 2.48. Определить количество теплоты, передан-
ной лучевоспринимающим поверхностям топки котельного
агрегата, работающего на природном газе состава: СО, =
в 0,2 %; СН4 = 97,9 %; С2Н4 = 0,1 %; N2 = 1,8 %; ес-
ли известны температура воздуха в котельной /в = 30 °C,
температура горячего воздуха /г.в = 230 °C, коэффициент
избытка воздуха в топке ат = 1,1, присос воздуха в топоч-
66
3*
67
ной камере Аат = 0,05, температура газов на выходе из
топки Оу - - 1000 СС, потери теплоты от химической непол-
ноты сгорания топлива q3 = 1 % и потери теплоты в ок-
ружающую среду qb — 1,0 %.
Ответ: Q., — 20 673 кДж/кг.
Задача 2.49. Определить количество теплоты, передан-
ной лучевоспринимающим поверхностям топки котельного
агрегата, работающего на высокосернистом мазуте состава:
Ср = 83,0 %; Нр = 10,4 %; Sp = 2,8%; О₽ = 0,7 %;
= 0,1 %; Ц/’р = 3,0 %, если известны полезное тепло-
выделение в топке QT = 39 100 кДж/кг, коэффициент из-
бытка воздуха в топке а, = 1,15, температура газов на вы-
ходе из топки Оу = 1100 С и потери теплоты в окружаю-
щую среду q& — 1,0%.
Ответ: Q;i = 17 546 кДж/кг.
Задача 2.50. Определить количество теплоты, передан-
ной лучевоспринимающим поверхностям топки котельного
агрегата, работающего на донецком угле марки Д с низшей
теплотой сгорания Qp = 19 453 кДж/кг, если известны тем-
пература воздуха в котельной /в = 30 СС, температура го-
рячего воздуха /гв = 295 СС, коэффициент избытка возду-
ха в топке ат = 1,3, присос воздуха в топочной камере
Дат=0,05, теоретически необходимый объем воздуха Vго =
=-- 5,17 м3/кг, энтальпия продуктов сгорания Гг — 12 160
кДж/кг, потери теплоты от химической неполноты сгорания
топлива q3 = 0,7 %, потери теплоты от механической не-
полноты сгорания топлива р4 = 3 %, потери теплоты в ок-
ружающую среду q3 = 0,5 % и потери теплоты с физиче-
ской теплотой шлака qe = 0,3 %.
Ответ: Q.-, — 9394 кДж/кг.
Задача 2.51. Определить лучевосприиимающую поверх-
ность нагрева топки котельного агрегата паропроиз-
водительностью D — 4,09 кг/с, работающего на природном
газе Ставропольского месторождения с низшей теплотой
сгорания Q„ = 35 621 кДж/м3, если известны давление
перегретого пара /?п п = 4 МПа, температура перегрето-
го пара /пп = 425 °C, температура питательной воды /п в =
= 130 °C, величина непрерывной продувки Р — 3 %, тео-
ретически необходимый объем воздуха К0 = 9,51 м3/м3,
к. п. д. котлоагрегата (брутто) г)кРа = 90 %, температура
воздуха в котельной /в — 30 °C, температура горячего воз-
духа /г в = 250 °C, коэффициент избытка воздуха в топке
аг = 1,15, присос воздуха в топочной камере Аат = 0,05,
теоретическая температура горения топлива в топке О1,. =
= 2040 °C, температура газов на выходе пз топки О" =
— 1000 °C, энтальпия продуктов сгорания при i) ' /" ~
— 17 500 кДж/м3, условный коэффициент загрязнения
£ = 0,65, степень черноты топки ат = 0,554, расчетный
коэффициент, зависящий от относительного местоположения
максимума температуры в топке, М 0,44, потери теплоты
ОТ химической неполноты сгорания топлива q3 = 1 % и по-
тери теплоты в окружающую среду q3 = 1,0 %.
Решение: Теплоту, вносимую в топку воздухом, по-
догретым вне котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):
’ QB.BH = aTV°Cp вД/в = 1,15-9,51 • 1,33-220 = 3200 кДж/м3.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
q₽ = qp + QB вп = 35 621 + 3200 = 38 821 кДж/м3.
Расчетный расход топлива определяем по формуле
(2.25):
q ___ ft _ Дпе Юп.и <п.в) +(^/Ю0) Ок.в Щ.в)1 ]QQ —
Р~ “	QP ПбР
^-р «к.а
’ = 4-09 1(3280-544) +(3/100) (1087,5 — 544)] Q 32 /с
38 821-90
Теплоту, вносимую в топку с воздухом, находим по
(2,32):
 Q' = (ат - Аат) V0 (сд)г.в + Аат V0 (с0)х.в = (1,15 -
--0,05)-9,51 -334 + 0,05-9,51-40 = 3513 кДж/м3.
Значения энтальпий (с0)г в и (с0)х.в находим по табл. 1
(см. Приложение).
 Полезное тепловыделение в топке определяем по форму-
ле (2.31):
qt = qp	+ Q'B-QB. вн =
и	100 — q4
= 38 821 (19°"|)- + 3513 — 3200 = 38 746 кДж/м3.
100
Коэффициент сохранения теплоты находим по формуле
(2.31):
<₽ = 1 — g5/100 = 1 - 1,0/100 = 0,99.
Количество теплоты, переданной лучевоспринимающим
поверхностям топки, определяем по формуле (2.30):
Q»=4>(Qt —К) =0,99 (38 746 —17 500) =21 034 кДж/м3.
G8
69
Лучевоспринимающую поверхность нагрева находим по
(2.37):
// - _______/ J— /	_ 1 ] =
5,7-io-11 г; т* у м2 Т"	)
0,32-21 034_________3/~_I /2313 } V
5,7.10-11 • 0,44-0,65-0,554- 1273-23133 у 0,44'Ц1273	/
73,4 м2.
Задача 2.52. Определить лучевоспринимающую поверх-
ность нагрева топки котельного агрегата паропроизводи-
тельностью D = 13,9 кг/’с, работающего на каменном угле
с низшей теплотой сгорания Q" = 25 070 кДж/кг, если из-
вестны давление перегретого пара рпп — 4 МПа, темпера-
тура перегретого пара = 450 °C, температура питатель-
ной воды /ив = 150 °C, величина непрерывной продув-
ки Р = 4 %, теоретически необходимый объем воздуха
V0 — 6,64 м-з/м3, к. п. д. котлоагрегата (брутто) г)^ра = 87 %,
температура воздуха в котельной /в = 30 °C, температура
горячего воздуха Дв — 390 °C, коэффициент избытка воз-
духа в топке ат-Л,25, присос воздуха в топочной камере
Аат = 0,05, теоретическая температура горения топлива
в топке О'т = 2035 °C, температура газов на выходе из
топки От = 1080 °C, условный коэффициент загрязнения
£ = 0,6, степень черноты топки ат = 0,546, расчетный ко-
эффициент, зависящий от относительного местоположения
максимума температуры в топке, М = 0,45, потери тепло-
ты от химической неполноты сгорания топлива q3 == 1,0°/0,
потери теплоты от механической неполноты сгорания топ-
лива </4 = 3 % и потери теплоты в окружающую среду q5 =
= 1 %.
Ответ: Н л	200 м2.
Задача 2.53. Определить лучевоспринимающую поверх-
ность нагрева топки котельного агрегата паропроизводи-
тельностью/) == 13,8 кг/с, работающего на высокосернистом
мазуте состава: Ср = 83,0 %; Нр = 10,4 %; Sp = 2,8 %;
О₽ = 0,7 %; Лр = 0,1 %; Wp = 3 %, если известны тем-
пература подогрева мазута t,t = 90 °C, к. п. д. котлоагрегата
(брутто) т]кРа = 86, 7%, давление перегретого пара р„.п =
— 1,4 МПа, температура перегретого пара /п.п = 250 °C,
температура питательной воды tn.B -= 100 °C, величина не-
70
прерывной продувки Р — 3 %, количество теплоты, пове-
данной лучевоспринимающим поверхностям Q,, - п 490
кДж/кг, теоретическая температура горения топлива в тои-
кеО-г = 2100 °C, температура газов на выходе из топки fl;
= 1100 °C, условный коэффициент загрязнения £ = 0,55,
степень черноты топки ат — 0,529 и расчетный коэффициент,
зависящий от относительного местоположения максимума
температуры в топке, М = 0,44.
Ответ: Н ч == 187,5 м2.
§ 2.4. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
НАГРЕВА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Пароперегреватели. Количество теплоты (кДж/кг), вос-
принятой паром в пароперегревателе, определяется по фор-
муле
Qne = Ф 1Л'е —/пе + Да„е V0 (с0)х.в] =	(7П.П — t.,.n),
Ор
(2.38)
 где <р — коэффициент сохранения теплоты; /,'.е и Де —-
энтальпии продуктов сгорания на входе в пароперегрева-
тель и выходе из него, кДж/кг; Дапе — присос воздуха в га-
'зоходе пароперегревателя; У0 — теоретически необходимый
Объем воздуха, м3/кг; (cOjx в — энтальпия холодного возду-
ха, кДж/кг; /)пе — расход пара через пароперегреватель,
-;Хг/с; Вр — расчетный расход топлива, кг/с; iaи tн п —
.Энтальпии перегретого пара на выходе из пароперегревателя
и насыщенного пара на входе в пароперегреватель, кДж/кг.
Конвективная поверхность (м2) нагрева пароперегрева-
теля
Qne Вр_
Мпе
(2.39)
где кпе — коэффициент теплопередачи для пароперегрева-
теля, кВт/(м2-К); А/пе — температурный напор в паропере-
гревателе, ° С.
Температурный напор как для прямотока, так и для про-
тивотока определяется как среднелогарифмическая разность
температур:
д / ___	— Млг
2,3 lg(A/6/A/M)
(2.40)
71
где А/о — разность температур между продуктами сгора-
ния и паром на том конце поверхности нагрева, где она наи-
большая, ° С; Д/м — разность температур между продукта-
ми сгорания и паром на том конце поверхности нагрева, где
она наименьшая, °C.
Если Л/б/Д/м 1,7, температурный напор определяется
по формуле
Л/„е = (Д/б + AZM)/2.	(2.41)
Экономайзеры. Количество теплоты (кДж/кг), воспри-
нятой водой в экономайзере, определяется по формуле
Q3 - Ф |/э— Г'э + Лаэ Е° (d>)x.B] =
___ &п .	./ .
— ~~~ Цп.в ’ In.в)?
Вр
(2.42)
где /э и /’э — энтальпии продуктов сгорания на входе в
экономайзер и выходе из него, кДж/кг; Даэ—присос воздуха
в газоходе экономайзера; Оэ — расход воды через экономай-
зер, кг/с; i".B и 'п.в — энтальпии воды (или пароводяной сме-
си) на выходе из экономайзера и на входе в экономайзер,
кДж/кг.
Расход воды через экономайзер
D;, = D (1 + Р/100),	(2.43)
где Р— величина непрерывной продувки, %.
Энтальпия воды на выходе из экономайзера
<В=Д;.В +	(2.44)
Конвективная поверхность (м2) нагрева экономайзера
/у	(2.45)
«э А/э ’
где кэ — коэффициент теплопередачи для экономайзера,
кВт/(м2-К); Д/э — температурный напор в экономайзере,
°C, определяется по формулам (2.40) и (2.41).
Воздухоподогреватели. Количество теплоты (кДж/кг),
воспринятой воздухом в воздухоподогревателе, определя-
ется по формуле
(?ви-=ф[/;-^п+чп^ н)ср.в] =
= (Рвп + Ррц + Лавв/2) (Гв-/;),	(2.46)
где /вп и /вп — энтальпии продуктов сгорания на входе
В воздухоподогреватель и выходе пз него, кДж/кг; ЛаВ11 --
присос воздуха в воздухоподогревателе; (с0)ср—энтальпия
воздуха при средней температуре воздуха (/,,р п), кДж/кг;
рвп — отношение объема воздуха на выходе из воздухоподо-
гревателя к теоретически необходимому; |Зрц — доля ре-
циркулирующего воздуха; /в и — энтальпии теоретиче-
ски необходимого объема воздуха на выходе из воздухопо-
догревателя и входе в него, кДж/кг.
•'Средняя температура воздуха
.. 'ер.в-= ( 'в + С2-	(2.47)
где /в и /в — температура воздуха на входе в воздухоподо-
греватель и выходе из него, °C.
Отношение объема воздуха на выходе из воздухоподогре-
вателя к теоретически необходимому
‘. Рвп о-т Да.г Д(х1|Л,	(2.4Ь)
где ат — коэффициент избытка воздуха в топке; Да.,. —
присос воздуха в топке; Дапл — присос воздуха в пылепри-
ГОТбвительной установке.
4 Доля рециркулирующего воздуха
-г-‘Рр1(. К-Аа,.-|-Аав„) 'вп~<хв ,
'г.в —'вп
где /вп, /х.в- /р.в — соответственно температура воздуха
Прсле смешения холодного воздуха с рециркулирующим,
температура холодного воздуха и температура горячего
В^духа, идущего на рециркуляцию, °C.
.-Конвективная поверхность (м2) нагрева воздухоподогре-
вателя
. ^вп 3В1ДР/(кв„Д/вп),	(2.49)
ф квп— коэффициент теплопередачи для воздухоподогре-
вателя, кВт/(м2-К); Д/В11 — температурный напор в возду-
хоподогревателе, С, находится по формулам (2.40) и
(2.41),
, Задача 2.54. Определить количество теплоты, восприня-
той паром в пароперегревателе котельного агрегата паро-
Производительностью D = 13,5 кг/с, работающего на под-
московном угле марки Б2 с низшей теплотой сгора-
ния Qg = 10 516 кДж/кг, если известны температура топ-
72
73
лива при входе в топку tT — 20 С°, теплоемкость рабочей
массы топлива с? = 2,1 кДж/(кг-К), давление насыщенно,
го пара р|Ь11 = 4,5МПа, давление перегретого пара и
---- 4 МПа, температура перегретого пара	450 С,
температура питательной воды = 150 °C, величина не-
прерывной продувки Р = 3 %, к. п. д. котлоагрегата (брут-
то) т]к.’а = 88 % и потери теплоты от механической неполно-
ты сгорания топлива о4 = 4 %.
Ответ-. Qne= 1906 кДж/кг.
Задача 2.55. Определить количество теплоты, воспри-
нятой паром в пароперегревателе котельного агрегата, ра-
ботающего на донецком угле марки Д состава: Ср = 49,3 %;
Нр = 3,6 %; Sp = 3,0 %; N" = 1,0 %; Qp = 8,3 %; Др =
= 21,8 %; 1ГР = 13,0 %, если известны энтальпия продук-
тов сгорания на входе в пароперегреватель /Д = 9318
кДж/кг, температура газов на выходе из пароперегревателя
One 600 °C, коэффициент избытка воздуха за пароперегре-
вателем аие = 1,3, присос воздуха в газоходе пароперегре-
вателя Лапе — 0,05, температура воздуха в котельной
tB — 30 °C и потери теплоты в окружающую среду qs
= 0,5 %.
Ответ: Qne = 2855 кДж/кг.
Задача 2.56. Определить количество теплоты, воспри-
нятой паром в пароперегревателе котельного агрегата паро-
производительностью D = 9,73 кг/с, если известны давле-
ние насыщенного пара plt.„ = 1,4 МПа, давление перегре-
того пара рап = 1,3 МПа, температура перегретого пара
tn,п = 250 °C, температура питательной воды „ = 100 °C,
величина непрерывной продувки Р = 4 %, к. п. д. котло-
агрегата (брутто) т]кРа =90 % и потери теплоты от механиче-
ской неполноты сгорания топлива qi = 3,5 %. Котельный
агрегат работает на кузнецком угле марки Т с низшей теп-
лотой сгорания горючей массы Q'H = 34 345 кДж/кг, содер-
жание в топливе золы Ар = 16,8 % и влаги Ц7р = 6,5 %
Ответ: Qne = 1474 кДж/кг.
Задача 2.57. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из пароперегревателя котельного агрегата пар<>-
производителыюстью D = 3,89 кг/с, работающего на при-
родном газе Саратовского месторождения с низшей тепло-
той сгорания Q,f = 35 799 кДж/м3, если известны давление
насыщенного пара рИ |1 = 1,5 МПа, давление перегретого
пара и = 1,4 МПа, температура перегретого пара/п п
350 °C, температура питательной воды в = 100 °C,
^дичина, непрерывной продувки Р 4 %, к. д котло.
фрегата (брутто) ЦкРа - 92,0 %, энтальпия продуктов сго-
рания на входе в пароперегреватель Де = 17 220 кДж-'м3,
Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания
Топлива К° 9,52 м:|/м3, присос воздуха в газоходе паро-
перегревателя Аа,|е = 0,05, температура воздуха в когель-
'ЯЙЙ /в = 30 °C и потери теплоты в окружающую среду
%•
.решение: Расчетный расход топлива определяем по
формуле (2.25):
3,891(3160419)-|-(4/100) (830 — 419)]
100	0,326 кг/с.
35 799-92
Количество теплоты, воспринятой паром в пароперегре-
вателе, находим по формуле (2.38):
: Све- ~ Ои.в -(3160 - 2791,8)...
L) р	0, З^Ъ
=. 4388 кДж/м3.
Энтальпию насыщенного пара при давлении р„ п — 1,5
МПа находим по табл. 2 (см. Приложение): ilt n = i" =
*=2791,8 кДж/кг.
Расход пара через пароперегреватель D пе равен паро-
тфоизводительности котлоагрегата D, так как отсутствует
отбор насыщенного пара.
+ Коэффициент сохранения теплоты определяем по фор-
муле (2.31):
; <р = 1 — q-J 100 ---- 1 — 17100	0,99.
, Энтальпию продуктов сгорания на выходе из паропере-
гревателя находим из формулы (2.38):
 ' Де = Де - -И V» И)х.в -
С’	Ф
17 220—+0,05-9,52-40= 12 769 кДж/м3.
0,99
Задача 2.58. Определить энтальпию продуктов сгорания
На выходе из пароперегревателя котельного агрегата паро-
74
производительностью D 5,6 кг/с, работающего на челя |
бийском угле марки БЗ с низшей теплотой сгорания (Д’ Г
- 13 997 кДж/кг, если известны давление насыщенного па-;
рар„.„ -= 4 МПа, давление перегретого пара р „ „ - = 4МП,ц
температура перегретого пара -= 430 °C, температуро-
питательной воды /„.и ~ 130 °C, к. п. д. котлоагрегата
(брутто) т]к?а 89 %, энтальпия продуктов сгорания и-
входе в пароперегреватель /йе = 7800 кДж/кг, теоретиче-
ский объем воздуха, необходимый для сгорания топлива
V0 =- 3,74 м3/кг, присос воздуха в газоходе пароперегрева-
теля Лапе = 0,04, температура воздуха в котельной tB
= 30 °C, потери теплоты от механической неполноты сго-<
рання топлива q.i = 3 % и потери теплоты в окружающую,
среду q5 = 1 %.
Ответ: Г„е = 5487 кДж/кг.
Задача 2.59. Определить энтальпию продуктов сгора-
ния иа выходе из пароперегревателя котельного агрегата,
работающего на фрезерном торфе состава: Ср = 24,7 %
Н₽ = 2,6 %;SP = 0,1 %;N₽ = 1,1 %; О₽ = 15,2 %,А₽
= 6,3 %; IV''1’ = 50,0 %, если известны температура газов
на входе в пароперегреватель АД = 900 °C, количество
теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе, Qne
= 1200 кДж/кг, коэффициент избытка воздуха за паропере-
гревателем апе = 1,3, присос воздуха в газоходе паропере-
гревателя Аапе = 0,05, температура воздуха в котельной
/в = 30 °C и потери теплоты в окружающую среду qb -
= 0,5 %.
Ответ:	— 4404 кДж/кг.
Задача 2.60. Определить количество теплоты, восприня-
той паром и конвективную поверхность нагрева паропере-
гревателя котельного агрегата паропроизводительностью
D = 21 кгс/с, работающего на донецком угле марки Т с
низшей теплотой сгорания Q„ = 22 825 кДж/кг, если из-
вестны температура топлива при входе в топку = 20 °C,
теплоемкость рабочей массы топлива с? = 2,1 кДж/(кг-К).
давление насыщенного пара рнп = 4 МПа, давление пе-_
регретого пара рпп = 3,5 МПа, температура перегретого
пара tu n = 420 °C, температура питательной воды t„ в
= 150 °C, величина непрерывной продувки Р = 4 %, к. п. Д
котлоагрегата (брутто) г]кРа = 88 %, коэффициент тепло-
передачи в пароперегревателе к„е = 0,051 кВт/(м2-Ю-
температура газов на входе в пароперегреватель
= 950 °C, температура газов на выходе из пароперегрева-
tfl One = 630 °C, температура пара на входе в паропере-
ватель	275 °C и потери теплоты от механиче-
Й неполноты сгорания топлива q.t 4,0 %.
Р е ш е н и е: Физическую теплоту топлива определяем
^'формуле (2.4):
" 2,1-20 = 42 кДж-кг.
Д;,,
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
'T.Qp = Qh + Qr.i ---= 22 825 -I- 42 = 22 867 кДж/кг.
.^Натуральный расход топлива определяем по формуле
(М5)'
-Д-D Д1Г [('и.п— ‘п.в) + (/’/Ю0) ( 1К в — <п.в)] 1ПП
ч О — ------------------------------1UU---
<?р ’1кРа
~ 21 1(3268-628)+ (4/100) (1049.8-628)1 10Q _ 2 77
' ~	22 825-88	’
О = £>, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
. Расчетный расход топлива находим по формуле (2.26):
Д*р = В (1 — <?4/100) = 2,77 (1 — 4/100) = 2,66 кг/с.
-Количество теплоты, воспринятой паром в пароперегре-
вателе, определяем по формуле (2.38):
«'и(3268-2800,6)
Ир	2,66
3693 кДж/кг.
-^Энтальпию насыщенного пара при давлении рк п —
=<4 МПа находим по табл. 2 (см. Приложение): /нп —
ЧзЗ" = 2800,6 кДж/кг; D ne = D, так как отсутствует от-
бор насыщенного пара.
>Дем пературный напор в пароперегревателе находим по
формуле (2.41):
(950— 420) -h(630— 275)^	с
; "е 2	2
^Конвективную поверхность нагрева пароперегревателя
определяем по формуле (2.39):
^Япе^-0пвВр = ^693.2,66	„_435м2.
к11С Л/„е 0,051-442,5
76
77
Задача 2.61. Определить конвективную поверхность на-
грева пароперегревателя котельного агрегата паропроиз-
водительностью D — 13,6 кг/с, работающего па караган-
динском каменном угле, если известны давление насыщен-
ного пара — 4,5 МПа, давление перегретого пара
ри „ = 4 МПа, температура перегретого пара tn „ = 450 °C,
коэффициент теплопередачи в пароперегревателе кпе -
= 0,045 кВт/(м2-К), температура газов на входе в паропере-
греватель = Ю52 °C, температура газов на выходе
из пароперегревателя ф".е = 686 °C и температура пара
на входе в пароперегреватель „ =•• 256 °C.
Ответ: Ипе = 312,1 м2.
Задача 2.62. Определить конвективную поверхность на-
грева пароперегревателя котельного агрегата паропроиз-
водительностью D — 7,05 кг/с, работающего на природном
газе Саратовского месторождения состава: СО2 = 0,8 %,
СН4 = 84,5 %; С2Н„ =3,8 %; С3Н8 = 1,9 %; С4Н10 =
= 0,9 %; СГ,Н12 = 0,3 %; N2 = 7,8 %, если известны дав-
ление перегретого пара рп.п = 1 >4 МПа, температура пере-
гретого пара /п п = 280 °C, температура питательной воды
/пв = НО °C, величина непрерывной продувки Р = 4 %,
к. п. д. котлоагрегата (брутто) т1кРа = 91 %, энтальпия про-
дуктов сгорания на входе в пароперегреватель /пе
= 17 320 кДж/кг, энтальпия продуктов сгорания на вы-
ходе из пароперегревателя /пе ~ 12 070 кДж/кг, присос
воздуха в газоходе пароперегревателя Дапе = 0,05, тем-
пература воздуха в котельной tB — 30 °C, потери теплоты в
окружающую среду qb = 1 %, коэффициент теплопереда-
чи в пароперегревателе кпе = 0,05 кВт/(м2-К) и температур-
ный напор в пароперегревателе А/пе = 390 °C.
Ответ: /7пе = 147 м2.
Задача 2.63. Определить конвективную поверхность на-
грева пароперегревателя котельного агрегата, работающе-
го на донецком угле марки А состава: Ср = 63,8 %; Нр
= 1,2 %; SS = 1,7 %; Np = 0,6 %; Ор = 1,3 %; Ар -
= 22,9 %; Wv — 8,5 %, если известны расчетный расход
топлива Вр = 1,1 кг/с, температура пара на входе в паро-
перегреватель =316 °C, температура перегретого пара
/п.„ —510 °C, температура газов на входе в пароперегре-
ватель — 1000 °C, температура газов на выходе из паро-
перегревателя ’б'пе = 700 °C, коэффициент изоытка возду-
ха за пароперегревателем апе = 1,25, присос воздуха в га-
78
входе пароперегревателя Да |1е	0,05, температура
ДуУЗДУха в котельной in --- 30 С, коэффициент теплопередачи
 пароперегревателе к 1|Р ------ 0,055 кВт/(м2-К) и потери топ-
оты в окружающую среду q?, ----- 1 %,
Ж Ответ: Z/IIP ^-- 178 м2.
Г Задача 2.64. Определить количество теплоты, восприня-
той водой в экономайзере котельного агрегата, работающего
®жа малосернистом мазуте ' состава: Ср - - 84,65 %; I I1’ =
& П,7 %; SJ - 0,3 %; О» 0,3 %; А₽ = 0,05 %; Ц7р -
Ж; 3,0 %, если известны температура газов на входе в эко-
жомайзер =-= 330 СС, температура газов на выходе из
Экономайзера О'э = 180 СС, коэффициент избытка воздуха
Ца экономайзером а;) -- 1,3, присос воздуха в газоходе эко-
Ж>майзера Да:) = 0,1, температура воздуха в котельной /в =
30сС и потери теплоты в окружающую среду qb 1 %.
%, Решение: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.27):
> V0 = 0,089Ср + 0.266НР 4- 0,033 (S£ — Ор) = 0,089 X
84,65 + 0,266-11,7 + 0,033 (0,3 — 0,3) = 10,62 м3/кг.
й Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):
У
г Vro2 - 0,0187 (Ср + 0,3755л) 0,0187 (84,65 4- 0,375 X
Я: 0,3) = 1,58 м3/кг.
4
- Теоретический объем азота определяем по формуле
(1.32):
Vft = 0,79V° + 0.8NP/100 - 0,79-10,62 = 8,39 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров находим по форму-
f (1'35):
4 V&o = 0,0124 (9Нр + Гр) + 0,0161 V0 = 0,0124 X
* (9-11,7 + 3,0) + 0,0161-10,62 = 1,51 м3/кг.
j Энтальпию продуктов сгорания на входе в экономайзер
Эфеделяем по формуле (1.60):
! f /> /? 4- (а9 - 1) /в° - VRO! №со. + Ч TOn, +
\	+У?1го(с{>э)н2о+(аЭ“1)^(т;)в= 1,58.623 +
I	4-8,39-432 + 1,51  512 4-(1,3—!)• 10,62-445-
2’ =6800 кДж/кг.
Значения энтальпий (+К)со., (H);)N,, (f<>,)n;o и
аходнм по табл. 1 (см. Приложение).
Энтальпию продуктов сгорания на выходе из экономаи-
?ра находим по формуле (1.60):
Г = 1° + (аэ— 1)	; VRO, (гГ)СОг -1- V ° г (dT)Nf -1-
+ VH!0 РХ,О +	- 1' V° (п3 э)в ‘ ’ 1 '58  320 +
+ 8,39-234 + 1,51 -2744-<1,3 — 1) 10,62-239 =
= 3644 кДж/кг.
Коэффициент сохранения теплоты определяем по фор-
уле (2.31):
ф =-1 _ ^/100 = 1 — 1/100 = 0,99.
Количество теплоты, воспринятой водой в экономайзе-
;, находим по формуле (2.42):
Q3 = Ф [/; — /"э + ДаэУ° (cfl)x J = 0,99 [6800-3644 +
0,1  10,62-401 = 3166 кДж/кг.
Задача 2.65. Определить количество теплоты, восприня-
)й водой в экономайзере котельного агрегата паропроизво-
1тельностью D = 5,45 кг/с, работающего на кузнецком уг-
; марки Т с низшей теплотой сгорания QB = 26 180 кДж/кг,
:ли известны давление перегретого пара рп.п = 1,4 МПа,
:мпература перегретого пара /п.п = 280 °C, температура
гтательной воды /п.в = 100 °C, к. п. д. котлоагрегата
рутто) т(кРа = 86 %, величина непрерывной продувки
= 3 %, температура воды на выходе из экономайзера
.в = 150 °C и потери теплоты от механической неполноты
орания топлива qt = 4 %.
Ответ-. Q3 = 2002 кДж/кг.
Задача 2.66. Определить количество теплоты, восприня-
>й водой в экономайзере котельного агрегата паропроиз-
щительностью D = 7,66 кг/с, работающего на природном
:3е Ставропольского месторождения с низшей теплотой сго-
шия Qh — 35 621 кДж/кг, если известны давление пере-
петого пара Рп.п = 4 МПа, температура перегретого пара
,п = 425 °C, температура питательной воды /п.в = 100 °C,
п. д. котлоагрегата (брутто) т(кРа = 90 %, величина не-
>ерывной продувки Р = 3 % и температура воды на вы-
>де из экономайзера /" 8 = 168 °C.
Ответ: Q3 = 3313 кДж/м3.
Задача 2.67. Определить энтальпию воды на выходе из
экономайзера котельного агрегата паропроизводптельно-
стью D 5,6 кг.'с, работающего на подмосковном угле
марки Б2 с низшей теплотой сгорания --- 10 516 кДжДг,
если известны температура топлива на входе в топку =
— 20 °C, теплоемкость рабочей массы топлива с’( —- 2,1
кДж.'(кг-К), давление перегретого пара рп п = 1,4 МПа,
температура перегретого пара tnп = 350 °C, температура
питательной воды t„ в = 100 °C, к. п. д. котлоагрегата
(брутто) т]к1’а — 88 %, величина непрерывной продувки
Р - 4 %, энтальпия продуктов сгорания на входе в эконо-
майзер Д = 3860 кДж/кг, энтальпия продуктов сгорания
на выходе из экономайзера Д = 2050 кДж/кг, теоретиче-
ский объем воздуха, необходимый для сгорания топлива
V0 2,94 м3/кг, присос воздуха в газоходе экономайзера
Даэ == 0,1, температура воздуха в котельной tB = 30 °C,
потери теплоты от механической неполноты сгорания топли-
ва у, - - 4 % и потери теплоты в окружающую среду q5 =
= 1 %.
Ответ:	= 896 кДж/кг.
Задача 2.68. Определить энтальпию воды на выходе из
экономайзера котельного агрегата паропроизводительно-
стью D = 9,73 кг/с, работающего на кузнецком угле марки
Т состава: Ср = 68,6 %; Нр = 3,1 %; S? = 0,4 %; № =
= 1,5 %; Ор = 3,1 %; Ар = 16,8 %; Гр = 6,5 %, если
известны расчетный расход топлива Вр — 1,1 кг/с, темпе-
ратура питательной воды tnB = 100 °C, величина непрерыв-
ной продувки Р = 4 %; температура газов на входе в эко-
номайзер 1% = 330 °C, температура газов на выходе из
экономайзера = 150 °C, коэффициент избытка воздуха
за экономайзером оса = 1,45, присос воздуха в газоходе эко-
номайзера Даэ = 0,1, температура воздуха в котельной
tB = 30 °C и коэффициент сохранения теплоты ф = 0,99.
Ответ:	= 697 кДж/кг.
Задача 2.69. Определить энтальпию воды на выходе из
экономайзера котельного агрегата паропроизводительно-
стью D = 13,8 кг/с, работающего на высокосернистом мазу-
те состава: Ср = 83 %; Нр = 10,4 %; Sp = 2,8 %, Ор =
= 0,7 %; Ар = 0,1 %; Ц7р = ЗД %, если известны темпе-
ратура подогрева мазута tT = 90 °C, давление перегретого
пара рп п = 1,4 МПа, температура перегретого пара
ta, ц == 280 °C, температура питательной воды Д.в = 100 °C,
к. п. д. котлоагрегата (брутто) ЦкРа = 88 %; величина не-
81
ывной продувки P ~~ 3 % и количество теплоты, вос-
ятой водой в экономайзере, Q-, — 3100 кДж/кг.
твет: 1'п.в = 641 кДж/кг.
дача 2.70. Определить энтальпию продуктов сгорания
я ходе из экономайзера котельного агрегата, работаю-
на природном газе Саратовского месторождения соста-
:о2 = 0,8 %; СН, = 84,5 %; С2Ы6 - 3,8 %; С3Н8 =
9 %; С4Н10 —• 0,9 %; С5Н12 = 0,3 %; N., = 7,8%,
температура газов на входе в экономайзер Оэ = 300 °C,
фициент избытка воздуха за экономайзером а., = 1,35,
ос воздуха в газоходе экономайзера Да;, — 0,1, темпе-
а воздуха в котельной tB = 30 °C, количество тепло-
юспринятой водой в экономайзере, Q., = 2600 кДж/кг
гери теплоты в окружающую среду q;> = 1 %.
твет: /" = 3291 кДж/кг.
адача 2.71. Определить энтальпию продуктов сгорания
иходе из экономайзера котельного агрегата паропроиз-
тельностью D = 13,8 кг/с, работающего на малосерни-
мазуте состава: О’ = 84,65 %, Нр = 11,7 %; S£ =
3 %; О = 0,3 %; /0-0,05 %; 40 = 3,0%, ес-
тзвестны расчетный расход топлива Вр = 1,06 кг/с,
ература питательной воды в = 100 °C, температура
! на выходе из экономайзера = 150 °C, величина
>ерывной продувки Р = 4 %, температура газов на
,е в экономайзер 0/ = 330 °C, коэффициент избытка
уха за экономайзером аэ = 1,3, присос воздуха в га-
де экономайзера Ааэ =0,1, температура воздуха в ко-
,ной /п = 30 °C и потери теплоты в окружающую среду
- Г %.
~)твет: 1"э = 3868 кДж/кг.
Задача 2.72. Определить конвективную поверхность па-
за экономайзера котельного агрегата паропроизводи-
щостью D = 4,0 кг/с, работающего на природном газе,
I известны температура воды на входе в экономайзер
= 100 °C, температура воды на выходе из экономайзе-
!п.в = 152 °C, коэффициент теплопередачи в экономайзе-
с3 = 0,02 кВт/(м2-К), температура газов на входе в эко-
айзер Оу = 280 °C и температура газов на выходе из
номайзера О'/, = 150 °C.
Ответ: Н„ — 541 м2.
Задача 2.73. Определить количество теплоты, восприня-
водой, конвективную поверхность нагрева экоиомайзе-
котельиого агрегата паропроизводительностью D —
5,45 кг/с, работающего на донецком каменном угле мар-
киТ с низшей теплотой сгорания Qp — 24 365 кДж/кг, ес-
ли известны давление перегретого пара р„_„ — 1,4 МПа,
температура перегретого пара „ - 260 °C, температура
питательной воды /п.в —- 104 °C, к. п. д. котлоагрегата
(брутто) т1к’а = 88 %, величина непрерывной продувки Р =
== 3 %, температура воды на выходе из экономайзера t'i =-
= 164 °C, коэффициент теплопередачи в экономайзере
кэ = 0,021 кВт/(м2-К), температура газов на входе в эко-
номайзер = 290 °C, температура газов на выходе из
экономайзера 0" = 150 °C и потери теплоты от механиче-
ской неполноты сгорания <?4 = 4 %.
Решение: Натуральный расход топлива определя-
ем по формуле (2.25):
_Рце lGn.ii ^п.в) ~1~ (В /100) Ок ,в 1 п.в)1 400_
Qpn6p
4 р I к, а
..	 5,45 1(2951 — 436)Ч-(3/100) (828-436)] , - __ . _ .	.
D пе = D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Расчетный расход топлива находим по формуле (2.26):
Вр = В (1 — ^/100) = 0,64 (1 — 4/100) = 0,614 кг/с.
Расход воды через экономайзер определяем по формуле
(2.43):
О, = D (1 + Р/100) = 5,45 (1 + 3/100) = 5,61 кг/с.
Количество теплоты, воспринятой водой в экономайзере,
находим по формуле (2.42):
Qa= — (й,.в- in.») =	(687 -436) =
Вр	0,614
— 2293 кДж/кг,
Температурный напор в экономайзере определяем по
формуле (2.40):
\t =	А<м =-	(290—164)-(150-104)
3	2,3 1g (Л/б/Л/м) ' 2,3 1g [(290- 164)/( 150- 104)]
= 76° С.
83
нвективиую поверхность нагрева экономайзера на-
по формуле (2.45):
— 22ЭЗ-О,614 _ gg2 । м2
' Л-аД/э " 0,021-70
гача 2.74. Определить энтальпию воды на выходе и
ктивную поверхность нагрева экономайзера котель-
агрегата паропроизводительностью D = 5,9 кг/с,
зющего на донецком угле марки А, если известны рас-
й расход топлива Вр 0,62 кг/с, количество тепло-
юпринятой водой в экономайзере Q., = 2520 кДж/кг,
ратура питательной воды ?п в ~ 100 СС, коэффициент
передачи в экономайзере кэ = 0,021 кВт/(м2-К), ве-
ia непрерывной продувки Р = 4 %, температура газов
оде в экономайзер fl, = 320 °C и температура газов на
ie из экономайзера О" = 170 СС.
пвет: 1"п.я = 672 кДж/кг; Я, = 644 м2.
дача 2.75. Определить количество теплоты, воспри-
: воздухом в воздухоподогревателе котельного агрега-
аботающего на донецком угле марки Т состава: Ср =
,7 %; Нр = 3,1 %; S’? = 2,8 %; N₽ = 0,9 %. О₽ =
'%; Ар = 23,8 %; IFP ~ 5,0 %, если известны тем-
ура газов на входе в воздухоподогреватель fl?n =
3 °C, температура газов на выходе из воздухоподогре-
я О/п = 300 СС, коэффициент избытка воздуха за
хонодогревателем авп = 1,4? присос воздуха в воз-
юдогревателе AaBn — 0,05, температура воздуха на
1 в воздухоподогреватель t'„ ~ 30 СС, температура воз-
на выходе из воздухоподогревателя Zn" = 174 °C й
и теплоты в окружающую среду <?5 --- 1 %.
пвет-. QBn = 1412 кДж/кг.
щача 2.76. Определить количество теплоты, воспрння-
юздухом в воздухоподогревателе котельного агрегата,
’ающего на карагандинском угле марки К, если из-
ы температура воздуха на входе в воздухоподогрева-
l’s = 30 °C, температура воздуха на выходе из возду-
югревателя = 170 °C, теоретически необходимый
л воздуха V0 = 5,61 м3/кг, коэффициент избытка воз-
в топке ат = 1,3, присос воздуха в топочной камере
= 0,05 и присос воздуха в воздухоподогревателе
= 0,05.
ет- Свп = 1331 кДж/кг.
Задача 2.77. Определить количество теплоты, воспри-
нятой воздухом в воздухоподогревателе котельного агре-
гата, работающего на природном газе Ставропольского ме-
сторождения состава: СО2 -- 0,2 %; СН4 = 98,2 %; С2Нв =
= 0,4 %; С3Н8 = 0,1 %; С4Н10 = 0,1 %; N2 = 1,0 %, если
известны температура воздуха на входе в воздухоподогре-
ватель tB = 30 °C, температура воздуха на выходе из воз-
духоподогревателя <в = 180 °C, коэффициент избытка воз-
духа в топке ат= 1,15, присос воздуха в топочной камере
Дат = 0,05 и присос воздуха в воздухоподогревателе
Давп = 0,06.
Ответ.-. QBn = 2139 кДж/кг.
Задача 2.78. Определить энтальпию продуктов сгорания
на выходе из воздухоподогревателя котельного агрегата,
работающего на природном газе Саратовского месторожде-
ния, если известны температура воздуха на входе в воздухо-
подогреватель t'B = 30 °C, температура воздуха на выходе
из воздухоподогревателя tB = 170 °C, теоретически необ-
ходимый объем воздуха V0 = 9,52 м3/м3, коэффициент из-
бытка воздуха в топке ат = 1,15, присос воздуха в топоч-
ной камере Дат = 0,05, присос воздуха в воздухоподогре-
вателе Давп = 0,06, энтальпия продуктов сгорания на вхо-
де в воздухоподогреватель Цп = 7670 кДж/м3 и потеря
теплоты в окружающую среду qs = 1 %.
Ответ: Гвп = 5724 кДж/м3.
Задача 2.79. Определить энтальпию продуктов сгора-
ния на выходе из воздухоподогревателя котельного агрега-
та, работающего на карагандинском угле марки К состава:
С₽ = 54, 5%; Нр = 3,3 %; S£ = 0,8 %; № = 0,8%;
Ор = 4,8 %; Лр = 27,6 %; 1^р = 8,0 %, если известны тем-
пература воздуха на входе в воздухоподогреватель t'B =
= 30 °C, температура воздуха на выходе из воздухоподогре-
вателя Гв = 177 °C, коэффициент избытка воздуха в топке
ат = 1,3, присос воздуха в топочной камере Дат = 0,05,
коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем
авп = 1,45; присос воздуха в воздухоподогревателе Давп —
= 0,05, температура газов на входе в воздухоподогрева-
тель = 450 °C и потери теплоты в окружающую среду
= 1 % •
Ответ: 1ВП = 4123 кДж/кг.
Задача 2.80. Определить конвективную поверхность на-
грева воздухоподогревателя котельного агрегата, работаю-
щего на донецком угле марки Т, если известны температура
воздуха на входе в воздухоподогреватель tB = 30 °C, тем-
85
тура воздуха на выходе из воздухоподогревателя t'„ ~
75 °C, коэффициент избытка воздуха в топке ат -- 1,3,
юс воздуха в топочной камере Дат = 0,05, присос воз-
1 в воздухоподогревателе Давп = 0,05, расчетный рас-
топлива Вр — 0,64 кг/с, теоретически необходимый
:м воздуха V0 - 6,44 м3/кг, коэффициент теилопере-
t в воздухоподогревателе квп---0,0182 кВт/(м2-К),
!ература газов на входе в воздухоподогреватель =
12 °C и температура газов на выходе из воздухоподогре-
:ля 0вп = 310 СС.
Этвет: Нъ„ = 262 м2.
Задача 2.81. Определить конвективную поверхность на-
за воздухоподогревателя котельного агрегата паропро-
эдительностью D = 5,9 кг/с, работающего на донецком
е марки Т состава: О = 62,7 %; Нр = 3,1 %; Sp =
1,8 % Np = 0,9 %; О₽ = 1,7 %; Ар = 23,8 %;
5,0 %, если известны давление перегретого пара рп.п =
1,4 МПа, температура перегретого пара /п.п = 275 °C,
пература питательной воды /п.в — Ю0 °C, к. п. д. кот-
грегата (брутто) т)кРа = 88 %, величина непрерывной
>дувки Р = 4 %, температура воздуха на входе в возду-
юдогреватель /в = 30 °C, температура воздуха на выхо-
из воздухоподогревателя = 170 °C, коэффициент из-
'ка воздуха в топке ат = 1,3, присос воздуха в топочной
iepe Дат = 0,05, присос воздуха в воздухоподогревателе
вп = 0,06, коэффициент теплопередачи в воздухоподо-
вателе квп = 0,0178 кВт/(м2-К), температура газов на
>де в воздухоподогреватель 0вп = 402 °C, температура
ов на выходе из воздухоподогревателя Овп = 300 °C
отери теплоты от механической неполноты сгорания топ-
за </4 = 4 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы
злива определяем по формуле (1.12):
Qp = 338Ср -I- 1025НР — 108,5 (Op — Sp) — 25ГР =
338-62,7 + 1025-3,1 — 108,5 (1,7 — 2,8) — 25-5,0 =
24 365 кДж/кг.
Натуральный расход топлива находим по формуле
25):
Рце Ю’п.п *'п  в) Н~ (73 /100) 0 к. в * п.в)1 ]QQ_
QPn6P
чр >к.а
= 5,9 1(2980—419)(4 /100) (830—419)] j 00 = 0 7 j 3 кг/с
24 365.88	’	‘
Da? D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Расчетный расход топлива определяем по формуле
(2.26):
Вр = В (1 — </4/100) --= 0,713 (1 — 4/100) == 0,684 кг/с.
Теоретически необходимый объем воздуха находим по
(1.27):
V0 -= 0,0890 + О,266Н₽ + 0,033 (S’? — Ор) = 0,089 X
Х62.7 + 0,266-3,1 + 0,033 (2,8 — 1,7) = 6,44 м3/кг.
Энтальпию теоретически необходимого объема воздуха
на входе в воздухоподогреватель определяем по формуле
(1.62):
7' = V0 (с/') = 6,44-40 = 258 кДж/кг.
Энтальпию теоретически необходимого объема воздуха
на выходе из воздухоподогревателя определяем по форму-
ле (1.62):
/в = V0 (с/в) = 6,44-226 = 1455 кДж/кг.
Отношение объема воздуха на выходе из воздухоподо-
гревателя к теоретически необходимому находим по форму-
ле (2.48):
Рви = ат — Аат = 1,3 — 0,05 = 1,25.
Количество теплоты, воспринятой воздухом в воздухо-
подогревателе, определяем по формуле (2.46):
<2вп = (Рвп + Лавп/2) (/;- /;) = (1,25 + 0,06/2) X
X (1455 — 258) = 1532 кДж/кг,
Температурный напор в воздухоподогревателе находим
по (2.41):
Д/ д/б + Л/м = (402— 170) + (300—30)	25 jс С
вп 2	2
Конвективную поверхность нагрева воздухоподогрева-
теля определяем по формуле (2.49):
//	= 235 м2.
КвпЧп 0,0!78-2Ы
Задача 2.82. Определить конвективную поверхность на-
грева воздухоподогревателя котельного агрегата паропроиз-
водительностью D = 13,5 кг/с, работающего на подмосков-
ном угле марки Б2 состава О — 28,7 %; Нр = 2,2 %;
SS = 2,7 %;№ = 0,6 %; Ор = 8,6 %, /X = 25,2 %; ’К1' =
87
О %, если известны температура топлива на входе-
1ку /т = 20 °C, давление перегретого пара р„ „ —
МПа, температура перегретого пара tn п --- 450 °C,
ратура питательной воды - 150 °C, к. п. д. кот-
>егата (брутто) т|кРа 88 %, величина непрерывной
/вки Р ~ 4 %; энтальпия продуктов сгорания на
: в воздухоподогреватель Г„„ — 3780 кДж/кг, энталь-
тродуктов сгорания на выходе из воздухоподогревате-
вп = 2770 кДж/кг, средняя температура воздуха
— 110 °C, присос воздуха в воздухоподогревателе
= 0,05, коэффициент теплопередачи в воздухоподо-
теле двп = 0,0174 кВт/(м2-К), температурный напор
цухоподогревателе Д/вп = 230 °C, потери теплоты от
шческой неполноты сгорания топлива = 4 % и
щ теплоты в окружающую среду q5 = 1 %.
пвет.'. Нвп = 967 ма.
2.5. ЗОЛОВЫЙ ИЗНОС И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ
:оррозия
оловын износ. Максимально допустимый золовый из
м) стенки трубы в наиболее опасном сечении опреде
:я по формуле
max = а/ПТ1РкНЗЛ	<2'50)
г — коэффициент, учитывающий абразивные свойст-
элы, м-с3/(кг-ч); т — коэффициент, учитывающий со-
ивляемость металла износу и равный: для углероди-
труб т 1, для хромомолибденовых m = 0,7; ц —
фициент, учитывающий вероятность ударов частиц
о поверхность трубы; 0И — коэффициент неравномер-
и концентрации золы; нзл — концентрация золы в
.уктах сгорания, кг/м3; (3^ — коэффициент неравномер-
и скорости газов; w — средняя скорость газа в узких
южутках между трубами, м/с; т — длительность ра-
! поверхности нагрева, ч.
концентрация золы (кг/м3) в продуктах сгорания
Ар— содержание золы в топливе, %;аун—доля золы
:ива, уносимой продуктами сгорания; — объем про-
ов сгорания, м’/кг; й' — температура газов на входе
'чок, °C.
125V'spnp
—----------— , (к,
1,05иуп Л"Р
(2.52)
 Низкотемпературная коррозия. Для предотвращения
.» коррозии в трубах воздухоподогревателей необходимо,
® чтобы температура стенок труб была выше температуры точ-
К ки росы продуктов сгорания.
! Температура точки росы (°C) продуктов сгорания опре-
Ш деляется по формуле
Ж
IS где Snp — приведенная сернистость топлива, кг-%-10-3/
В /кДж; аун—доля золы топлива, уносимой продуктами сго-
Н рания из топки, равная для слоевых топок 0,2 ... 0,3, для
В камерных — 0,85;	— приведенная зольность топлива,
К кг- % • 10“3/кДж; /к — температура конденсации водяных
К паров, °C.
К? Задача 2.83. Определить максимально допустимый зо-
В ловый износ стенки хромомолибденовой трубы воздухоподо-
Н.гревателя котельного агрегата, если известны коэффициент,
1	учиты вающий абразивные свойства золы а — 10-10 9 м-с3/
Вк/(кг-ч), коэффициент, учитывающий вероятность ударов ча-
Sbcthii золы о поверхность трубы, -ц =0,334, коэффициент не-
Ивравномерности концентрации золы 0И = 1,2, коэффициент
иВИеравномерности скорости газов = 1,25, средняя ско-
1^М?ость газа в узких, промежутках между трубами w = 10 м/с,
1 ^длительность работы поверхности нагрева т = 8160 ч, до-
УКпя золы топлива, уносимой продуктами сгорания из топки
= 0,85, температура газов на входе в пучок О' = 407 °C
Нр коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,3. Котель-
Н|ный агрегат работает на карагандинском угле марки К
состава: С₽ = 54, 7%; Нр = 3,3 %; Sp = 0,8 %; Np =
IS= 0'8 %; О₽ = 4,8 %; Ap = 27,6 %; UZp = 8, 0-%.
Щ Ответ.'. hmax = 0,52-10^3 m.
Задача 2.84. Определить максимально допустимый золо-
|Квый износ стенки углеродистой трубы воздухоподогревате-
И|ля котельного агрегата, если известны коэффициент, учиты-
Ирающий абразивные свойства золы, а = 14-10-9 м-с3/ (кг-ч),
^Коэффициент, учитывающий вероятность ударов частиц
^Золы о поверхность трубы, г] = 0,334, коэффициент нерав-
Ьомерности концентрации золы = 1,2, коэффициент не-
^Ьавномерности скорости газов = 1,25, средняя скорость
ИйТаза в узких промежутках между трубами w = 12 м7с, дли-
89
гльность работы поверхности нагрева т --- 8160 ч, доля зо-
ы топлива, уносимой продуктами сгорания из топки, г7у„
= 0,85, коэффициент избытка воздуха в топке ат == 1,3,
бъем продуктов сгорания И,. = 7,24 м3/кг и температура
азов па входе в пучок О1' = 412 °C. Котельный агрегат ра-
стает на донецком угле марки Д с содержанием золы Ар -
= 21,8 %.
Ответ: hmaK ~ 1,54-10—’ м.
Задача 2.85. В топке котельного агрегата сжигается
.онецкнй уголь марки Т состава: О’ = 62,7 %; Нр = 3,1 %;
.$ = 2,8%; NP = 0,9 %; 0=1,7%; Др = 23,8 %;
Р = 5,0 %. Определить температуру точки росы продук-
ов сгорания, если известны доля золы топлива, уносимой
фодуктами сгорания из топки, аг„ = 0,85 и температура
конденсации водяных паров tK = 50 °C.
Ответ: tv = 132 °C.
Задача 2.86. Определить максимально допустимый зо-
ювын износ стенки углеродистой трубы воздухоподогрева-
теля котельного агрегата и температуру точки росы продук-
тов сгорания, если известны коэффициент, учитывающий
абразивные свойства золы, а= 14-10'9м-с3/(кг-ч), ко-
эффициент, учитывающий вероятность ударов частиц зо-
лы о поверхность трубы, т) = 0,334, коэффициент неравно-
мерности концентрации золы Р1( = 1,2, коэффициент не-
равномерности скорости газов (5ц, = 1,25, средняя скорость
газа в узких промежутках между трубами w = 9 м/с, дли-
тельность работы поверхности нагрева т = 8160 ч, доля зо-
лы топлива, уносимой продуктами сгорания из топки,
аун = 0,85, температура газов на входе в пучок 0-' =
= 427 °C, коэффициент избытка воздуха в топке ат — 1,4
и температура конденсации водяных паров tK = 50 °C.
Котельный агрегат работает иа подмосковном угле марки
Б2 состава: С₽ = 28,7 %; Н₽ = 2,2 %; SJ? = 2,7 %; № =
= 0,6%; 0 = 8,6%; Ар = 25,2 %,	= 32,0 %.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.12):
QE = 338С₽ + 1025НР — 108,5 (Op — S£) — 251Г>’ -
= 338-28,7 Н- 1025-2,2 — 108,5 (8,6 — 2,7) — 25-32,0 =
= 10 516 кДж/кг.
Теоретический объем воздуха, необходимый для полно-
го сгорания 1 кг топлива, определяем по формуле (1.27):
= 0.089СР + 0,266Нр + 0,033 (SJ — О₽) = 0,089 X
X 28,7 | 0,266-2,2 -|- 0,033 (2,7 — 8,6) = 2,94 м3/кг.
90
Объем сухих газов при ат 1,4 находим ио формуле
(1.43):
Vc.r = ^ro. +	+ (ат - 1)	- 0,0187 (О +
4- 0,3755$ + 0.79V0 -1- 0,8N₽/100 + (ат ----- 1) V°--0,0187x
X (28,7 4- 0,375-2,7) + 0,79-2,94 + 0,8-0,6/100 + (1,4 —
— 1) 2,94 = 4,06 м;!/кг.
Объем водяных паров при ат 1,4 определяем по (1,44):
Vh2o = 0.0124 (9НР + F₽) -j- 0,0161arV° - 0,0124 X
X (9-2,2 + 32,0) -1- 0,0161-1,4-2,94 - 0,7 м3/кг.
Объем продуктов полного сгорания находим по форму-
ле (1.31):
V? = ИС.Р + '/н20 = 4,06 4- 0,7 = 4,76 м3/кг.
Концентрацию золы в продуктах сгорания определяем
(2.51):
др аун 273	_ 25,2-0,85	273	__
100Уг ‘ 0'[-273	300-4,76 ’ 427 + 273
= 0,0175 кг/м3.
Приведенную зольность топлива находим по формуле
1.24):
Дпр = 4190-^- = 4190 -~2-5'2 = 10 кг-%  10~3/кДж.
р	ор	10 516
Приведенную сернистость топлива — по формуле (1.26):
SIip--4190 —- = 4190
лр	10 516
хн
1,07 кг-%  10"3/кДж .
'/.Максимально допустимый золовый износ стенки трубы
входим по формуле (2.50):
у Чах = атлр1(рзл (риЯ3 т - 14 • 10"9- 1 • 0,334 • 1,2 X
0,0175 (1,25-9)3 8160 = 1,13-Ю-3 м.
/ Температуру точки росы продуктов сгорания определим
О формуле (2.52):
з /
‘25 V Sr%
/1
1,05 уч ПР
..	+ so ] 34° С.
! О50.85-10
91
Задача 2.87. В топке котельного агрегата сжигается че-
лябинский уголь марки БЗ состава: Ср — 37,3 %; Нр —
= 2.8 %; SB = 1,0 %; № = 0,9 %; О = 10,5 %; Ар =
= 29,5 %; Wp = 18,0 %. Определить температуру точки
росы продуктов сгорания, если известны доля золы топли-
ва, уносимой продуктами сгорания из топки, ау„ = 0,85 и
температура конденсации водяных паров tK = 50 °C.
Ответ-. tp = 112 °C.
§ 2.6. ДУТЬЕВЫЕ И ТЯГОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Дутьевые устройства предназначены для подачи воздуха
в топки котлов с целью организации сжигания топлива. Они
состоят из дутьевых вентиляторов и воздуховодов с регули-
рующими задвижками.
Тяговые устройства обеспечивают определенную ско-
рость перемещения дымовых газов по газоходам котлоагре-
гатов и последующее удаление их в атмосферу. Тяговые уст-
ройства состоят из газоходов, дымовых труб и дымососов.
Дутьевые вентиляторы. Расчетная подача (м3/с) венти-
лятора определяется по формуле
<2 в “ Pl Sp	(«т~	+ Аав'п — АаШ1) KZX.b +
4-273)/273] 1,01 • 105/йб,	(2.53)
где Pi — коэффициент запаса подачи (для котлоагрегатов
паропроизводительностью D > 5,6 кг/с (ij = 1,05 и D <
< 5,6 кг/с pj = 1,1); Дави — утечка воздуха в воздухоподо-
гревателе; ат — коэффициент избытка воздуха в топке;
Дат и Дапл — присос воздуха в топке и в пылеприготови-
тельной установке; £х.в — температура холодного воздуха,
поступающего в вентилятор, °C; h6 — барометрическое дав-
ление воздуха, Па.
Мощность (кВт) электродвигателя для привода венти-
лятора
N” = (Р2(?8//в/т1Вэ) ЮО,	(2.54)
где р2 = 1,1 — коэффициент запаса мощности электродви-
гателя; Иа — расчетный полный напор вентилятора, кПа;
Г]” — эксплуатационный к. п. д. вентилятора, %.
Дымососы. Расчетная подача (м’/с) дымососа определяет-
ся по формуле
(?л = Р1Вр[Р? + (ад- 1)PO]^±^-.^L1£L,	(2.55)
Z( и	пл
92
I где V? — теоретический объем продуктов полного сгора-
| ния, м3/кг (м3/м3); ая — коэффициент избытка воздуха перед
|- дымососом; — температура газов перед дымососом, °C.
г Мощность электродвигателя (кВт) для привода дымосо-
I са
I /V? = (МЛЛ’) 100,	(2.56)
К где А/д — расчетный полный напор дымососа, кПа; т)э —
к эксплуатационный к. п. д. дымососа, %.
К Дымовая труба. Объем дымовых газов (м3/с), проходя-
К: тих через дымовую трубу:
1	+	(2.57)
К	273
В где п — число котлоагрегатов, подсоединенных к трубе;
Жад.т — коэффициент избытка воздуха перед дымовой тру-
Жбой; 0д т — температура газов перед дымовой трубой, °C.
Ж Диаметр устья дымовой трубы
я» ^л-т  1 ’ 1 В? /щд т,	(2.58)
«'где Юд.т — скорость газов на выходе из трубы, м/с.
Ц Высота дымовой трубы (м) при естественной тяге
1'	Н = S / [2731 —----------------'l 9--Шб I	(2.59)
Ш	/ L \ 273 + /в	273 + «ср/ 1,01-105]’
®где 5 — тяга, создаваемая трубой, Па; рг, рв — приведен-
^шые к нормальным условиям плотности газа и воздуха,
Ясг/м3; 0ср — средняя температура газов в дымовой трубе,
®*С; /в — температура окружающего воздуха, °C.
Приведенная к нормальным условиям плотность (кг,’м3)
«Газа
Ц pr = (1 — 0,0МР + ПЗад.др'0)/^?'7-	(2.60)
F. Задача 2.88. Определить расчетную подачу вентилято-
\ра котельного агрегата паропроизводительностью D =
13,8 кг/с, работающего на природном газе с низшей теп-
Ч/лотой сгорания = 35 700 кДж/м3, если давление перегре-
/;того пара рп. „ = 4 МПа, температура перегретого пара
ф^п.п = 430 °C, температура питательной воды <я.в= 130 °C,
п. д. котлоагрегата (брутто) Т1к₽а = 91 %; теоретически
Ч Необходимый объем воздуха V0 = 9,48 м3/м3, коэффициент
93
запаса подачи 0j = 1,05, коэффициент избытка воздуха в
топке а,. =- 1,15, присос воздуха в топочной камере Доц
= 0,05, утечка воздуха в воздухоподогревателе Лай,,
— 0,04, температура холодного воздуха, поступающего
в вентилятор, /х п — 20 “С и барометрическое давление воз-
духа /|0	98-10’ Па.
Ответ; - 14,6 м’/с.
Задача 2.89. Определить расчетную подачу вентилятора,
работающего па донецком каменном угле марки Т состава:
С₽ = 62,7 %; Нр = 3,1 %; S’? = 2,8 %; № = 0,9 %; О₽ =
= 1,7 %;	= 23,8 %;	= 5,0 %, если расчетный рас-
ход топлива Вр = 3,1 кг/с, коэффициент запаса подачи
р! = 1,05, коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,2,
присос воздуха в топочной камере Лат = 0,05, утечка воз-
духа в воздухоподогревателе Ла/п = 0,035, температура
поступающего в вентилятор холодного воздуха /х-в = 25 °C
и барометрическое давление воздуха й0 = 97-103 Па.
Ответ; QB = 28,1 м8/с.
Задача 2.90. Определить мощность электродвигателя
для привода вентилятора котельного агрегата паропроизво-
дительностью D = 4,16 кг/с, работающего на природном
газе Дашавского месторождения состава: СО2 = 0,2 %;
СН4 = 98,9 %; С2Н8 = 0,3 %; С3Нв = 0,1 %; С4Н10 =
= 0,1 %; Ns=0,4%; если давление перегретого пара
Рп.„ = 1,4 МПа, температура перегретого пара п =
— 275 °C, температура питательной воды /п.в = 130 “С,
величина непрерывной продувки Р = 3 %, к. п. д. котло-
агрегата (брутто) 1]к₽а = 90 %; коэффициент запаса подачи
Pj = 1,1, коэффициент избытка воздуха в топке ат = 1,1,
присос воздуха в топочной камере Дат = 0,05, утечка воз-
духа в воздухоподогревателе Аав'п = 0,04, температура
холодного воздуха, поступающего в вентилятор, /х.в =
= 20 °C, расчетный полный напор вентилятора Нв = 2,1
кПа, коэффициент запаса мощности электродвигателя =
= 1,1, эксплуатационный к. п. д. вентилятора ц” = 61 %
и барометрическое давление воздуха == 98-10® Па.
Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы
топлива определяем по формуле (1.13):
Q» = 358СН4 + 638С2Нв + 913С3Н8 + 1187С4Н10 ==
= 358-98,9 + 638-0,3 + 913-0,1 +1187-0,1 =35 807кДж/м-
Расчетный расход топлива — по формуле (2.25):
94
f) ___ £> u_ ^lie |(l"l!.n ’ Ъ1.н)-Ь(/’/100) (tK.„ ’«н.п)! inn
£> .   LJ —• —	-	——------- •	1 UU
<?Ppea
J-4(2980-544)-|-(3/100) (830 - 544)] ] 00 - 0 316 M3 /с
35 807-90
W Теоретически необходимый объем воздуха определяем
I по (1.28):
Ж V0 = 0,0478 [0,5 (СО + Н2) + 1,5H2S + 2СН4 Н 2 X
(т 4 n/4) CmHn — О.) = 0,0478-(2-98,9 + 3,5-0,3 +
.J+ 5-0,1 -I- 6,5-0,1) = 9,56 м3/м3.
w Расчетную подачу вентилятора находим по формуле
5'(2.53):
Ж	а о	л , л 'ч /х.в + 273	1,01-105
st	Qb— Pi Bp С (ccr Лат |- Aot-вп) —'	.	-	—
Z / <J	flfi
В = 1,1-0,316-9,56(1,1 —0,05 -ь 0,04)	=
273	98-103
=-4,1 м3 /с.
Мощность электродвигателя для привода вентилятора —
По формуле (2.54):
Мэ=- (р2Св//в/пэ) Ю0=-(1,1-4,1-2,1/61) 100= 15,5 кВт.
•л’ ’
Задача 2.91. Определить мощность электродвигателя для
11 вентилятора котельного агрегата, работающего на
г ле состава: С₽ — 41,6 %; Нр = 2,8 %; SS = 0,2 %,
,7 %; О₽ = 11,7 %; Л₽ = 10,0 %;	= 33,0 %,
эффициент запаса подачи [и = 1,1, расчетный рас-
лива Вр — 2,1 кг/с, коэффициент избытка воздуха
: а, = 1,25, присос воздуха в топочной камере
0,06, утечка воздуха в воздухоподогревателе Давп —
температура холодного воздуха, поступающего в
Т0Р. ^х.в — 20 СС, расчетный полный напор венти-
Нв = 1,9 кПа, коэффициент запаса мощности элек-
ателя (J2 = 1,1, эксплуатационный к. п. д. вентиля-
= 62 % и барометрическое давление воздуха йб =
)3 Па.
гт: NB3 = 43,8 кВт.
ча 2.92. Определить мощность электродвигателя для
1 вентилятора котельного агрегата паропроизводи-
тыо D = 13,9 кг/с, работающего на подмосковном
95
угле с низшей теплотой сгорания Q„ — 10 636 кДж/кг,
если температура топлива на входе в топку /т = 20 °C,
теплоемкость рабочей массы топлива с? = 2,1 кДж/(кг-К),
давление перегретого пара рп и = 4 МПа, температура пе-
регретого пара /п.п = 450 °C, температура питательной во-
ды tn в = 150 °C, к. п. д. котлоагрегата (брутто) г]кРа =
— 86 %; теоретически необходимый объем воздуха V0 =
= 2,98 м3/кг, коэффициент запаса подачи — 1,05, ко-
эффициент избытка воздуха в топке ат = 1,25, присос воз-
духа в топочной камере Дат = 0,05, утечка воздуха в воз-
духоподогревателе Дави = 0,04, температура холодного
воздуха, поступающего в вентилятор, /хв = 25 °C, расчет-
ный полный напор вентилятора /7В = 1,95 кПа, коэффи-
циент запаса мощности электродвигателя р2 = 1,1, экс-
плуатационный к. п. д. вентилятора ц® = 61 %, бароме-
трическое давление воздуха h6 = 98-Ю3 Па и потери теп-
лоты от механической неполноты сгорания топлива =
= 4 %.
Ответ: Л® = 60,3 кВт.
Задача 2.93. Определить расчетный полный напор вен-
тилятора котельного агрегата, работающего на фрезерном
торфе состава: Ср = 24,7 %; Нр = 2,6 %; SJJ = 0,1 %;
№=1,1%; Ор = 15,2 %; Ар = 6,3 %;	= 50,0 %,
если расчетный расход топлива Вп = 4,6 кг/с, коэффициент
запаса подачи pt = 1,05, коэффициент избытка воздуха в
топке ат = 1,25, присос воздуха в топочной камере Дат =
= 0,05, утечка воздуха в воздухоподогревателе Давп =
= 0,045, температура холодного воздуха, поступающего в
вентилятор, /хв = 20 °C, мощность электродвигателя для
привода вентилятора NB3 = 60 кВт, коэффициент запаса
мощности электродвигателя р2 = 1,1, эксплуатационный
к. п. д. вентилятора ц® = 60 % и барометрическое давление
воздуха h6 = 97-Ю3 Па.
Ответ: Нв = 1,96 кПа.
Задача 2.94. Определить расчетный полный напор вен-
тилятора котельного агрегата, работающего на буром угле
с низшей теплотой сгорания Qp = 15 800 кДж/кг, если
коэффициент запаса подачи рх = 1,05, условный расход
топлива = 1,45 кг/с, коэффициент избытка воздуха в топ-
ке <хт = 1,25, присос воздуха в топочной камере Дат =
= 0,05, теоретически необходимый объем воздуха У° =
= 4 м3/кг, утечка воздуха в воздухоподогревателе Давп ~-
96
Ж =0,04, температура холодного воздуха, поступающего в
Ж вентилятор, — 25 “С, мощность электродвигателя для
® привода вентилятора Л/, = 54 кВт, коэффициент запаса
I. мощности электродвигателя jJ2 — 1,1, эксплуатационный
5; к. п. д. вентилятора rj® = 61 %, барометрическое давление
I воз дух a h6 — 98-103 Па и потери теплоты от механической
: неполноты сгорания топлива = 5 %.
Ответ:	= 2,06 кПа.
Задача 2.95. Определить расчетную подачу дымососа
; котельного агрегата, работающего на природном газе со-
? става: СО2 = 0,2 %; СН4 = 97,9 %; С2Н4 = 0,1 %; N2 =
I = 1,8 %, если коэффициент запаса подачи 04 = 1,1, рас-
 четный расход топлива Вр = 0,32 кг/с, коэффициент из-
: бытка воздуха перед дымососом осд = 1,45, температура га-
е зов перед дымососом Од = 188 °C и барометрическое давле-
’ ние воздуха h6 = 97-10s Па.
Ответ: <2Д = 9 м3/с.
Задача 2.96. Определить расчетную подачу дымососа ко-
тельного агрегата паропроизводительностью/) = 13,9 кг/с,
% работающего на подмосковном угле состава: Ср — 28,7 %,
f-Н₽ = 2,2 %; 8д = 2,7 %; Np = 0,6 %; Ор = 8,6 %; Др =
= 25,2 %; W? = 32,0 %, если температура топлива на
‘ входе в топку tT = 20 °C, к. п. д. котлоагрегата (брутто)
т)к₽а = 88 %, давление перегретого пара ра.п = 4 МПа,
^температура перегретого пара /п.п= 450 °C, температура
Г питательной воды /дв = 140 °C, величина непрерывной
4 продувки Р = 3 %, коэффициент запаса подачи р4= 1,05,
t коэффициент избытка воздуха перед дымососом ад = 1,55,
Г Температура газов перед дымососом 0д = 180 °C, потери
^теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 =
^'== 4,5 % и барометрическое давление h6 = 98-103 Па.
Ответ: <2Д = 41,5 м3/с.
j Задача 2.97. Определить мощность электродвигателя для
(-привода дымососа котельного агрегата паропроизводитель-
<4. Звостью D — 9,73 кг/с, работающего на челябинском буром
% Угле состава: О’ = 37,3 %; Нр = 2,8 %; S£ = 1,0 %; Np =
0,9 %; Ор = 10,5 %; Др = 29,5 %; Гр = 18,0 %, ес-
температура топлива на входе в топку /т = 20 °C, дав-
«рвение перегретого пара рп П = 1,4 МПа, температура пере-
ЖГретого пара tan = 275 °C, температура питательной воды
Л^?п.в -- ЮО °C, к. п. д. котлоагрегата (брутто) т)к₽а = 86 %;
^(.«личина непрерывной продувки Р — 3 %, коэффициент
’ ^®апаса п0Дачи Pi = 1 -05, коэффициент избытка воздуха пе-
1 Зак 1088
ред дымососом ад =--- 1,6, температура газов перед дымосо-
сом 0д — 182 °C, расчетный полный напор дымососа Яд =
= - 2,2 кПа, коэффициент запаса мощности электродвигате-
ля Р2Ы, эксплуатационный к. и. д. дымососа т), = 65 %,
барометрическое давление воздуха /гб = 97-103 Па и поте-
ри теплоты от механической неполноты сгорания топлива
q4 = 4 %.
Р е ш е н и е: Низшую теплоту сгорания рабочей мас-
сы топлива определяем по формуле (1.12):
Q„ = 338СР + 1025НР — 108,5 (Op — S£) — 25FP =
= 338-37,3 + 1025-2,8 — 108,5 (10,5 — 1,0) — 25-18,0 =
— 13 542 кДж/кг.
Теплоемкость рабочей массы топлива находим по форму-
ле (2.5):
„	с	(100-ГР)	,	ГР
Ст	Ст	100	+	СНа °	100
= 1 088	+ 4,19 -^12- = 1,65 кДж / (кг • К) -
100	100
Физическую теплоту топлива определяем по формуле
(2-4):
Q-гл = с?/т = 1,65-20 = 33 кДж/кг.
Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):
Qp =	+ Q™ = 13 542 + 33 = 13 575 кДж/кг.
Натуральный расход топлива определяем по формуле
(2.25):
g _ Рпе lOn.n гп.в) + (Р / ЮО) (гк.в ‘п.в)] '00_
<?^Ра
= 9,73 [(2980 —419) +(3/100) (830 —419)] 100 = 2 06 КГ/с
13 575-86
Dne — D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.
Расчетный расход топлива находим по формуле (2.26):
Вр = В (1 — <74/100) = 2,06 (1 — 4/100) = 1,98 кг/с.
Теоретически необходимый объем воздуха — по форму-
ле (1.27):
V0 = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 ($р — Ор) = 0,089 X
X 37,3 + 0,266-2,8 + 0,033 (1,0 — 10,5) = 3,75 м3/кг.
Теоретический объем продуктов полного сгорания —
по формуле (1.36):
98
V? = 0,0187 (С?, -I- 0,375S£) + 0,79V° 4- 0,8№/100 4-
+ 0,0124 (9Hp + U7P) 4- 0,0161 V° = 0,0187 (37,3 + 0,375 x
Xl,0) 4-0,79-3,75 4- 0,8 • 0,9/100 4- 0,0124 (9 • 2,8 4- 18) 4-
4- 0,0161-3,75 = 4,26 м3/кг.
Расчетную подачу дымососа находим по формуле (2.55):
Од - Pi Вр 1V? + (ад -1) Vе]	==
л/о	ид
=-- 1,05-1,98 [4,26 4-(1,6— 1)375] -L82 + 273 ..-L121..'.1.05 =
'	273	97-Ю3
= 23,5 м3/с.
Мощность электродвигателя для привода дымососа —
/ по формуле (2.56):
:	(V* = (₽2(?дЯд/т]э) ЮО = (1,1-23,5-2,2/65) 100 = 88 кВт.
Задача 2.98. Определить мощность электродвигателя для
’ привода дымососа котельного агрегата, работающего на ма-
лосернистом мазуте состава: Ср = 84,65 %; Н₽ = 11,7 %;
S£ = 0,3 %; Ор = 0,3 %; Л₽ = 0,05 %; 1Г₽ = 3,0 %, ес-
ли коэффициент запаса подачи Pi = 1,05, расчетный расход
топлива Вр = 1,05 кг/с, коэффициент избытка воздуха пе-
ред дымососом ад = 1,5, температура газов перед дымосо-
сом Од = 195 °C, расчетный полный напор дымососа 7/д =
= 2,14 кПа, коэффициент запаса мощности электродвигате-
' ля р2 = 1,1, эксплуатационный к. п. д. дымососа ц? = 63 °/0
и барометрическое давление воздуха hB = 97-103 Па.
Ответ: Na3 = 122 кВт.
Задача 2.99. Определить расчетный полный напор дымо-
соса котельного агрегата, работающего на природном газе
состава: СО2 = 0,1 %;СН4 = 98 %;С2Нв = 0,4 %;С3Нв —
— 0,2 %; N2 = 1,3 %, если коэффициент запаса подачи
р4 = 1,1, расчетный расход топлива Вр = 1 кг/с, коэффи-
циент избытка воздуха перед дымососом ад = 1,45, темпера-
тура газов перед дымососом 0^= 177 °C, мощность электро-
двигателя для привода дымососа = 80 кВт, коэффициент
запаса мощности электродвигателя р2 = 1,1, эксплуатаци.
онный к.п.д. дымососа ц, = 62 % и барометрическое дав-
ление воздуха hB = 98-Ю3 Па.
Ответ: Ня = 1,62 кПа.
Задача 2.100. Определить расчетный полный напор ды-
мососа котельного агрегата, работающего на высокосерни-
стом мазуте состава: Ср — 83,0 %; Н₽ = 10,4 %; S., —
4*	99
= 2,8%; Op = 0,7 %; A p = 0,1 %; Гр = 3,0 %, если
коэффициент запаса подачи Pj = 1,05, условный расход
топлива Ву = 1,36 кг/с, коэффициент избытка воздуха пе-
ред дымососом ад -= 1,5, температура газов перед дымосо-
сом Од = 192 °C, мощность электродвигателя для привода
дымососа — 102 кВт, коэффициент запаса мощности
электродвигателя ₽2 = 1,1, эксплуатационный к. п. д. ды-
мососа т]э = 66 % и барометрическое давление воздуха
Лб = 97-Ю3 Па.
Ответ: Нд = 2 кПа.
Задача 2.101. Определить объем дымовых газов, проходя-
щих через дымовую трубу котельной, в которой установле-
ны два одинаковых котлоагрегата, работающих на донецком
угле марки Д состава: Ср — 49,3 %; Нр = 3,6 %; SJJ =
= 3,0 %; № = 1,0 %; Ор = 8,3 %; Лр = 21Д %; Гр =
= 13,0 %, если расчетный расход топлива Вр = 1,12 кг/с,
температура газов перед дымовой трубой #д.т = 185 °C,
коэффициент избытка воздуха перед трубой a„.T = 1,5 и
барометрическое давление воздуха h6 = 98-10® Па.
Ответ: Vr'T = 32,4 м3/с.
Задача 2.102. Определить диаметр, устья дымовой трубы
и объем газов, проходящих через дымовую трубу котельной,
в которой установлены три одинаковых котлоагрегата, ра-
ботающих на карагандинском угле марки К состава: Ср =
= 54,7 %; Нр = 3,3 %; S£ = 0,8 %; Np = 0,8 %; Ор =
= 4,8 %; Лр = 27,6 %; IFP = 8,0 %, если расчетный рас-
ход топлива вр = 2,1 кг/с, температура газов перед дымо-
вой трубой 0д т = 187 °C, коэффициент избытка воздуха
перед трубой aJ T = 1,5, скорость газов на выходе из тру-
бы т = 8,8 м/с и барометрическое давление воздуха h0 =
= 97-1О3 Па.
Ответ: с1я,т = 3,8 м; V?'T = 98,3 м3/с.
Задача 2.103. Определить высоту и диаметр устья дымо-
вой трубы котельной, в которой установлены два одинако-
вых котлоагрегата, работающих на малосернистом мазуте
состава: О’ = 84,65 %; Нр = 11,7 %; SS = 0,3 %; Ор =
= 0,3 %; Лр = 0,05 %; И7р = 3,0 %, если тяга, создавае-
мая трубой, S = 231 Па, расчетный расход топлива вр =
— 1,05 кг/с, температура газов перед дымовой трубой
г'}дт = 182 °C, коэффициент избытка воздуха перед трубой
ад.т = 1,5, средняя температура газов в трубе Оср = 187 °C,
температура окружающего воздуха /в = 20 °C, скорость
газов на выходе из трубы шд.т = 10 м/с, барометрическое
100
давление воздуха h6 = 97-103 Па и приведенная к нормаль-
ным условиям плотность воздуха рв = 1,205 кг/м3.
Решение: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.27):
V0 = 0,089С₽ 4- 0,266Нр 4- 0,033 (S£ — О₽) = 0,089 х
X 84,65 4- 0,266-11,7 4- 0,033 (0,3 — 0,3) = 10,62 м3/кг.
Теоретический объем продуктов полного сгорания —
по формуле (1.36):
V? = 0,0187 (С₽ 4- 0.375SS) 4- 0,79V0 4- 0,8Np/100 4-
4- 0,0124 (9Нр 4- UP) 4- 0,0161V0 = 0,0187 (84,65 4-
4- 0,375-0,3) 4- 0,79-10,62 4- 0,8/100 4- 0,0124 (9-11,7 4-
4- 3,0) 4- 0,0161-10,62 = 11,48 м3/кг.
Объем газов, проходящих через дымовую трубу, опреде-
ляем по формуле (2.57):
vr =nBplV?4-(afl.T-l)V°l йя,т+273 -	=
& ( О	flQ
= 2-1,05] 11,48 4-(1,5 — 1) 10,62] 182+273	105 =
v	273	97-Ю3
= 62,4 м3/с.
Приведенную к нормальным условиям плотность газа
находим по формуле (2.60):
pr = (1 — 0,01 Др 4- 1,3ад TV°)/V?’T = (1 — 0,01 X
X 0,05 4- 1,3-1,5-10,62)/62,4 = 0,33 кг/м3.
Высоту дымовой трубы определяем по формуле (2.59):
H = S /[273	----
/ [	V 2734-
= 231 / [273 f....1,205
/ [	^ 273 4-20
рг \	9,81/ig 1__
~273 4- ©ср / 1,01-105 J “
__	°-33	\ 9,8197-Ю3 I
2734-187 / 1,01-105 ]
= 26,5 м.
Диаметр ’ устья дымовой трубы находим по формуле
(2.58):
dJI.T = l,13]/‘vr7^T= 1,13 ]/Д2,4/10 = 2,8м.
Задача 2.104. Определить высоту дымовой трубы ко-
тельной, если тяга, создаваемая трубой, S = 192 Па, тем-
пература газов на входе в дымовую трубу #д.т = 180 °C,
температура газов на выходе из дымовой трубы Фд.т = 186 °C,
101
температура окружающего воздуха tB = 20 °C, приведен-
ная к нормальным условиям плотность газа рг 0,52 кг/м3,
приведенная к нормальным условиям плотность воздуха
рп = 1,205 кг/м3 и барометрическое давление воздуха
Лс - 98-103 Па.
Ответ: Н = 25 м.
§ 2.7. РАСЧЕТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ НА РАССЕИВАНИЕ
В АТМОСФЕРЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Расчет дымовой трубы на рассеивание в атмосфере за-
грязняющих веществ состоит в проверке высоты трубы на
рассеивание в атмосфере золы, оксидов азота и диоксида
серы SO2 (IV). Высота дымовой трубы должна обеспе-
чивать такое рассеивание загрязняющих веществ в атмосфе-
ре, при котором их концентрация у поверхности земли бу-
дет меньше предельно допускаемой санитарными норма-
ми. Предельно допускаемая концентрация (п. д. к.) не долж-
на превышать для золы и диоксида серы значения 0,5-10_8
кг/м3.
Концентрация загрязняющих веществ (кг/м3) у поверх-
ности земли определяется по формуле
С = 0,0014v====" + 2Сф,	(2.61)
Н- / уД-т д/
где А — коэффициент стратификации атмосферы,
С2/3• град'П; Л1 — масса загрязняющих веществ, выбрасы-
ваемых в атмосферу из дымовой трубы, кг/с; F — коэффи-
циент, учитывающий скорость осаждения загрязняющих ве-
ществ в атмосфере; т — коэффициент, учитывающий усло-
вие выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы;
И — высота дымовой трубы, м; V1} т — объем продуктов сго-
рания, проходящих через дымовую трубу, м3/с; А/ =
= ^д.т — tB — разность между температурой газов на вы-
ходе из дымовой трубы б-д.т и температурой окружающего
воздуха tB, °C; Сф — фоновая концентрация загрязняющих
веществ в атмосфере, кг/м3.
Масса золы (кг/с), выбрасываемой в атмосферу из дымо-
вой трубы
М = 0,01п8раунЛР,	(2.62)
где п — число котлоагрегатов, подсоединенных к трубе;
Вр — расчетный расход топлива, кг/с; аун — доля золы
топлива, уносимой дымовыми газами.
102
Масса диоксида серы (кг/с), выбрасываемого в атмосферу
из дымовой трубы:
Л4 = 0,01/1Др5р ~so’-,	(2.63)
Ms
где Mso2 = 64, Л4д= 32 — относительные молекулярные
массы диоксида серы и серы.
Задача 2.105. Определить концентрацию диоксида се-
ры у поверхности земли для котельной, в которой установ-
лены два одинаковых котлоагрегата, работающих на высоко-
сернистом мазуте состава: Ср == 83 %; Нр = 10,4 %; Sp —
= 2,8 %; Ор = 0,7 %; Др =0,1 %; №р = 3,0 %; если из-
вестны высота дымовой трубы И — 31 м, расчетный расход
топлива Bv = 0,525 кг/с, температура газов на входе в ды-
мовую трубу 0д.т = 180 °C, температура газов на выходе из
дымовой трубы Од,т = 186 °C, коэффициент избытка воз-
духа перед трубой ад т = 1,5, температура окружающего
воздуха ta = 20 °C, барометрическое давление воздуха
йб = 97 • 103 Па, коэффициент, учитывающий скорость
осаждения диоксида серы в атмосфере, F= 1,0, коэффициент,
учитывающий условие выхода продуктов сгорания газов из
устья дымовой трубы т — 0,9, коэффициент стратификации
атмосферы /1 = 120 с2/3• град'/3 и фоновая концентрация за-
грязнения атмосферы диоксидом серы Сф=0,03-10_в кг/м3.
Р е in е н и е: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.27):
V0 = 0,089Ср + 0,266 Нр + 0,033 (Sp — Ор) =
= 0,089-83 + 0,266-10,4 + 0,033 (2,8 — 0,7) = 10,2м3/кг.
Теоретический объем продуктов полного сгорания на-
ходим по формуле (1.36):
V? = 0,0187 (Ср 4- 0,375Sp)	0,79И° 4- 0,8Np/100 4-
4- 0,0124 (9Нр 4- Гр) + 0,0161V0 = 0,0187 (83 4- 0,375 X
X 2,8) + 0,79-10,2 4- 0,0124 (9-10,4 + 3,0) 4- 0,0161 X
X 10,2 = 10,99 м3/кг.
Объем дымовых газов проходящих через дымовую тру-
бу, определяем по формуле (2.57):
=	[И? 4-(ад т -1) И°] -1д-.т±273_.	=
г р	д'т '	273	Лс
= 2-0,525 110,99 4- (1,5 - 1) 10,2]'-71- 273 	=
v ’	273	97-10:‘
=29 м3/с.
103
Массу диоксида серы, выбрасываемого в атмосферу из
дымовой трубы, находим по формуле (2.63):
Л1 = 0,01нВп S₽ =0,01-2-0,525 X
X 2,8 — = 0,059 кг/с.
32
Концентрацию оксида серы у поверхности земли опреде-
ляем по формуле (2.61):
С = 0,001 ---- - + 2Сф = 0,001 —'.°-:.9 +
//2 ид.т д/	3]2 j/’29.166
+ 2-0,03-10-е = 0,45-10-6 кг/мз
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: О’ = 62,7 %; Н₽ =3,1 %; Sp =
= 2,8 % N₽ = 0,9 %; Op = 1,7 %;	= 23,8 %;	=
= 5,0 %, если известны высота дымовой трубы Н = 32 м,
расчетный расход топлива Вр = 0,35 кг/с, температура га-
зов на входе в дымовую трубу Од.т = 180 °C, температура
газов на выходе из дымовой трубы = 185 °C, коэффи-
циент избытка воздуха перед трубой ад.т = 1,7, температу-
ра окружающего воздуха tB = 20 °C, барометрическое дав-
ление воздуха h6 = 97-103 Па, коэффициент, учитывающий
скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F = 1,0,
коэффициент, учитывающий условие выхода продуктов сго-
рания из устья дымовой трубы, т = 0,9, коэффициент стра-
тификации атмосферы А = 120 с2/3 • град’Z3 и фоновая кон-
центрация загрязнения атмосферы диоксидом серы Сф=
= 0,03-10-в кг/м3.
Ответ-. С = 0,5- 10"е кг/м3.
Задача 2.107. Определить концентрацию золы у поверх-
ности земли для котельной, в которой установлены два оди-
наковых котлоагрегата, работающих иа кузнецком угле
марки Д состава: Ср = 58,7 %; Нр = 4,2 %; S₽ = 0,3 %;
Np 1,9 %; Op = 9,7 %;	= 13,2 %,	= 12,0 %,
если известны высота дымовой трубы Н = 32 м, расчетный
расход топлива Вр = 0,225 кг/с, температура газов на
входе в дымовую трубу Фд.т = 182 "С, температура газов
101
выходе из дымовой трубы = 188 СС, коэффициент,
Избытка воздуха перед трубой ад т = 1,75, температура ок-
ружающего воздуха /в = 20 °C, барометрическое давление
д^япуха /г0 = 97-103 Па, доля золы топлива, уносимой
St домовыми газами аун = 0,85, коэффициент, учитывающий
^‘екорость осаждения золы в атмосфере, F — 1,0, коэффи-
циент, учитывающий условие выхода продуктов сгорания из
стья дымовой трубы, т = 0,9, коэффициент стратифика-
-ции атмосферы А = 120 с2/3-град1/3 и фоновая концентра-
ция загрязнения атмосферы золой Сф = 0,02-10_6 кг/м3.
Ответ: С = 0,49-10-6 кг/м3.
Задача 2.108. Определить высоту дымовой трубы ко-
Ж тельной, в которой установлены три одинаковых котлоагре-
jfe-гата, работающих на донецком угле марки А состава:
0> = 63,8 %; Нр = 1,2 %; Sp = 1,7 %; Np = 0,6 %; Op =
1= 1,3 %; Ар = 22,9 %; IFP — 8,5 %, если известны рас-
четный расход топлива Вр = 0,63 кг/с, температура газов
на входе в дымовую трубу = 178 °C, температура га-
зов на выходе из дымовой трубы О’д.т = 184 °C, коэффициент
избытка воздуха перед трубой ад т = 1,7, температура ок-
ружающего воздуха /в = 20 °C, барометрическое давление
.воздуха h6 = 97-Ю3 Па, коэффициент, учитывающий ско-
рость осаждения диоксида серы в атмосфере, F = 1,0, ко-
эффициент, учитывающий условие выхода продуктов сгора-
ния из устья дымовой трубы, т = 0,9, коэффициент страти-
фикации атмосферы А = 120 с2/3-град1/3, фоновая концен-
трация загрязнения атмосферы диоксидом серы Сф = 0,03х
X 10'6 кг/м3 и п. д. к. диоксида серы у поверхности зем-
ли С — 0,5-10-6 кг/м3.
Ответ: Н = 30 м.
Задача 2.109. Определить высоту дымовой трубы котель-
ной, в которой установлены два одинаковых котлоагрегата,
работающих на ангренском угле марки Б2 состава: Ср =
=	39, 8%; Нр = 2,0 %; Sp	= 1,3	%;	№ = 0,2 %; Ор =
=	9,1 %, Ар = 13,1 %; 1ГР	= 34,5	%,	если известны рас-
г четный расход топлива Вр — 0,21 кг/с, температура газов
У	на	входе в дымовую трубу	Фд.,, =	179	°C, температура га-
I	зов на выходе из дымовой	трубы	= 183 °C, коэффи-
I циент избытка воздуха перед трубой ад.т = 1,75, темпера-
- тура окружающего воздуха tt = 20 °C, барометрическое
давление воздуха /гб = 97 • 103 Па, доля золы топлива, уно-
't симой дымовыми газами, аун = 0,85, коэффициент, учиты-
Д.т
вающий скорость осаждения золы в атмосфере, F = 1,0,
105
коэффициент, учитывающий условие выхода продуктов сго-
рания из устья дымовой трубы, т 0,9, коэффициент страти-
фикации атмосферы А = 120 с2/3-град!/3, фоновая концен-
трация загрязнения атмосферы золой Сф - 0,02-10~в
кг/м3 и п. д. к. золы у поверхности земли С = 0,5- 10~G кг/м3.
Ответ: Н = 34 м.
§ 2.8. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Для подогрева сетевой, сырой и химически очищенной
воды р котельных с водогрейными котлами применяются во-
доводяные теплообменники, а в котельных с паровыми кот-
лами — пароводяные теплообменники (подогреватели).
Водоводяные теплообменники. Количество теплоты
(кДж/с), воспринятой нагреваемой водой в теплообменнике,
определяется по формуле
Q = Г1Ср1 - t\) т) = (t'i - Л),	(2.64)
где Wi — расход нагревающей воды, кг/с; W2 — расход
нагреваемой воды, кг/с; ср1 и ср2 — средние массовые теп-
лоемкости нагревающей и нагреваемой воды при постоянном
давлении, кДж/(кг-К), Ли — температуры нагревающей
воды на входе и выходе, °C; Л и Л — температуры нагре-
ваемой воды на входе и выходе, °C; г] — коэффициент, учи-
тывающий потери теплоты теплообменником в окружающую
среду.
Поверхность нагрева (м2) теплообменника определяется
из уравнения теплопередачи
F = Q/(kMcp),	(2.65)
где k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К); Д/Ср—
средний температурный напор в теплообменнике, °C.
Средний температурный напор в прямоточном теплооб-
меннике
(2.66)
Д/ __
ср 2>3w;-w;-Qi
Средний температурный напор в противоточном теплооб-
меннике
г;
2’3‘ei(z; -w; ~Q]
(2-67)
106
Если (/| — /2) /(^i '— /2)	1,7, то средний температур-
ный напор в теплообменнике находится по формуле
/'	I' +1”
------"v-2-.	(2.68)
Пароводяные теплообменники. Количество теплоты
(кДж/с), воспринятой нагреваемой водой в теплообменнике,
определяется по формуле
Q' = D, (Г - (') n = W2cp2 (f2 - /2),	(2.69)
где Dj — расход нагревающего пара, кг/с; i" — энтальпия
нагревающего пара, кДж/кг; г» — энтальпия конденсата,
кДж/кг.
Поверхность нагрева (м2) теплообменника находится из
уравнения теплопередачи
F = Q7(Wcp).	(2.70)
Средний температурный напор как в прямоточном, так
А и в противоточном пароводяном теплообменнике
Р 2,3
где tn — температура нагревающего пара, °C.
Задача 2.110. Определить расход нагреваемой воды и
поверхность нагрева прямоточного водоводяного теплообмен-
ника, если известен расход нагревающей воды = 15 кг/с,
температура нагревающей воды на входе в теплообменник
t{ = 120°С, температура нагревающей воды на выходе из
теплообменника t'{ = 80 °C, температура нагреваемой воды
на входе в теплообменник t2 = 10 °C, температура нагревае-
мой воды на выходе из теплообменника t2 — 60 °C, коэффи-
циент теплопередачи k = 1,9 кВт/(м2-К) и коэффициент,
учитывающий потери теплоты теплообменником в окружаю-
щую среду, т] = 0,98.
Решение: Количество теплоты, воспринятой нагре-
ваемой водой в теплообменнике, определяем по формуле
(2.64):
Q = Wpi (/( — /'О П = 15-4,19 (120 — 80) 0,98 =
= 2463,7 кДж/с.
107
Расход нагреваемой воды в теплообменнике находим из
формулы (2.64):
U7, -----------------------------=11,8 кг /с.
cp2(z;-Q 4,19(60-10)
Средний температурный напор в прямоточном теплооб-
меннике определяем по формуле (2.66):
А'ср
(120—10)—(80 —60)
2,31g
120 — 10
80 — 60
90
------То = 53°С'
2’3 16 2Т
Поверхность нагрева теплообменника находим по фор-
муле (2.65):
F = Q/(kbtcv) = 2463,7/(1,9-53) = 24,5 м2.
Задача 2.111. Определить поверхность нагрева противо-
точного водоводяного теплообменника, если известны рас-
ход нагреваемой воды Ц/2 = 5 кг/с, температура нагреваю-
щей воды на входе в теплообменник t\ = 97 °C, температу-
ра нагревающей воды на выходе из теплообменника =
= 63 °C, температура нагреваемой воды на входе в теплооб-
менник /2 = 17 °C, температура нагреваемой воды на выхо-
де из теплообменника /г = 47 °C и коэффициент теплопере-
дачи k = 1,1 кВт/(м2-К).
Ответ-. F = 11,8 м2.
Задача 2.112. Определить расход нагревающего пара и
поверхность нагрева противоточного пароводяного тепло-
обменника, если известны расход нагреваемой воды W2 =
= 5,6 кг/с, давление нагревающего пара ра = 0,12 МПа,
температура нагревающего пара /п = 104 °C, энтальпия
конденсата i* = 436 кДж/кг, температура нагреваемой воды
на входе в теплообменник t'i = 12 °C, температура нагревае-
мой воды на выходе из теплообменника t2 — 42 °C, коэф-
фициент теплопередачи k = 1,05 кВт/(м2-К) и коэффициент,
учитывающий потери теплоты теплообменником в окружаю-
щую среду, ц = 0,97.
Ответ:	= 0,32 кг/с; F = 20,3 м2.
108
I’' Задача 2.113. Определить расход нагреваемой водь: и
j средний температурный напор в прямоточном пароводяном
. теплообменнике, если известны расход нагревающего пара
£ £>i = 1 кг/с, давление нагревающего пара рп 0,118 Л'..'1а,
У температура нагревающего пара /п — 104 °C, энтальпия
конденсата i* = 436 кДж/кг, температура нагреваемой во-
» ды на входе в теплообменник /2 = 10 °C, температура нагре-
» ваемой воды на выходе из теплообменника t'i = 36 'С и
£ коэффициент, учитывающий потери теплоты теплооб.менни-
ж" ком в окружающую среду, г] = 0,98.
Ж Ответ: F2 = 20,2 кг/с; Д/ср = 80 °C.
Ж Задача 2.114. Определить поверхность нагрева прямо-
Ж точного водоводяного теплообменника, если известны Pae-
s' ход нагревающей воды W1 = 2 кг/с, расход нагреваемой во-
R ды W2 = 2,28 кг/с, температура нагревающей воды на входе
® в теплообменник = 97 °C, температура нагреваемой воды
Ж на входе в теплообменник t‘2 = 17 °C, температура нагре-
Ж ваемой воды на выходе из теплообменника = 47 °C,
Ж коэффициент теплопередачи k = 0,95 кВт/(м2-К) и коэф-
Sb фициент, учитывающий потери теплоты теплообменником в
Ж окружающую среду, т) = 0,97.
Ж Ответ: F = 7,6 м2.
W § 2.9. ПИТАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
к Питательные устройства предназначены для подачи во-
V ды в котлы и перемещения ее по трубопроводам. Питатель-
S- ные устройства состоят из насосов, питательных и конденсат-
Кных баков и трубопроводов.
Ж Питательные насосы. Расчетная производительность пи-
«тательного насоса (м3/с) определяется по формуле
(2.72)
Жгде £)тах — максимальная паропроизводительность котель-
> Ной, кг/с; р — плотность воды, кг/м3;.	— коэффициент
С запаса по паропроизводительности котельной.
Ж Расчетный напор (Па) питательного насоса
Ж
В Яп.„ = ₽2(Рк + Яс«).	(2.73)
Ж Где рк — давление в барабане котла, равное давлению, на ко-
Торое отрегулирован предохранительный клапан, Па; Нсвт —
ff сопротивление всасывающего и нагнетательного трубопрово-
Т.Дов, Па; 02 — коэффициент запаса по напору.
|	109
Ж; Qn.u Pi
Мощность (кВт) электродвигателя для привода питатель-
ного насоса
М',л' ^п.п/Пк.и) >0“3.	(2.74)
где Ли.н — к. п- Д- питательного насоса.
Задача 2.115. Определить расчетную производитель-
ность и расчетный напор питательного насоса для котель-
ной с максимальной паропроизводительностью DmaX =
= 5,56 кг/с, если известны давление в барабане котла рк =
— 1,4 МПа, плотность воды р = 958 кг/м3, сопротивление
всасывающего и нагнетательного трубопроводов /7Сет —
= 0,2 МПа, коэффициент запаса по паропроизводительно-
сти котельной pL = 1,2 и коэффициент запаса по напору
₽а=1,1.
Ответ: Q„.„ = 7-10~3 м3/с; /7ПН — 1,76 МПа.
Задача 2.116. Определить мощность электродвигателя
для привода питательного насоса для котельной с макси-
мальной паропроизводительностью DmaX = 8,34 кг/с, если
известны давление в барабане котла рк ~ 2,4 МПа, темпе-
ратура перекачиваемой воды /п в = 100 °C, сопротивление
всасывающего и нагнетательного трубопроводов //сет =
== 0,2 МПа, коэффициент запаса по паропроизводительно-
сти котельной = 1,2, коэффициент запаса по напору
р2 = 1,1 и к. п. д. питательного насоса г] п.„ = 0,8.
Решение: Расчетную производительность питатель-
ного насоса определяем по формуле (2.72):
Qu.H = Pi^max/p = 1,2-8,34/958 = 10,4-10-3 м3/с.
Расчетный напор питательного насоса находим по форму-
ле (2.73):
Яп.н = Ра (Рк + Нсет) =1,1 (2,4 + 0,2) = 2,86 МПа.
Мощность электродвигателя для привода питательного
насоса определяем по формуле (2.74):
дгп.к	10_3 = 10,4-10 ~ 3-2,86-10° 1Q_3 =
э	Нп.н	0,8
= 37,2 кВт.
Задача 2.117. Определить расчетную производитель-
ность и расчетный иапор питательного насоса котельной,
если известны давление в барабане котла рк = 3,6 МПа,
сопротивление всасывающего и нагнетательного трубопро-
110
водов Нсет = 0,2 МПа, коэффициент запаса по напору
02 = 1,1, мощность электродвигателя для привода питатель-
ного насоса Nn3H — 100 кВт и к. п. д. питательного насоса
*|п.„ = 0-75.
Ответ: Qn „ = 1,8-102 м3/с; Наа — 4,2 МПа.
Задача 2.118. Определить мощность электродвигателя
для привода питательного насоса для котельной с макси-
мальной паропроизводительностью DmaX — 1,8 кг/с, если
известны давление в барабане котла рк = 2,4 МПа, плот-
ность воды р = 958 кг/м3, сопротивление всасывающего
и нагнетательного трубопроводов //сет = 0,15 МПа, коэффи-
циент запаса по паропроизводительности котельной ==
= 1,2, коэффициент запаса по напору = 1,1 и к. п. д.
питательного насоса т)п.н = 0,74.
Ответ: М° н = 8,5 кВт.
§ 2.10.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОДУВКИ И РАСЧЕТ
РАСШИРИТЕЛЯ (СЕПАРАТОРА) НЕПРЕРЫВНОЙ
ПРОДУВКИ
Непрерывная продувка паровых котлоагрегатов осущест-
вляется для поддержания в допустимых пределах концентра-
ции солей в котловой воде и получения пара надлежащей чи-
стоты.
Величина непрерывной продувки выражается в процен-
тах от паропроизводительности котельного агрегата, т. е.
Р = (Гпр/£>) 100,	(2.75)
где D — паропроизводительность котельного агрегата, кг/с
IT пр — количество продувочной воды, кг/с.
Количество (кг/с) продувочной воды определяется из
уравнения солевого баланса котлоагрегата по формуле
Wnp = D-r-^f-.	(2-76)
•^пр — ‘Эп.В
где $п.„ Snp— соответственно солесодержание питатель-
ной воды и продувочной воды, кг/кг.
Количество пара (кг/с), выделяющегося из продувочной
воды, определяется из уравнения теплового баланса расши-
рителя по формуле
ш
где i'i — энтальпия продувочной воды при давлении в
котле, кДж/кг; ii — энтальпия воды при давлении в расши-
рителе, кДж/кг; z’n — энтальпия пара при давлении в расши-
рителе, кДж/кг; х — степень сухости пара, выходящего из
расширителя.
Расход воды (кг/с) на выходе из расширителя
Гр=Гпр-Ор.	(2.78)
Задача 2.119. Определить величину непрерывной про-
дувки и расход воды на выходе из расширителя непрерыв-
ной продувки котельного агрегата паропроизводительно-
стью D — 5,56 кг/с, если давление в котле р1 = 1,37 МПа,
давление в расширителе р2 = 0,118 МПа, степень сухости
пара, выходящего из расширителя, х = 0,98, солесодержа-
ние питательной воды Sn.B = 8,75-10~5 кг/кг и солесодер-
жание продувочной воды Snp — 3-10~3 кг/кг.
Решение: Количество продувочной вод1ы определя-
ем по формуле (2.76):
№ПР = Я
Sn.B = 5 56	8,75-10-5
Snp-- Sn.B	’	3-10-3—8,75-Ю-5
= 0,167 КГ /С.
Величину непрерывной продувки находим по формуле
(2.75):
Р = (ГпР/£>) ЮО = (0,167/5,56) 100 = 3 %.
Пользуясь табл. 2 (см. Приложение), находим энталь-
пию продувочной воды i'i = 825 кДж/кг, энтальпию воды
12 = 436 кДж/кг и энтальпию пара 1”„ = 2680 кДж/кг.
Количество пара, выделяющегося из продувочной воды,
определяем по формуле (2.77):

^11Р(Ч -Q
*(‘п -‘2)
0,167 (825—436)
0,98 (2680—436)
= 0,03 кг /С.
Расход воды на выходе из расширителя непрерывной
продувки находим по формуле (2.78):
Ъ = Wпр — £>р = 0,167 — 0,03 = 0,137 кг/с.
Задача 2.120. Определить величину непрерывной про-
дувки и количество пара, выделяющегося из продувочной во-
ды в расширителе непрерывной продувки котельного агре-
гата паропроизводительностью D — 4.16 кг/с. если давле-
112
ние в котле рг — 1,37 МПа, давление в расширителе ра =
- = 0,12 МПа, степень сухости пара, выходящего из расши-
рителя, х = 0,98, солесодержание питательной воды
Sn.B = 9-10“5 кг/кг и солесодержание продувочной воды
г S„p =3,1-10_3 кг/кг.
;; Ответ: Р = 3 %; £>р = 0,02 кг/с.
4'; Задача 2.121. Определить количество продувочной воды
t и расход воды на выходе из расширителя непрерывной про-
ж дувки котельного агрегата паропроизводительностью D =
Ж = 6,9 кг/с, если величина непрерывной продувки Р = 4 %;
Ж энтальпия продувочной воды и = 836 кДж/кг, давление в
ж расширителе р2 = 0,12 МПа и степень сухости пара, вы-
s' ходящего из расширителя, х — 0,98.
* Ответ: VTnp = 0,276 кг/с; VTP = 0,226 кг/с.
t ГЛАВА 3
\	ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ
•	§ 3.1. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ
| Паровая турбина является двигателем, в котором по-
Йгенциальная энергия пара превращается в кинетическую,
Ьа последняя, в свою очередь, преобразуется в механичес-
Екую -энергию вращения вала.
|. Ступени турбины по действию пара на рабочие лопатки
|.подразделяются на активные и реактивные.
к,- Ступени турбины, у которых расширение пара происхо-
дит только в неподвижных соплах до вступления его на ра-
йючие лопатки, называются активными.
» Ступени турбины, у которых расширение пара соверша-
ется не только в неподвижных соплах, но и в каналах между
^рабочими лопатками, называются реактивными.
Г' Действительная скорость (м/с) истечения пара из сопл
^определяется по формуле
К-' С1 = 44,7Ф У'(10 -ij (1 - р) + Со/2000 ,	(3.1)
ЖДе <р = 0,93 ... 0,98 — скоростной коэффициент сопла;
Ко и 4 — энтальпия пара на входе и выходе из сопла,
|ЦДж/кг; р — степень реактивности ступени; с0 — началь-
ная скорость пара перед соплом, м/с.
К	113
Если начальная скорость пара перед соплом (с0) невели-
ка, то ею можно пренебречь, тогда действительная скорость
(м/с) истечения пара из сопл
= 44,7<р К0о—»i) (1 ~Р)-	(3-2)
Степенью реактивности ступени называется отношение
располагаемого теплоперепада на рабочих лопатках h2
к располагаемому теплоперепаду ступени h0 =	+ h2
(где hx — располагаемый теплоперепад в соплах), т. е.
р = h2/(hi + h2).	. (3.3)
Окружная скорость (м/с) на середине лопатки
и = ndnldQ,	(3.4)
где d — средний диаметр ступени, м; п — частота вращения
вала турбины, об/мин.
Относительная скорость (м/с) входа пара на лопатки

(3.5)
где 04 — угол наклона сопла к плоскости диска или угол
между вектором скорости и плоскостью диска.
Относительная скорость (м/с) выхода пара из канала меж-
ду рабочими лопатками в активной ступени при р = 0 оп-
ределяется по формуле
w2 — фа?!,	(3.6)
где ф = 0,86 ... 0,95 — скоростной коэффициент лопаток.
Относительная скорость (м/с) выхода пара из канала
между рабочими лопатками в реактивной и активной
ступенях при р> 0 находится по формуле
ш2 = 44,7ф V p/i0 + (а4/44,7)2 =
= 44,7ф/ р (i0_tl) 4-(аУ1/44,7)2 .
(3-7)
Абсолютная скорость (м/с) выхода пара из канала меж-
ду рабочими лопатками
С2 = Vи'г + и2 — 2w2 и cos р2 ,
(3.8)
114
где Р-2 — угол выхода пара из рабочей лопатки, значение его
выбирают обычно, пользуясь соотношением 69 = R __________
— (2 4- 10°).
Угол р! входа пара на рабочую лопатку находится по
соотношению, которое выводится из треугольника скоро-
стей:
tg ₽i = ci sin «,/(<?! cos — и).	(3.9)
Угол а2 наклона абсолютной скорости выхода пара из
канала между рабочими лопатками определяется по соот-
ношению, которое выводится из треугольника скоростей
cos а2 = (w2 cos 02 — и)/с2.	(3.10)
Работа 1 кг пара на лопатках ступени (кДж/кг)
L — и (с, cos &i + с2 cos а2)	= и (wt cos 0! +
+ w2 cos 02).	(3.11)
Задача 3.1. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 3 МПа и температурой t0 — 450 °C расширя-
ется. Определить давление, температуру и действительную
скорость пара на выходе из сопла, если скоростной коэф-
фициент сопла <р = 0,95 и энтальпия пара на выходе из
сопла ir — 3150 кДж/кг.
Решение: Находим на is-диаграмме (рис. 3.1)* точ-
ку О, характеризующую начальное состояние пара. Энталь-
пия пара при заданных начальных параметрах пара р0
и t„ равна in = 3350 кДж/кг. Проведя из точки О адиабату
до пересечения с энтальпией г, = 3150 кДж/кг, определяем
давление рг = 1,6 МПа и температуру = 350 °C.
Действительную скорость пара на выходе из сопла на-
ходим по формуле (3.2):
Ci = 44,7<р K(i0— ii) =-- 44,7-0,95 К(3350 —3150) =
— 600 м/с.
Задача 3.2. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р„ = 1,9 МПа и температурой t0 = 380 °C расширя-
ется до р2 = 1,3 МПа. Определить степень реактивности
ступени, если располагаемый теплоперепад на рабочих ло-
патках h2 — 48 кДж/кг.
Ответ: р = 0,48.
* Полностью диаграмма приведена на вкладке.
115
Задача 3.3. Определить степень реактивности ступени,
если располагаемый теплоперепад в ступени /х0120 кДж/кг,
скоростной коэффициент сопла <р = 0,96 и действительная
скорость истечения пара из сопл ct — 335 м/с.
Ответ: р = 0,49.
Задача 3.4. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 2,8 МПа и температурой t0 — 400 °C расширя-
ется до р, = 1,7 МПа. Определить действительную ско-
рость истечения пара из
сопл, если скоростной ко-
эффициент сопла <р = 0,97.
Ответ: с} = 522 м/с.
Задача 3.5. В активной
ступени пар с начальным
давлением р0 = 1,2 МПа и
температурой t0 = 300 °C
расширяется до рг = 0,7
МПа. Определить действи-
тельную скорость истече-
ния пара из сопл, если ско-
ростной коэффициент сопла
<р = 0,96 и начальная ско-
рость пара перед соплом
с0 = 150 м/с.
Ответ:	= 515 м/с.
Задача 3.6. В активной
ступени пар с начальным
давлением р0—2 МПа и температурой /о=35О°С расширя-
ется до рх = 1,5 МПа. Определить действительную ско-
рость истечения пара из сопл, если скоростной коэффициент
сопла ц> = 0,95, начальная скорость пара перед соплом
с0 = 140 м/с и степень реактивности ступени р = 0,15.
Ответ: с, = 375 м/с.
Задача 3.7. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 1,6 МПа и температурой t„ = 450 °C расши-
ряется до р2 = 1 МПа. Определить действительную ско-
рость истечения пара из сопл, если скоростной коэффи-
циент сопла <р = 0,95 и степень реактивности ступени
р = 0,5.
Ответ: сх = 368 м/с.
Задача 3.8. В активной ступени пар с начальным давле-
нием ра = 2,4 МПа и температурой tn = 400 °C расширя-
ется до р^ = 1,7 МПа. Определить окружную скорость на
середине лопатки, если скоростной коэффициент сопла
116
ж
Ф — 0,965 и отношение окружной скорости на середине ло-
патки к действительной скорости истечения пара из сопл
и/С1 = 0,445.
Ответ: и — 192 м/с.
Задача 3.9. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 2,8 МПа и температурой t0 = 380 °C расши-
ряется до Pi = 1,6 МПа. Определить действительную ско-
рость истечения пара из сопл и окружную скорость на се-
s. редине лопатки, если скорост-
ям ной коэффициент сопла ф=0,96,
Ц. средний диаметр ступени d~l м
W и частота вращения вала турби-
® ны л = 50 об/с.
I®	Ответ:	532 м/с; и —
= 157 м/с.
Задача 3.10. В реактивной
ступени пар с начальным давле-
нием р0 = 3 МПа и температурой
t0 = 390 °C расширяется до
р2 = 1,7 МПа. Определить дей-
ствительную скорость истечения
пара из сопл и окружную ско-
рость на середине лопатки, если
скоростной коэффициент сопла
Ф = 0,965; степень реактивности
ступени р = 0,5 и отношение
окружной скорости на середине
лопатки к действительной ско-
рости истечения пара из сопл
Ответ: сх — 371 м/с; « = 167 м/с.
Задача 3.11. В активной ступени пар с начальным дав-
< лением р0 = 3 МПа и температурой /0 = 450 °C расширяет-
1| ся до Dj = 1,6 МПа. Определить действительную скорость
истечения пара из сопл, окружную скорость на середине
лопатки и относительную скорость входа пара на лопат-
ки, если скоростной коэффициент сопла ф = 0,96, угол на-
клона сопла к плоскости диска cq = 16°, средний диаметр
ступени d = 0,9 м, частота вращения вала турбины п —
= 3000 об/мин, начальная скорость пара перед соплом
с0 = 150 м/с и степень реактивности ступени р = 0,12.
Решение: Находим на 15-диаграмме (рис. 3.2) на-
чальную энтальпию пара i0 и энтальпию пара в конце ади-
абатного расширения. Энтальпия пара t0 при заданных на-
чальных параметрах пара р0 и t0 равна 10 = 3350 кДж/кг,
u/c-l = 0,45.
ж
1
117
а энтальпия пара после адиабатного расширения пара до
Pj = 1,6 МПа равна ir = 3150 кДж/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.1):
С1= 44,7<р KGo-ii) (1 —Р) -bcg/2000
= 44,7• 0,96 1/(3350—3150) (1 —0,12) + 1502/2000=
— 588 м/с.
Окружную скорость на середине лопатки находим по фор-
муле (3.4):
и = ndn/60 = 3,14-0,9-3000/60 = 141 м/с.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
wl=]/r Cj-j~u2-—2cj и cos «j =
= )/5882+ 1412—2-588- 141 • 0,961 = 454 м/с.
Задача 3.12. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 1,6 МПа и температурой ta = 300 °C расширя-
ется до р2 = 1 МПа. Определить действительную скорость
истечения пара из сопл, окружную скорость на середине
лопатки и относительную скорость входа пара на лопатки,
если скоростной коэффициент сопла ср = 0,94, угол накло-
на сопла к плоскости диска аг = 18 °, средний диаметр сту-
пени d = 0,95 м, частота вращения вала турбины п =
= 3600 об/мин и степень реактивности ступени р = 0,5.
Ответ'. сл -- 312 м/с; и = 179 м/с; = 152 м/с.
Задача 3.13. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р„ 2,8 МПа и температурой /0 = 400 °C расширя-
ется до pj =•- 1,7 МПа. Определить относительную ско-
рость выхода пара из канала между рабочими лопатками,
если скоростной коэффициент сопла <р = 0,955, скоростной
коэффициент лопаток ф = 0,87, угол наклона сопла к пло-
скости диска aj 18° и отношение окружной скорости на
середине лопатки к действительной скорости истечения па-
ра из сопл ик\= 0,44.
Ответ: w2 = 265 м/с.
Задача 3.14. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 2 МПа и температурой /0 = 350 °C расширя-
ется до р2 = 1,4 МПа. Определить относительную скорость
118
' выхода пара из канала между рабочими лопатками, если
: скоростной коэффициент сопла <р --- 0,96, окружная ско-
• рость на середине лопатки и — 170 м/с, угол наклона сопла
к плоскости диска оу = 17°, скоростной коэффициент лопа-
ток ф = 0,88 и степень реактивности ступени р = 0,45.
Ответ: w2 = 294 м/с.
Задача 3.15. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 1,6 МПа и температурой /0 = 450 °C расши-
' ряется до рц = 1 МПа. Определить абсолютную скорость
V'выхода пара из канала между рабочими лопатками, если
- скоростной коэффициент сопла ср = 0,945, скоростной ко-
эффициент лопаток ф = 0,87, угол наклона сопла к пло-
скости диска а1=18°, угол выхода пара из рабочей лопатки
 р2 = ,23° и отношение окружной скорости на середине ло-
1 патки к действительной скорости истечения пара из сопл
ufcx = 0,45.
А Ответ: с2 = 104,5 м/с.
V. Задача 3.16. В активной ступени пар с начальным дав-
< лением р0 = З.МПа и температурой ta = 450 °C расширяет-
ся до /?! = 1,8 МПа. Определить абсолютную скорость вы-
хода пара из канала между рабочими лопатками, если ско-
\ ростной коэффициент сопла ср =0,95, угол наклона сопла к
v. плоскости диска 04 = 17°, скоростной коэффициент лопа-
Л ток ф = 0,88, средний диаметр ступени d = 0,95 м, частота
у вращения вала турбины п = 50 об/с, угол выхода пара из
рабочей лопатки Р3 = Pj = 3° и начальная скорость пара
* перед соплом с0 = 150 м/с.
Ответ: с2 = 235 м/с.
Задача 3.17. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 2,4 МПа и температурой tn = 360 °C расширя-
ется до р2 = 1,6 МПа. Определить абсолютную скорость
Выхода пара из канала между рабочими лопатками, если ско-
V ростной коэффициент сопла q> = 0,96, отношение окружной
. скорости на середине лопатки к действительной скорости
истечения пара из сопл п/су = 0,45, относительная скорость
выхода пара из канала между рабочими лопатками w2 =
= 350 мФ, угол выхода пара из рабочей лопатки [32 = 2Г30'
и степень реактивности ступени р = 0,48.
Ответ: с2 = 221 м/с.
Задача 3.18. В активной ступени пар с начальным давле-
нием р0=3 МПа и температурой /о - 400 °C расширяется
До/у =1,7 МПа. Определить относительную и абсолютную
скорости выхода пара из канала между рабочими лопат-
ками, если скоростной коэффициент сопла q> = 0,94, ско-
119

ростной коэффициент лопа-
ток ф = 0,88, угол наклона
сопла к плоскости диска
ах = 16°, средний диаметр
ступени d = 1 м, частота
вращения вала турбины
п = 3000 об/мин, угол вы-
хода пара из рабочей лопат-
ки равен углу входа пара
на рабочую лопатку P2=Pi
и начальная скорость пара
перед соплом с0= 155 м/с.
Решение: Находим
на ts-диаграмме (рис. 3.3)
начальную энтальпию пара
i0 = 3235 кДж/кг и энталь-
пию пара в конце адиа-
батного расширения =
= 3080 кДж/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.1):
С1 = 44,7<pK(io- ii) + cS/2000 =
= 44,7-0,94 И (3235 — 3080) + 1552/2000 =543 м/с.
Окружную скорость на середине лопатки — по форму-
ле (3.4):
и = ndn/60 = 3,14-1-3000/60 = 157 м/с.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
с2 + и2—2cj и cos =
= /5432 + 1572—2-543-157-0,961 =395 м/с.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.6):
ьа2 =	= 0,88-395 = 348 м/с.
Угол входа пара на рабочую лопатку — из соотноше-
ния (3.9):
tg Pj = 6?! sin «1/(6?! cos — и) — 543 0,276/(543 X
X 0,961 — 157) = 0,411, p, = 22°20'.
120
Угол выхода пара из рабочей лопатки
= рх = 22°20'.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
чими лопатками — по формуле (3.8):
с2 = wl + u2 — 2w2 и cos 02 =
= у3482 4- 1572 — 2-348-157-0,925 = 212 м/с.
Задача 3.19. В активной сту*
ни пар с начальным давлением
= 2 МПа и температурой
== 350 °C расширяется до рх~
1,5 МПа. Определить относи-
дьную и абсолютную скорости
[хода пара из канала между
бочими лопатками, если ско-
•стной коэффициент сопла
= 0,945, скоростной коэффи-
1еит лопаток ф = 0,9, угол
клона сопла к плоскости диска
= 16°, отношение окружной
орости на середине лопатки к
йствительной скорости истече-
1Я пара из сопл и/<\ = 0,45,
ол входа пара на рабочую ло-
жу 0! = 23° и угол выхода
ра из рабочей лопатки 02 = 01 — 3°.
Ответ: w2 = 188 м/с; с2 = 66,5 м/с.
Задача 3.20. В активной ступени пар с начальным дав-
:нием рп = 3,5 МПа и температурой /0 = 410 °C расширя-
ся до р! = 2,2 МПа. Построить треугольники скоростей,
ли скоростной коэффициент сопла <р = 0,95, скоростной
еффициент лопаток ф = 0,87, угол наклона сопла к пло-
:ости диска а± = 15°, отношение окружной скорости на
редине лопатки к действительной скорости истечения пара
: сопл и/сх= 0,43 и угол выхода пара из рабочей лопатки
= 0л — 2°30'.
Р'е ш е н и е: Находим на is-диаграмме (рис. 3.4) на-
льную энтальпию пара i0 = 3250 кДж/кг и энтальпию па-
в конце адиабатного расширения 1\ = 3115 кДж/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
яем по формуле (3.2):
Ci = 44,7ср j/f,,—ij = 44,7-0,95	3250—3115 =
= 493 м/с.
121
Окружную скорость на середине лопатки находим из со-
отношения u/ci = 0,43:
и = 0,43-q = 0,43-493 = 212 м/с.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
= ]/ cl + и2—2с1 и cos ах =
]<4932 + 212г—2 493• 212 • 0,966 = 293 м/с.
Рис. 3.5
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.6):
w2 = ф®! = 0,87-293 = 255 м/с.
Угол входа пара на рабочую лопатку — из соотношения
(3-9):
tg Pi — ci sin а1/(с1 cos «1 — и) — 493-0,259/(493 X
X 0,966 — 212) = 0,481, рх = 25°40'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки
р2 = ₽! — 2°30' = 25°40' — 2°30' = 23°10'.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
бочими лопатками — по формуле (3.8):
С2 == "J/^ЦУ2 + и2— 2w2 и COS Рг =
== |У2552 + 2122— 2-255-212-0,919 = 103 м/с.
Угол наклона абсолютной скорости выхода пара из ка-
нала между рабочими лопатками — из соотношения (3.10):
cos а2 = (w2 cos р2 — u)/c2 = (255 • 0,919 — 212)7103 =
= 0,213; а2 = 77°40'.
Треугольники скоростей, построенные на основании этих
расчетов, приведены на рис. 3.5.
Задача 3.21. В активной ступени пар с начальным дав-
лением рР = 2,4 МПа и температурой tu — 390 °C расши-
122
р'ряется до Pi 1,3 МПа.Построить треугольники скоростей
и определить относительную и абсолютную скорости выхо-
да пара из канала между рабочими лопатками, если скорост-
ной коэффициент сопла ср — 0,96, скоростной коэффициент
• допаток ф — 0,88, угол наклона сопла к плоскости диска
- «1 = 16°, средний диаметр ступени d = 1 м, частота враще-
--ния вала турбины п =~- 3600 об/мин, угол входа пара на ра-
« бочую лопатку Pi = 22° и угол выхода пара из рабочей ло-
патки р2 = р, — 2 .
Ответ: ш2 -= 352 м/с;
с2 = 186 м/с.
/• Задача 3.22. В реактив-
ной ступени пар с началь-
; ным давлением р0 = 2,6
МПа и температурой t0 =
г-л =470 °C расширяется до
р2 = 1>9 МПа. Построить
• треугольники скоростей,
если скоростной коэффи-
циент сопла ср = 0,965,
скоростной коэффициент
лопаток ф = 0,88, угол
наклона сопла к плоскости
 диска cxj = 16°, отношение
• окружной скорости на се-
 редине лопатки к действи-
тельной скорости истечения
пара из сопл и/сг — 0,44,
угол выхода пара из рабо-
чей лопатки р2 = Pi — 2°30
пени р = 0,5.
и степень реактивности сту-
Решение: Находим на «-диаграмме (рис. 3.6) на-
чальную энтальпию пара i0 = 3400 кДж/кг и энтальпию па-
ра в конце адиабатного расширения = 3290 кДж/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.2):
И =44,7cp/(i0—ij (1 — р) =
= 44,7-0,965 V (3400—3290) (1 —0,5) =320 м/с.
Окружную скорость на середине лопатки — из соотно-
шения и/сх = 0,44:
и = 0,44^ = 0,44-320 = 141 м/с.
123
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
;= У + w2 — 2q и cos =
= ]/3202+ 1412—2-320-141-0,961 = 188 м/с.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
= 44,7ф Ур (i0—1\) (а\/44,7)2 =
= 44,7 - 0,88 КО,5 (3400— 3290) + (188/44,7)^= 335 м/с
Угол входа пара на рабочую лопатку — из соотношения
(3.9):
tg Pi = ci sin cos ai — и) ~ 320-0,276/(320 X
X 0,961 — 141) = 0,530; 0! = 27°50'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки
02 = 0! — 2°30' = 27°50' — 2°30' = 25°20'.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
бочими лопатками находим по формуле (3.8):
С2 = У W2 + и2 — 2ьу2 и cos 02 =
= J/3352 + 1412 — 2-335-141-0,904 = 2 1 6 м/с.
Угол наклона абсолютной скорости выхода пара из ка-
нала между рабочими лопатками — по (3.10):
cos а2 == (w2 cos 02 — и)/с2 = (335-0,904 — 141)/216 =
= 0,749; а2 = 41°30'.
Треугольники скоростей, построенные на основании рас-
четов, приведены на рис. 3.7.
Задача 3.23. Определить работу 1 кг пара на лопатках в
активной ступени, если угол наклона сопла к плоскости дис-
ка = 14°, средний диаметр ступени d — 0,9 м, частота
вращения вала турбины п = 3600 об/мин, отношение ок-
ружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости истечения пара из сопл u/cj = 0,44, относитель-
ная скорость выхода пара из канала между рабочими лопат-
ками w2 = 210 м/с, угол выхода пара из рабочей лопатки
02 = 21° и угол наклона абсолютной скорости выхода пара
из канала между рабочими лопатками а2 = 72°.
Ответ: L = 68 кДж/кг.
12 4
Задача 3.24. В активной ступени пар с начальным дав-
шем Ро -- 1,6 МПа и температурой t0 = 450 °C расширя-
ц до Pi — 1 МПа. Определить работу 1 кг пара на лопат-
I, если скоростной коэффициент сопла ср = 0,955, ско-
тной коэффициент лопаток ф = 0,9, угол наклона con-
ic плоскости диска = 17°, отношение окружной ско-
ти на середине лопатки к действительной скорости исте-
йя пара из сопл и/сх = 0,435, угол входа пара на рабо-
э лопатку Pj = 24° и угол выхода пара из рабочей лопат-
₽, = Pi - 2°30'.
Ответ-. L = 122,3 кДж/кг.
Задача 3.25. Определить работу 1 кг пара на лопатках
реактивной ступени, если располагаемый теплоперепад
гупени h0 = 256 кДж/кг, скоростной коэффициент сопла
= 0,95, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,88, угол
;лона сопла к плоскости диска = 16°, средний диаметр
пени d — 1 м, частота вращения вала турбины п =
Г3600 об/мин, угол выхода пара из рабочей лопатки р2 =
20° и степень реактивности ступени р = 0,5.
Ответ: L = 128,4 кДж/кг.
 Задача 3.26. Определить работу 1 кг пара на лопатках
/реактивной ступени, если располагаемый теплоперепад
Ступени /г0 = 210 кДж/кг, скоростной коэффициент сопла
— 0,96, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,9, угол
клона сопла к плоскости диска = 16°, отношение окруж-
скорости
на середине лопатки
:ти истечения пара из сопл и/сх =
к действительной ско-
0,44, относительная ско-
ть входа пара на лопатки = 260 м/с, угол выхода па-
из рабочей лопатки — Pi — 2° и степень реактивно-
ступени р = 0,48.
Решение: Действительную скорость истечения пара
сопл определяем по формуле (3.2):
с1== 44,7<p V Ло (1 —р) = 44,7-0,96 /240(1 — 0,48) =
= 478 м/с.
й
125
Окружную скорость па середине лопатки находим из со-
отношения и/су— 0,44:
и - 0,44q	0,44-478 = 210 м/с.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
мл, 44,7ф К ph0 + (иу/44,7)2  =
=-- 44,7 - 0,9 КО,48-240 +(260/44,7)а = 491 м/с.
Угол входа пара на рабочую лопатку — из соотношения
(3.9):
tg Pi = ci sin ai/(ci cos аг — и) = 478 • 0,276/(478 X
X 0,961 — 210) = 0,529; 0Х = 27°45'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки
р2 = 0i — 2° = 27°45' — 2° = 25°45'.
Работу 1 кг пара на лопатках определяем по формуле
(З.Н):
L = и (wx cos 0X, + cos 02) = 210 (260 • 0,885 +
+ 491-0,901) = 141,2 кДж/кг.
§ 3.2. ПОТЕРИ В СТУПЕНЯХ ТУРБИНЫ. КОЭФФИЦИЕНТЫ
ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СТУПЕНЕЙ ТУРБИНЫ
Потери в турбинной ступени. Рабочий процесс в турбин-
ной ступени сопровождается потерями тепловой энергии
пара; к основным из них относятся:
потери тепловой энергии (кДж/кг) в соплах турбины
вследствие трения и вихревых движений пара
hc ~= (1 /<р2 - 1) 4/2000;	(3.12)
потери тепловой энергии (кДж/кг) на лопатках в актив-
ной ступени
Л., = (1 _ ц,2) ш 1/2000;	(3.13)
потери тепловой энергии (кДж/кг) на лопатках в реак-
тивной ступени
hn = (1 /ф2 — 1) Ш1/2000;	(3.14)
потери тепловой энергии (кДж/кг) с выходной абсолют-
ной скоростью
ha = 4/2000-	(3.15)
126
потери тепловой энергии (кДж/кг) на трение и вентиля-
цию при вращении диска турбины в паре (определяются по
формуле А, Стодола)
/гт в = X [1,07 с?2 + 0,61г (1 — е) dl1?-5] (1/0 (;?/10,.) X
X (1//И),	(3.16)
где к-— коэффициент, равный 1,1 4- 1,2 для перегретого
пара и 1,3 для насыщенного пара; d — средний диаметр
ступени, м; г — число ступеней скорости на колесе; 8 —
степень парциальное™ впуска пара; /2 — выходная высота
рабочих лопаток, см; v — удельный объем пара в камере
ступени, м3/кг; М — расход пара в ступени, кг/с;
потери тепловой энергии (кДж/кг) от утечек через за-
зоры в уплотнениях и в обход сопл и лопаток
/iyT = MyTh0/M,	(3.17)
где Мут — расход пара на утечки, кг/с.
К. п. д. ступеней турбины. Потери тепловой энергии в
соплах, на лопатках и с выходной абсолютной скоростью в
ступени турбины оценивают относительным к. п. д. на ло-
патках т]0.л, который представляет собой отношение меха-
нической работы L 1 кг пара на лопатках ступени к распо-
лагаемому теплоперепаду h0 в ступени, т. е.
Ло.л = (^о	hB)/hg = L./hB.	(3,18)
Так как наивыгоднейшее значение относительного к. п. д.
на лопатках зависит от отношения окружной скорости на
середине лопатки к действительной скорости истечения пара
из сопл, т. е. от ы/срто для активной ступени относительный
к. п. д. на лопатках
т)0.л = 2<р2 (и/ci) (1 + ф cos Ра/ cos Pi) (cos ai — «/ci).
(3.19)
Для реактивной ступени со степенью реактивности р =
= 0,5 относительный к. п. д. на лопатках
Т]о.л = (м/с1) (2 cos а1 — «/^1)/ I (1/<Р2 — 1) +
+ (u/cj (2 cos а± — u/ci)].	(3.20)
Потери теплоты в ступени оцениваются относительным
внутренним к. п. д. ступени tj", который представляет
127
собой отношение использованного теплоперепада ht к рас-
полагаемому теплоперепаду в ступени hQ, т. е.
= hi/h0 = (/i0 hc hn hB ^т.в ^ут)^о*
(3.21)
Относительный внутренний к. п. д. активной ступени
П" = По. л ^т.в ^Ут = ^Ф2 (и'с1) х
X (1 + ф COS p2/cos Pj) ( COS <*! — u/cj — £T B —
- CyT,	(3.22)
где £T B = ftT.B//i0 — относительные потери тепловой энер-
гии на трение и вентиляцию при вращении диска турбины
в паре; £ут = hyJh0 — относительные потери тепловой
энергии от утечек через зазоры в уплотнениях и в обход
сопл и лопаток.
Относительный внутренний к. п. д. реактивной ступени
со степенью реактивности р = 0,5
г& =--------U/C1 (2 C°S ai~U,Cll----ет.в-£ут- (3-23)
‘	(1/Фг~ l) + (“/ci) (2 cos ах — а/сх)	у
Если в ступени используется энергия выходной ско-
рости предыдущей ступени, то относительный внутренний
к. п. д. ступени находится по формуле
По’ = [Р^р 4- h0 —{hc + h„ + hB + ftT.B + h ут)] /(pAB₽ + h0)
(3.24)
где = Спр/2000 — тепловая энергия от выходной ско-
рости предыдущей ступени, кДж/кг; ц = 0,8 ...1,0 — ко-
эффициент использования энергии выходной скорости с ра-
бочих лопаток.
Задача 3.27. В активной ступени пар с начальным давлени-
ем р„ = 3,5 МПа и температурой /0 = 410° С расширяется
до р1 — 2,2 МПа. Определить потери тепловой энергии в
соплах и на лопатках, если скоростной коэффициент сопла
<р = 0,95, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,87, угол
наклона сопла к плоскости диска = 15°, отношение ок-
ружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости истечения пара из сопл и!сх = 0,43.
Ответ: hc = 13,1 кДж/кг; Ил = 10,4 кДж/кг.
128
> Задача 3.28. В реактивной ступени пар с начальным дав-
лением р0 — 1,6 МПа и температурой t0 = 300 °C расши-
ряется до р2 — 1 МПа. Определить потери тепловой энер-
гии в соплах и на лопатках, если скоростной коэффициент
, (.сопла <р = 0,94, скоростной коэффициент лопаток ф — 0,89,
угол наклона сопла к плоскости диска = 16°, отношение
.окружной скорости на середине лопатки к действительной
;; скорости истечения пара из сопл u/ct = 0,44 и степень ре-
активности ступени р = 0,5.
Ответ: hc = 6,4 кДж/кг; hn = 4,4 кДж/кг.
Задача 3.29. Определить потери тепловой энергии с вы-
c. ходной абсолютной скоростью в активной ступени, если
действительная скорость истечения пара из сопл сг =
= 375 м/с, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,87,
угол наклона сопла к плоскости диска= 13°, отношение
окружной скорости на середине лопатки к действительной
. скорости истечения пара из сопл u/q = 0,45 и угол выхода
пара из рабочей лопатки = 23°15'.
‘ Ответ: hB = 2,6 кДж/кг.
•; Задача 3.30. Определить потери тепловой энергии в соп-
•\дах, на лопатках и с выходной абсолютной скоростью в ак-
&,,тивной ступени, если скоростной коэффициент сопла ф =
]&•= 0,97, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,86, угол
К наклона сопла к плоскости диска а,г = 14°, средний диаметр
Еступени d = 0,8 м; частота вращения вала турбины л =
= 3600 об/мин, отношение окружной скорости на сере-
дине лопатки к действительной скорости истечения пара из
• сопл u/ct = 0,44 и угол выхода пара из рабочей лопатки
«	= 22°.
Решение: Окружную скорость на середине лопат-
ки определяем по формуле (3.4):
;	и = ndn/60 = 3,14 • 0,8 • 3600/60 = 151 м/с.
;	Действительную скорость истечения пара из сопл — из
! соотношения и!с\ — 0,44:
Cj = u/0,44 = 151/0,44 = 343 м/с.
Потери тепловой энергии в соплах — по (3.12):
hc = (1/ф2 — 1)с?/2000 = (1/0.972 — 1)3432/2000 =
। = 3,7 кДж/кг.
' Относительную скорость входа пара на лопатки — по
' .формуле (3.5):
Wi = с? + и2 —2сг и cos =
= J/3432+ 15Р—2-343-151-0,97 = 200 м/с.
б Зак. 1088
129
Потери тепловой энергии на лопатках — по (3.13):
Л л = (1 — ф2) №*/2000 = (1 — 0,862) - 20072000 =
= 5,2 кДж/кг.
Относительную скорость выхода пара из канала «между
рабочими лопатками — по формуле (3.6):
шг = ф№х = 0,86  200 = 172 м/с.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
бочими лопатками — по формуле (3.8):
с2 = ]/ да? + и2—2ш2 и cos р3 =
= ]Л72а+ 15Р-2-172-151-0,927 = 65 м/с.
Потери тепловой энергии с выходной абсолютной ско-
ростью— по формуле (3.15):
hB = cl/2000 = 6572000 = 2,1 кДж/кг.
Задача 3.31. Определить потери тепловой энергии в соп-
лах, на лопатках и с выходной абсолютной скоростью в ре-
активной ступени, если энтальпия пара на входе в сопло
t0 = 3400 кДж/кг, энтальпия пара на выходе из сопла
= 3250 кДж/кг, скоростной коэффициент сопла <р = 0,96,
скоростной коэффициент лопаток ф = 0,9, угол наклона
сопла к плоскости диска 04 = 15°, отношение окружной
скорости на середине лопатки к действительной скорости
истечения пара из сопл u/ct = 0,49, угол выхода пара нз
рабочей лопатки 02 = 24° и степень реактивности ступени
р = 0,48.
Ответ: Лс = 6,1 кДж/кг; Лл == 4,2 кДж/кг; hB =
= 27,6 кДж/кг.
Задача 3.32. Определить относительный к. п. д. на ло-
патках в активной ступени, если располагаемый теплопе-
репад в ступени h0 ~ 160 кДж/кг, скоростной коэффициент
сопла <р = 0,96, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,88,
угол наклона сопла к плоскости диска а2 — 16°, окружная
скорость на середине лопатки и ~ 188 м/с и угол выхода
пара из рабочей лопатки 02 — 0t — Г20'.
Ответ: цоЛ = 0,746.
Задача 3.33. Определить относительный к. п. д. на ло-
патках в реактивной ступени, если располагаемый теплопе-
репад в ступени h0 = 130 кДж/кг, скоростной коэффициент
сопла <р = 0,96, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,91,
угол наклона сопла к плоскости диска ах = 13°, отношение
130
окружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости истечения пара из сопл и/с\ — 0,5, угол выхода
пара из рабочей лопатки 02 = 20° и степень реактивности
^ступени р = 0,42.
Решение: Действительную скорость истечения пара
из сопл определяем по формуле (3.2):
сг = 44,7<p]Z/i0(l — Р) =
= 44,7-0,961/130(1—0,42) =373 м/с.
Потери тепловой энергии в соплах — по (3.12):
hc = (1/<р2 — l)cf/2000 = (1/0.962 — 1)3732/2000 =
= 6 кДж/кг.
Окружную скорость на середине лопатки — из соотно-
шения u/ct — 0,5:
и — 0,5сх = 0,5 • 373 — 186,5 м/с.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
te\ = ]/ci4-u2—2ctucosa =
= ]/ 3732+186,5s-2-373-186,5-0,974 =196 м/с.
 Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
=44,7ф]/ pft0 + (0У1/44.7)2 =
= 44,7-0,91 1/0,42-130 + (196/44,7)’ = 349 м/с.
Потери тепловой энергии на лопатках — по формуле
(3.14):
Лл = (1/ф2 — 1)^/2000 = (1/0,912 — 1)3492/2000 =
= 12,6 кДж/кг.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
бочими лопатками — по формуле (3.8):
С2 =	+ U2 —2ш2 и COS р2 =
= 1/3492+ 186,52 —2-349-186,5 - 0,94 = 185 м/с.
Потери тепловой энергии с выходной абсолютной ско-
ростью по формуле (3.15):
hn = с2/2000 = 1852/2000 = 17,1 кДж/кг.
5*	131
Относительный к. п. д. на лопатках — по формуле (3.18):
^о.л = (^о — hc — /1л — h3)/h0 = (130 — 6,0 — 12,6 —
— 17,1)/130 = 0,725.
Задача 3.34. В активной ступени пар с начальным дав-
лением р0 = 3,5 МПа и температурой t0 = 450 °C расши-
ряется до pj = 2 МПа. Определить относительный к. п. д.
на лопатках, если скоростной коэффициент српла <р = 0,95,
скоростной коэффициент лопатки ф = 0,9, угол наклона
сопла к плоскости диска ах = 14°, отношение окружной
скорости на середине лопатки к действительной скорости
истечения пара из сопл и/сх — 0,44 и угол выхода пара из
рабочей лопатки 02 = 0, — 2°.
Ответ: т]0.л = 0,803.
Задача 3.35. Определить, иа сколько уменьшится отно-
сительный к. п. д. на лопатках активной ступени при сни-
жении отношения окружной скорости на середине лопатки
к действительной скорости истечения пара и/сг с 0,45 до 0,4,
если известны скоростной коэффициент сопла <р = 0,95,
скоростной коэффициент лопатки ф = 0,87, угол наклона
сопла к плоскости диска аг — 13° и угол входа пара на ра-
бочую лопатку 01 = 02 + 1°.
Решение: Угол входа пара на рабочую лопатку при
tz/ci = 0,45 определяем по формуле (3.9):
tg 0! = sin aj (cos aj — и/c,) = 0,225/(0,974 — 0,45) =
= 0,429; 0, = 23°12'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки при и/сг = 0,45
03== 0. _ 1° = 23°12' — 1° = 22°12'.
Угол входа пара на рабочую лопатку при u/q = 0,4—
по формуле (3.9):
Й? Pi = si*1 ( cos ai — u^ci) ~ 0,225/ (0,974 — 0,4)=
= 0,392; 0i = 21°24'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки при и/(\ — 0,4
02 = 01 — 1° = 21°24' — 1° = 20°24'.
Относительный к. п. д. на лопатках определим по фор-
муле (3.19):
при и/<\ = 0,45
По л1= 2<₽2 (u/cj) (1 + ф cos 02/ cos 0i) ( cos ai — u/cj =
=2 • 0,95г • 0,45 (1 +0,87 • 0,9259/0,9191) (0,974—0,45) =
= 0,798;
при и/<\ = 0,4
*По-л2 = 2ф2 (u/Cj) (1 + Ф cos 02/ cos 01) ( cos «1 — и/
/С1) = 2 • 0,952 • 0,4 (1 + 0,87 • 0,9373/0,9311) (0,974 —
— 0,4) = 0,777.
132
Определим уменьшение относительного к. п. д. на ло-
патках:
I (Ъ.л1 ~ По.лЖ.л! П00 = 1(0,798 - 0,777)70,798] х
X 100 = 2,6 %.
Задача 3.36. Определить потери тепловой энергии на
трение, вентиляцию и утечки в активной ступени, если рас-
полагаемый теплоперепад в ступени h0 = 100 кДж/кг, дав-
ление р = 1 МПа и температура t = 300 °C пара в камере,
где вращается диск, средний диаметр ступени d = 1,1 м,
частота вращения вала турбины и = 50 об/с, выходная
высота рабочих лопаток 12 = 0,03 м, степень парциально-
сти впуска пара е = 0,4, коэффициент X = 1,1, расход пара
М — 25 кг/с и расход пара на утечки А4УТ = 0,8 кг/с.
Ответ; ~ 2,8 кДж/кг; hyT = 3,2 кДж/кг.
Задача 3.37. Определить относительный внутренний
к. п. д. реактивной ступени, если располагаемый теплопе-
репад в ступени h0 =>100 кДж/кг, скоростной'коэффициент
сопла <р = 0,94, скоростной коэффициент лопатокф = 0,88,
угол наклона сопла к плоскости диска ах = 18°, средний
диаметр ступени d = 0,95 м, частота вращения вала турби-
ны и = 3600 об/мии, угол выхода пара из рабочей лопатки
Рг = 20°20', степень реактивности ступени р = 0,45, рас-
ход пара М = 22 кг/с и расход пара на утечки Л4ут =
= 0,4 кг/с. Потерями теплоты на трение и вентиляцию пре-
небречь.
Ответ; т)". = 0,7.
Задача 3.38. Определить относительный внутренний
к. п. д. активной ступени, если располагаемый теплопере-
пад в ступени h0 = 80 кДж/кг, скоростной коэффициент
сопла ф = 0,95, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,88,
угол наклона сопла к плоскости диска ах= 14°, угол выхода
пара из рабочей лопатки р2 — 23°, средний диаметр ступе-
ни d = 1,1 м, частота вращения вала турбины п =
3000 об/мин, отношение окружной скорости на середине
лопатки к действительной скорости истечения пара из сопл
u/cj = 0,455, выходная высота рабочих лопаток /2 — 0.03 м,
степень парциальности впуска пара е = 0,4, коэффициент
Х=1,2, расход пара М = 30 кг/с, расход пара на утечки
MyT = 1 кг/с и параметры пара в камере, где вращается
рабочее колесо: давление р = 1,1 МПа, температура t =
320°С.
Решение: Окружную скорость на середине лопат-
ки определяем по формуле (3.4):
и = ndn/60 = 3,14 • 1,1 • 3000/60 = 173 м/с.
133
Действительную скорость истечения пара из сопл — из
соотношения и!сг = 0,455:
q = u/0,455 = 173/0,455 = 380 м/с.
Потери тепловой энергии в соплах — по (3.12):
hc = (1/<р2— 1 )с 1/2000= (1/0,952—1)38072000= 7,8 кДж/кг.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
=	С1+и2—2q и cos аг =
= /3802 + 1732—2-380-173-0,97 =216 м/с.
Потери тепловой энергии на лопатках — по (3.13):
Лл = (1 — гр2)ш2/2000 =(1 — 0,882)21672000=5,3 кДж/кг.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.6):
w2 = i|xq. = 0,88 • 216 = 190 м/с.
Абсолютную скорость выхода пара из канала между ра-
бочими лопатками — по формуле (3.8):
с2 — l^wl + u2 —2w2 и cos р2 =
= К1902+ 1732 —2-190-173-0,92 = 74 м/с.
Потери тепловой энергии с выходной абсолютной ско-
ростью— по формуле (3.15):
hB = cl/2000 = 7472000 = 2,7 кДж/кг.
Удельный объем пара в камере ступени при р = 1,1 МПа
и t ~ 320 °C определяем по /s-диаграмме; v = 0,25 м3/кг.
Потери тепловой энергии на трение и вентиляцию при
вращении диска турбины в паре — по формуле (3.16):
/iT в = X [1,07d2 + 0,61г (1 — е)^1-6] (1/р) (и 710е) X
X (1/А4)= 1,2 [1,07 • 1,12+ 0,61 - 1(1—0,4)1,1 • З^Ш/О^Х
X (173710е) (1/30) = 2 ,7 кДж/кг.
Потери тепловой энергии от утечек через зазоры в уп-
лотнениях и в обход сопл и лопаток — по (3.17):
/iyT = A4yTh0//W = 1- 80/30 = 2,7 кДж/кг.
Относительный внутренний к. п. д. ступени находим по
формуле (3.21):
П" = (h0 — Лс — Лл — hB — hT.B — hyT)/h0 = (80 —
-7.8 — 5,3 — 2,7 — 2,7 — 2,7)/80 = 0,735.
134
Задача 3.39. Определить относительный внутренний
к. п. д. активной ступени, если располагаемый теплопере-
пад в ступени Ло = 100 кДж/кг, скоростной коэффициент
сопла <р = 0,95, скоростной коэффициент лопатки ф = 0,87,
угол наклона сопла к плоскости диска 04 = 13°, отношение
окружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости истечения пара ulcx — 0,5, угол выхода пара из
рабочей лопатки Р2 = Pj — Г, потери тепловой энергии
на трение и вентиляцию hT.B — 1,3 кДж/кг, расход пара
М — 30 кг/с и расход пара на утечки А4ут = 0,36 кг/с.
Решение: Угол входа пара на рабочую лопатку
определяем по формуле (3.9):
tg Pi = s>n ах/ ( cos ах — u/<?i) = 0,225/ (0,974 — 0,5)=
= 0,475; pt = 25°24'.
Угол выхода пара из рабочей лопатки
р2 = Pi — 1° = 25°24' — 1° = 24°24'.
Относительные потери тепловой энергии на трение н
вентиляцию
£т.в = ЛтлА) = 1,3/100 = 0,013.
Потери тепловой энергии от утечек через зазоры в уп-
лотнениях и в обход сопл и лопаток находим по формуле
(3.17):
hyT = A4yTh0/A4 = 0,36 • 100/30 = 1,2 кДж/кг.
Относительные потери тепловой энергии от утечек
?ут = Лут/йо = 1,2/100 = 0,012.
Относительный внутренний к. п. д. определяем по фор-
муле (3.22):
= 2<р2 (w/ci) (1 4- ф cos р2/ cos Pi) ( cos — u/cj —-
— £т°в — £ут = 2 • 0.952 • 0,5 (1 + 0,87 • 0,9107/0,9033) X
X (0,974 — 0,5) — 0,013 —0,012=0,7.
Задача 3.40. Определить относительный внутренний
к. п. д. реактивной ступени со степенью реактивности р =
= 0,5, если скоростной коэффициент сопла <р = 0,94,
угол наклона сопла к плоскости диска аг = 14°, отношение
окружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости истечения пара и/с1 — 0,43, относительные потери
тепловой энергии на трение и вентиляцию £т в = 0,03 и
относительные потери тепловой энергии от утечек £ут =
= 0,025.
Ответ-, = 0,776.
135
Задача 3.41. В промежуточной активной ступени пар с
начальным давлением р0 = 2,4 МПа и температурой ta =
= 360 °C расширяется до рх = 1,4 МПа. Определить от-
носительный внутренний к. п. д. ступени, если скоростной
коэффициент сопла <р = 0,96, скоростной коэффициент ло-
паток ф=0,9, угол наклона сопла к плоскости диска aj= 16°,
окружная скорость на середине лопатки и — 245 м/с, угол
выхода пара из рабочей ло-
патки ра = 18°48', тепловая
энергия от выходной скорости
предыдущей ступени hSp =
= 8 кДж/кг, коэффициент
использования энергии выход-
ной скорости р = 1, потери
тепловой энергии на трение и
вентиляцию ftT B=2,6 кДж/кг
и потери тепловой энергии
от утечек йут = 2,4 кДж/кг.
Решение: Находим на
is-диаграмме (рис. 3.8) началь-
ную энтальпию пара iQ =
= 3162 кДж/кг и энтальпию
пара в конце адиабатного рас-
ширения = ЗОЮ кДж/кг.
Действительную скорость
истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.2):
= 44,7<р ]/"(‘о - ‘Л + Л£Р =
= 44,7-0,96 /(3162—3010)4-8 = 543 м/с.
Потерн тепловой энергии в соплах — по (3.12):
hc = (1/<р2 — 1)с?/2000 = (1/0.962 — 1)543а/2000 =
- 12,5 кДж/кг.
Относительную скорость входа пара на лопатки — по
формуле (3.5):
W1 = / С1 4- W2 —2Cj и COS —
= / 54324-2452—2-543-245 - 0,961 =315 м/с.
Потери тепловой энергии на лопатках — по формуле
(3.13):
136
. Лл = (1 — Ф2>?/2000 = (1 — 0,92)31 52/20 00 = 9,4 кДж/кг.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.6):
и>2 =	= 0,9 • 315 = 283,5 м/с.
Абсолютную скорость выхода пара из каналов между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
С2 =	+ U2 —	и COS 02 =
= У283,52 + 2452 —2• 283,5• 245• 0,95 = 93 м/с.
ь Потери тепловой энергии с выходной абсолютной ско-
? ростью — по формуле (3.15):
; Ав = 4/2000 = 93V2000 = 4,3 кДж/кг.
Относительный внутренний к. п. д. ступени находим по
, формуле (3.24):
л ПСо1=[^Р+ЙО--(Лс + Лл + /1в + /1т.з +
+ h у т) ] /(цА^ + Ао) = [ 1 • 8 + 152 - (12,5 + 9,4 +
+ 4,3 + 2,6 + 2,4)}/( 1 -8+ 152) = 0,805.
§ 3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ СОПЛ И РАБОЧИХ
ЛОПАТОК
Размеры сопл. Площадь (м2) выходного сечения рас-
ширяющего сопла определяется по формуле
л = W (Ц1С1),	(3.25)
где М — расход пара через сопло, кг/с; vt — удельный
объем пара в рассчитываемом сечении, м3/кг; щ — 0,92 ...
...0,97 — коэффициент расхода сопла.
Площадь (м2) минимального сечения расширяющегося
сопла.
/т1п = Л4икр/ (И1сир),	(3.26)
где онр — удельный объем пара в минимальном сечении
сопла при критическом давлении рнр; скр — критическая
Скорость истечения пара из сопла, м/с, определяется по
формуле (3.1) или (3.2) при подстановке в них вместо i1
' величины /кр.
< Критическое давление (Па) пара при истечении его из
сопла определяется по формуле
-г- Ркр — РкрРо>	(3.27)
где ₽кр — критическое отношение давлений; для перегре-
того пара ркр = 0,546, а для сухого насыщенного пара
Ркр = 0,577; р0 — давление пара перед соплом, Па.
Площадь выходного сечения суживающегося сопла до-
критического режима истечения находится по формуле
(3.25), а для критического режима истечения — по форму-
ле (3.26).
Размеры рабочих лопаток. Площадь (м2) выходного се-
чения рабочих лопаток определяется по формуле
— MvJ (р2а?2),	(3.28)
где v2 — удельный объем пара на выходе из рабочих ло-
паток, м3/кг; р2 = 0,92 ...0,97 — коэффициент расхода для
рабочей лопатки.
Выходная высота (м) рабочих лопаток находится по фор-
муле
G ~/V (л^е sin р2).	(3.29)
Задача 3.42. В активной ступени перегретый пар с на-
чальным давлением р0 — 1,2 МПа и температурой ta =
= 300 °C расширяется до = 0,7 МПа. Определить пло-
щадь выходного сечения суживающегося сопла, если ско-
ростной коэфффициент сопла <р = 0,96, расход пара через
сопло М — 2 кг/с и коэффициент расхода сопла ~ 0,95.
Ответ-, — 1,38 • 10~3 м2.
Задача 3.43. В реактивной ступени перегретый пар с на-
чальным давлением р0 = 2 МПа и температурой t0 = 350 °C
расширяется до рг = 1,4 МПа. Определить площадь вы-
ходного сечения суживающегося сопла, если скоростной
коэффициент сопла <р = 0,95, расход пара через сопло М =
— 1,2 кг/с, коэффициент расхода сопла = 0,95 и сте-
пень реактивности ступени р = 0,5.
Ответ-. — 0,73 • 10-3 м2.
Задача 3.44. В активной ступени перегретый пар с на-
чальным давлением р0 — 3,5 МПа и температурой /0 =
= 435 °C расширяется до Pi — 1,2 МПа. Определить пло-
щадь выходного сечения суживающегося сопла, если ско-
ростной коэффициент сопла <р = 0,95; расход пара через
сопло М = 2,1 кг/с и коэффициент расхода сопла pi = 0,96.
Решение: Критическое давление пара при истече-
нии его из сопла определяем по формуле (3.27):
Ркр = РкрРо = 0,546 • 3,5 = 1,92 МПа.
Так как давление pt меньше ркр,тов выходном сечении
сопла установится критическое давление и расширение
138
пара в сопле будет происходить от давления р0 до давления
Ркр-
Находим на is-диаграмме (рис. 3.9) начальную энталь-
пию пара i0 — 3304 кДж/кг и энтальпию пара в конце адиа-
батного расширения iKP = 3128 кДж/кг.
Критическую скорость истечения пара из сопл находим
по формуле (3.2):
скр = 44,7<р /i0—»кр - 44,7 • 0,95 /3304—3128 = 564 м/с.
Удельный объем пара на выходе из сопла при критичес-
ком давлении определяем по is-диаграмме (рис. 3.9):
&кр = 0,14 м2/кг.
Площадь выходного сечения суживающегося сопла на-
ходим по формуле (3.26):
А^ЛТокр/^Скр)- 2,1-0,14/ (0,96 • 564) = 0,54- 10-3м2.
Задача 3.45. В активной ступени перегретый пар с на-
чальным давлением р0 = 1 МПа и температурой tn — 320 °C
расширяется до рх = 0,3 МПа. Определить площадь выход-
ного и минимального сечений расширяющегося сопла, если
скоростной коэффициент сопла ср = 0,97, расход пара через
сопло М — 1,2 кг/с и коэффициент расхода сопла — 0,97.
Ответ: А = 1,18 • 10~3 м2; fmln — 0,98 • 10~3 м2.
Задача 3.46. В реактивной ступени перегретый пар с на-
чальным давлением р0 = 1,4 МПа и температурой t0 —
= 350 °C расширяется до р2 = 0,35 МПа. Определить пло-
щадь выходного и минимального сечений расширяющегося
сопла, если скоростной коэффициент сопла ср = 0,96, рас-
ход пара через сопло М = 1,8 кг/с, коэффициент расхода
сопла р-1 = 0,96 и степень реактивности ступени р = 0,5.
Решение: Критическое давление пара при истече-
нии его из сопла определяем по формуле (3.14)
Ркр = РкрРо = 0,546 • 1,4 = 0,76 МПа.
Находим на is-диаграмме (рис. 3.10) энтальпии пара
i0 = 3150 кДж/кг, iKP = 2985 кДж/кг, А = 2810 кДж/кг
и удельные объемы пара пкр = 0,324 м3/кг; — 0,593 м3/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.2):
сг =44,7<p/(i0 —А)(1—р) =
= 44,7• 0,96 /(3150—2810) (1-0,5) = 560 м/с.
139
Площадь выходного сечения расширяющегося сопла —
по формуле (3.25):
(^=1,8 • 0,593/(0,96 • 560)= 1,99 • 10-3 м2.
Критическую скорость истечения пара из сопл — по фор-
муле (3.2):
скр = 44.7<Р V (io — iKp)/(l — Р) =
= 44,7 • 0,96/(3150—2985) (1 —0,5) = 389 м/с.
S, кЦ,ж/{кг-К)
Рис. 3.10
Площадь минимального сечения расширяющегося соп-
ла — по формуле (3.26):
fmln = Микр/(И1скр) = 1,8 • 0,324/(0,96 - 389) =
= Г,56 • 10-3 м2.
Задача 3.47. Определить площадь выходного сечения
и выходную высоту рабочих лопаток активной ступени,
если параметры пара перед ступенью р0 = 2 МПа и t0 =
= 350 °C, давление пара за ступенью р2 = 1,5 МПа, ско-
ростной коэффициент сопла ф = 0,95, скоростной коэффи-
циент лопаток ф = 0,87, угол наклона сопла к плоскости
диска <*! = 13°, отношение окружной скорости на середи-
не лопатки к действительной скорости истечения пара из
сопл и/сх = 0,45, угол выхода пара из рабочей лопатки
02 = 22°, удельный объем пара на выходе из рабочих лопа-
ток и2 = 0,143 м3/кг, средний диаметр ступени d — 1 м,
расход пара М = 30 кг/с, коэффициент расхода для ра-
140
бочей лопатки — 0,95, и степень парциальности впуска
пара е = 0,4.
Ответ: [2 = 2,428 • 10-2 м2; /а = 5,11 • 10-2 м.
Задача 3.48. Определить площадь выходного сечения и
выходную высоту рабочих лопаток реактивной ступени,
если параметры пара перед ступенью р0 — 2 МПа и 10 =
= 390 °C, давление пара за ступенью pt~ 1,5 МПа, ско-
ростной коэффициент сопла <р — 0,95, скоростной коэффи-
циент лопаток ф = 0,87,
угол наклона сопла к
плоскости диска 04= 13°,
отношение окружной
скорости на середине ло-
патки к действительной
скорости истечения пара
из сопл и!= 0,5, угол
выхода пара из рабочей
лопатки ра = 20°, сред-
ний диаметр ступени d—
= 0,85 м, степень реак-
тивности р=0,5, расход
пара М = 24 кг/с, коэф-
фициент расхода для ра-
бочей лопатки = 0,96
и степень парциальности
впуска пара е = 0,4.
Решение: Нахо-
дим на is - диаграмме
(рис. 3.11) энтальпию
Рис. 3.11
пара перед ступенью
»0 = 3230 кДж/кг и энтальпию пара за ступенью в слу-
чае адиабатного расширения ia = 3150 кДж/кг.
Действительную скорость истечения пара из сопл опре-
деляем по формуле (3.2):
Ci =44,7фК0‘о —12) (1 —Р) =
= 44,7-0,95 У"(3230—3150) (1 —0,5) = 268 м/с.
Потери тепловой энергии в соплах находим по формуле
(3.12):
ftc = (1/<р2— 1)с?/2000=(1/0,952—1)2682/2000=3,9 кДж/кг.
Окружную скорость на середине лопатки — из соотно-
шения u/ci = 0,5:
и = 0,5ci = 0,5 • 268 = 134 м/с.
141
Относительную скорость входа пара на лопатки —по
формуле (3.5):
wl = V с । + и9 —2ci it cos cq =
= у 268* + 1342 — 2 • 268-134- 0,974 = 99 м/с.
Относительную скорость выхода пара из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
= 44,7ф У рй0 + (ау1/44,7)2 =
= 44,7-0,87К0,5• 80 + (99/44,7)» =259 м/с.
Строим процесс в is-диаграмме (рис. 3.11) и находим
удельный объем пара на выходе из лопаток = 0,192 м3/кг.
Площадь выходного сечения рабочих лопаток опреде-
ляем по формуле (3.28):
f2 = MvJ (p2w2) = 24 • 0,192/ (0,96 • 259) = 1,853 X
X 10-2 м2.
Выходную высоту рабочих лопаток — по формуле (3.29):
/2 = f2 / (jute sin ₽2) = 1,853 • 10~2/ (3,14 • 0,85 • 0,4X
X 0,342) = 5-10-2 м.
§ 3.4.	КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ,
МОЩНОСТИ И РАСХОД ПАРА ТУРБИНЫ
К.п.д. турбины. Потери тепловой энергии внутри па-
ровой турбины оцениваются относительным внутренним
к. п. д. турбины, который представляет собой отношение
использованного теплоперепада Ht к располагаемому теп-
лоперепаду в турбине Яо, т. е.
T)oi =	— Go 1'кУ (*о	1'к.а)>	(3.30)
где i0 — энтальпия пара при начальных параметрах пара,
кДж/кг; iK.a — энтальпия пара при адиабатном расшире-
нии пара от начального его состояния до конечного,
кДж/кг; iK — энтальпия пара при конечных параметрах
пара, кДж/'кг.
Значения относительного внутреннего к. п. д. паровых
турбин находятся в пределах 0,7 ...0,88.
Потери теплоты на трение в подшипниках и на привод
вспомогательных механизмов (механические потери) оце-
ниваются механическим к. п. д. цм, который представляет
142
I
Пу, собой отношение эффективной мощности Ne к внутренней
I Ч jVi( т. е.
Пм = N<JNi.	(3.31)
Значения механического к. п. д. турбин находятся в пре-
делах 0,97 ...0,99.
Потерн теплоты внутри турбины и механические потери
i оцениваются относительным эффективным к. п. д. турбины,
который равен произведению относительного внутренне-
го к. п. д. турбины на механический к. п. д., т. е.
По.е = По.Пм-	(3.32)
Значения т]0.е турбин в зависимости от нх мощности на-
холятся в пределах 0,68 ...0,87.
• Если паровая турбина непосредственно присоединена
- к электрическому генератору, то электрическая мощность
будет меньше эффективной вследствие потерь в генераторе,
которые оцениваются к. п. д. генератора т|г.
I К. п. д. электрического генератора представляет собой
отношение электрической мощности к эффективной Ne
т. е.
г|г = NjNe.	(3.33)
Значения к. п. д. генератора находятся в пределах
0,96 ...0,99.
Относительный электрический к. п. д. турбогенератора
По.э = По.еПг = 'Пог'ПмПг.	(3.34)
Коэффициент возврата теплоты Трубины. Коэффициент
возврата теплоты а характеризует относительное увеличе-
ние располагаемого теплоперепада за счет частичного воз-
врата тепловых потерь и определяется по формуле
а = (W^o)-l.	(3.35)
где S/i0 — сумма располагаемых во всех ступенях турбины
теплоперепадов, кДж/кг.
Коэффициент возврата теплоты турбины при равенстве
относительных внутренних к. п. д. отдельных ступеней на-
-»	ходится по формуле
...	« = (ъЛы)-1.	(3.36)
143
i
Значения коэффициента возврата теплоты турбины в
зависимости от числа ступеней находятся в пределах
0,04 ...0,06.
Характеристический коэффициент турбины. Характе-
ристический коэффициент турбины Y [кг • м2/ (кДж • с2)],
подобно отношению u/ct для ступеней, характеризует эко-
номичность турбины в целом и определяется по формуле
Y = Sn2/ [ (1 + а)Яв] = zu2p/[ (1 + а)Н0],	(3.37)
где z—количество ступеней турбины; иср — средняя
окружная скорость на середине лопатки, м/с.
Мощности турбины. Эффективной мощностью Л/е (кВт)
называют мощность, снимаемую с вала или соединительной
муфты турбины:
Л/ е = ЯЯоИое.	(3-38)
Эффективная мощность Л/е меньше внутренней (инди-
каторной) мощности /V; иа величину мощности механичес-
ких потерь Л/м, т. е.
Л/ е = Л/ j ~ Л/м.	(3.39)
Внутренняя (индикаторная) мощность Л/г (кВт) нахо-
дится из формулы (3.31).
Электрическая мощность N3 (кВт) определяется из фор-
мулы (3.33).
Расход пара турбины. Экономичность паровой турбины
оценивается как к. п. д., так и удельным расходом пара.
Удельный эффективный расход пара [кг/ (кВт • ч)1
представляет собой отношение секундного расхода пара D
к эффективной мощности Ne, т. е.
de = D/Ne = 3600/ (т]0.е Но).	(3.40)
Удельный эффективный расход пара мощных конден-
сационных турбин при полной нагрузке составляет 3 ...
...4 кг/ (кВт • ч).
Расход пара (кг/с) на турбину с отбором пара находит-
ся по формуле
В —	[ (1о	/к)'Пм11г1 “Ь Dn (in iK)/ (i0 — iK),
(3.41)
144
где D п — отбор пара, кг/с; i0 — энтальпия пара при началь-
ных параметрах пара, кДж/кг; ia — энтальпия пара, по-
ступающего из отбора, кДж/кг; iK — энтальпия пара в кон-
денсаторе. кДж/кг.
Энтальпия пара, поступающего из отбора:
* п = *'о Go ,n.a)Tloi'i	(3.42)
где ina — энтальпия пара при адиабатном расширении
пара от начального состояния до давления, при котором
обеспечивается отбор, кДж/кг; т]о< — относительный вну-
тренний к. п. д. части высокого давления (до отбора).
Энтальпия пара в конденсаторе
/к ~ 1п 0 н ^"к.а)Л<>Ь	(3.43)
где :1(.а — энтальпия пара при адиабатном расширении
пара от давления отбора до давления в кондеисаторе,
кДж/кг; — относительный внутренний к. п. д. части
низкого давления (после отбора).
Давление и расход пара в ступенях турбины при пере-
менном режиме. Изменение расхода пара через турбину вы-
зывает перераспределение давлений и теплоперепадов в ее
ступенях. Зависимость между расходом и давлением пара
в ступенях турбины для скоростей пара в соплах ниже кри-
тических выражается уравнением
D/Do = K(Poi— Рог)/(ро— pl),	(3.44)
где Do и D — расходы пара через турбину соответствен-
но при расчетном и рассматриваемом режимах, кг/с; р0 и
р01 — давления пара перед соплами первой или любой
ступени соответственно при расчетном и рассматриваемом
режимах, Па; р2 и р02 — давления пара за рабочими лопат-
ками последней или любой ступени соответственно при рас-
четном и рассматриваемом режимах, Па.
Изменение давления в ступени конденсационной турби-
ны в зависимости от расхода пара
Poi = PoD!Da.	(3.45)
Изменение давления в ступени турбины с противодавле-
нием в зависимости от расхода пара
Poi =r(D/D0)2(p20-p’2)+ps2 .	(3.46)
145
Задача 3.49. Определить относительный внутренний и
эффективный к. п. д. турбины, если параметры пара перед
турбиной р0 = 3,4 МПа, t0 = 440 °C, за турбиной: р2 —
== 0,4 МПа, t2 = 220 °C и механический к. п. д. турбины
Пм = 0,98.
Ответ'. T]oi = 0,77; т]0 е = 0,755.
Задача 3.50. Определить относительный электрический
к. п. д. турбогенератора, если параметры пара перед тур-
биной: р0 = 4 МПа, tQ = 390 °C; за турбиной: р2 = 1 МПа,
t2 = 240 °C, механический к. п. д. турбины т]м = 0,97 и
к. п. д. электрического генератора = 0,95.
Ответ'. т)о о = 0,71.
Задача 3.51. При испытании турбины были измерены
параметры пара перед турбиной р0 — 3,5 МПа, t0 = 410 °C
и за турбиной р2 = 1,2 МПа и t2 = 290 °C. Определить ко-
эффициент возврата теплоты, если турбина имеет семь сту-
пеней с одинаковыми относительными внутренними к. п. д.
С/ = °>7з-
Ответ: а — 0,057.
Задача 3.52. Для турбины с начальными параметрами
пара Ра = 9 МПа, ta = 500 °C и противодавлением р2 =
— 1,5 МПа определить коэффициент возврата теплоты,
если использованный теплоперепад регулирующей ступени
/Ц* = 102 кДж/кг и относительный внутренний к. п. д. ре-
гулирующей ступени t]£ = 0,68. Турбина имеет шесть не-
регулируемых ступеней с одинаковыми располагаемыми
теплоперепадами h0 ~ 62 кДж/кг.
Ответ: а, = 0,053.
Задача 3.53. Конденсационная турбина работает с на-
чальными параметрами пара р0 = 9 МПа, t0 — 500 °C и
давлением пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па. Опреде-
лить характеристический коэффициент турбины, если ко-
эффициент возврата теплоты а = 0,05 и средняя окружная
скорость на середине лопатки иср = 220 м/с. Турбина име-
ет десять ступеней.
Ответ: V = 334 кг • м2/ (кДж • с2).
Задача 3.54. Турбина работает с начальными парамет-
рами пара р0 — 4 МПа, t0 = 440 °C и давлением пара в кон-
денсаторе рк — 4 • 103 Па. Определить эффективную мощ-
ность турбины, если расход пара D = 5,2 кг/с и относи-
тельный эффективнй к. п. д. турбины т]0 0 = 0,71.
Ответ: Ne = 4560 кВт.
Задача 3.55. Турбина работает с начальными парамет-
рами пара Ра = 8 МПа, t0 = 480 °C и давлением пара в кон-
146
С и давлением пара в кон-
s. кДж/[кг-К)
Рис. 3.12
денсаторе рк = 3,5 • 103 Па. Определить внутреннюю (ия-
. дякаторную) мощность турбины и мощность механических
потерь, если расход пара D — 5,4 кг/с, относительный
Эффективный к. п. д. турбины т)о е = 0,73 и механический
к. п. д. турбины т]м = 0,97.
Ответ: Nt = 5527 кВт, Мм = 166 кВт.
Задача3.56. Турбина работаете начальными параметрами
пара р6 — 3,5 МПа, /0 = 435
денсаторе рк = 4-103 Па. Оп-
ределить эффективную мощ-
' ность турбины и удельный
эффективный расход пара,
ерли расход пара D = 5 кг/с
И относительный эффективный
к. п. д. турбины т)0.е = ОЛ
Решение: Располагае-
мый тепл опер епад Я0=/а—/1(а
находим, пользуясь /5-диа-
граммой (рис. 3.12). Энталь-
пий пара при заданных на-
чальных параметрах р0 и t0
составляет t0 = 3315 кДж/кг,
. а энтальпия пара после ади-
абатного расширения пара до
. рк = 4 • 103 Па составляет
= 2095 кДж/кг.
Но = i0 — tK.a = 3315 —
— 2095 = 1220 кДж/кг.
Эффективную мощность турбины определяем по форму-
ле (3.38):
Ме = DWo’lo.e = 5 • 1220 • 0,72 = 4392 кВт.
*	Удельный эффективный расход пара —по формуле (3.40):
de = 3600/(г|о еЯ0) = 3600/ (0,72 • 1220) = 4,1 кг/(кВт • ч).
Задача 3.57. Турбина с начальными параметрами пара
р, = 1,6 МПа, t0 = 350 °C и давлением пара в конденса-
' торе рк — 5 • 103 Па переведена на работу при давлении
пара в конденсаторе р'к — 9 • 103 Па. На сколько умень-
шится эффективная мощность турбины, если при одном и
том же-расходе пара (0 = 5,5 кг/с) относительный эффек-
тивный к. п. д. уменьшится с г|0.е = 0,66 до г|о.е = 0,61.
Ответ: &Ne = 489 кВт.
Задача 3.58. Турбина, работающая с начальными пара-
Метрами пара рп — 2,6 МПа, ta — 360 °C при давлении пара
в конденсаторе рк — 4,5 • 103 Па, имеет относительный
147
эффективный к. п. д. г|0.е = 0,68. На сколько увеличится
удельный эффективный расход пара, если давление в кон-
денсаторе повысится до р'к = 8 • 103 Па, а относительный
эффективный к. п. д. понизится до rjo.e = 0,63.
Ответ-. Дйе = 0,74 кг/ (кВт • ч).
Задача 3.59. Конденсационная турбина эффективной
мощностью Л/е = 12 000 кВт работает при начальных пара-
метрах пара р0 = 2,8 МПа, t0 = 400 °C и давлении пара
в конденсаторе рк — 4,5 • 103 Па. Определить удельный
эффективный расход пара и относительный эффективный
к. п. д. турбины, если расход пара D = 15 кг/с.
Ответ: de — 4,5 кг/ (кВт • ч); г|0,е = 0,708.
Задача 3.60. Конденсационная турбина работает при
начальных параметрах пара р0 = 3,5 МПа, /0 = 435 °C и
давлении пара в конденсаторе рк = 4 • 10s Па. Определить
секундный и удельный расходы пара на турбину, если
электрическая мощность турбогенератора Л/э = 24 000 кВт,
относительный эффективный к. п. д. турбины т]0.в = 0,76
и к. п. д. электрического генератора т|Р = 0,96.
Ответ: D = 27,1 кг/с; de = 3,9 кг/ (кВт • ч).
Задача 3.61. Турбина с регулируемым производствен-
ным отбором пара, работающая при начальных параметрах
пара р0 = 3,5 МПа, /0 = 435 °C и давлении пара в конден-
саторе рк — 4 • 103 Па, обеспечивает отбор пара Dn=
= 5 кг/с при давлении ра = 0,2 МПа. Определить расход
пара на турбину, если электрическая мощность турбогене-
ратора Л/э = 4000 кВт, относительный внутренний к. п. д.
части высокого давления (до отбора) т|о, = 0,74, относитель-
ный внутренний к. п. д. части низкого давления (после от-
бора) T|oi = 0,76, механический к. п. д. т]м = 0,98 и к. п. д.
электрического генератора г|г = 0,96.
Решение: Энтальпию пара i0 при заданных началь-
ных параметрах пара р и t0 находим по is-диаграмме
(рис. 3.13): i0 = 3315 кДж/кг. Энтальпия пара in a и /к.а,
получаемые при адиабатном расширении от состояния р0,
/0 до рп и от рв, /п до рк, находим, построив процесс адиа-
батного расширения пара на is-диаграмме (рис. 3.13), т. е.
1п а = 2640 кДж/кг; а = 2240 кДж/кг.
Энтальпию пара, поступающего из отбора, определяем
по формуле (3.42):
in = »о — (t’o — »п.а)п« = 3315 — (3315 — 2640) X
X 0,74 = 2815 кДж/кг.
148
Энтальпию пара в конденсаторе — по формуле (3.43):
»К = in — (t'n — iK.a)no< = 2815 — (2815 — 2240) х
X 0,76 = 2378 кДж/кг.
Расход пара на турбину — по формуле (3.41):
Z? Мэ/ Г Оо inJ^M^lrl 4" (in i«)i (io in) ~
= 4000/ [ (3315 — 2378)0,98 • 0,961 + 5 X (2815 — 2378)/
/(3315 — 2378) = 6,87 кг/с.
Задача 3.62. Турбина с регулируемым производственным
отбором, работающая при начальных параметрах пара рй =
= 3,5 МПа, t0 = 435 °C и давлении пара в конденсаторе
рк = 5 • 10s Па, обеспечивает отбор пара Da = 11,1 кг/с
при давлении рп = 0,5 МПа. Определить удельный эффек-
тивный расход пара, если электрическая мощность турбо-
генератора Мэ = 6000 кВт, относительный внутренний
к. п. д. части высокого давления (до отбора) т|о,- = 0,78,
относительный внутренний к. п. д. части низкого давления
(после отбора) гц,,- = 0,65, механический к. п. д. г|м = 0,98
и к. п. д. электрического генератора г|г = 0,95.
Ответ: de = 7,12 кг/(кВт • ч).
Задача 3.63. Турбина с производственным отбором пара,
работающая при начальных параметрах пара р0 — 3,5 МПа,
t0 — 350 °C и давлении пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па
обеспечивает отбор пара DB = 4 кг/с при давлении ра =
= 0,4 МПа. Определить электрическую мощность турбо-
генератора, если расход пара на турбину D = 8 кг/с, отно-
сительный внутренний к. п. д. части высокого давления
(до отбора) г|о£ = 0,75, относительный внутренний к. п. д.
части низкого давления (после отбора) rjoi = 0,77, меха-
нический к. п. д. г|м = 0,97 и к. п. д. электрического гене-
ратора г|г = 0,97.
Решение: Энтальпию пара i0 находим по is-диаг-
рамме (рис. 3.14): i0 = 3110 кДж/кг. Энтальпии пара in.a
и /„ а находим, построив на is-диаграмме (рис. 3.14) процесс
адиабатного расширения пара от начального его состояния
до конечного, т. е.
in.a = 2645 кДж/кг; iK.a = 2095 кДж/кг.
Энтальпию пара, поступающего из отбора, определяем
.по формуле (3.42):
in = i0 — (io — inal^oi = 3110 — (3110 — 2645) X
X 0,75 = 2761 кДж/кг.
' Энтальпию пара в конденсаторе — по формуле (3.43):
»к = in — (in — *к.а)По< = 2761 — (2761 — 2095) X
X 0,77 = 2248 кДж/кг.
149
Электрическую мощность турбины — из формулы (3.41):
N3 = [D (i0 - iK) - Dn (in - 1к)1ПмПг = 18 (3110 -
—2248) — 4 (2761 — 2248)]0,97 • 0,97 = 4553 кВт.
Задача 3.64. Турбина с производственным отбором пара,
работающая при начальных параметрах пара рп = 3,5 МПа,
t0 = 350 °C и давлении пара в конденсаторе рн =
= 5 • 103 Па, обеспечивает отбор пара Da = 5 кг/с при
-Рис. 3.13
S, кД>К/(кгК)
Рис. 3.14
давлении рп = 0,4 МПа. Определить эффективную мощ-
ность турбины, если расход пара на турбину D — 10 кг/с,
относительный внутренний к. п. д. части высокого давления
(до отбора) Цо; — 0,75, относительный внутренний к. п. д.
части низкого давления (после отбора) т]0'/ = 0,78 и меха-
нический к. п. д. г|м — 0,98.
Ответ: Nе — 5792 кВт.
Задача 3.65. Конденсационная турбина, работающая при
начальных параметрах пара р0 = 3 МПа, t0 — 380 °C и
давлении пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па, имеет одни
промежуточный отбор пара при давлении рп — 0,4 МПа.
Определить секундный и удельный эффективный расходы
пара на турбину, если электрическая мощность турбогене-
ратора Na = 2500 кВт, относительный внутренний к. п. д.
части высокого давления (до отбора) rjoz = 0,74, относи-
тельный внутренний к. п. д. части низкого давления (после
150
отбора) T)o* = 0,76, механический к. п. д. турбины —
= 0,97, к. п. д. электрического генератора = 0,97 и
доля расхода пара, отбираемого из промежуточного отбора
на производство, ап = DVJD = 0,5.
Решение: Энтальпию пара i0 находим по is-диаграм-
ме (рис. 3.15): i0 = 3190 кДж/кг.
Энтальпии пара in а и iK а находим, построив процесс
адиабатного расширения пара на is-диаграмме от начально-
го его состояния до конечно-
го, т. е. in а = 2720 кДж/кг,
i\,a = 2145 кДж/кг.
Энтальпию пара, поступа-
ющего из отбора, определяем
по формуле (3.42):
1п l'o	О'о	f’n.ahoi
= 3190 — (3190 — 2720) X
X 0,74 = 2842 кДж/кг.
Энтальпию пара в конден-
саторе находим по (3.43):
(i п 'к а ) Ло: ~
= 2842 — (2842 — 2145) X
X 0,76 — 2312 кДж/кг.
Эффективную мощность
турбины—из формулы (3.33):
Ме = М3/пг=2500/ 0,97 =
= 2577 кВт.
I, кДж/кг
5, к Дж/(кг-К)
Расход пара на турбину—
ИЗ формулы (3.41):	Рис. 3.15
ZJ Мо/[ (i0 iK) ct п (in
— »к)1ПмПг = 2500/1(3190 — 2312) —0,5 (2842 — 2312)1 0,97X
X0,97= 4,34 кг/с.
Удельный расход пара на турбину — по формуле (3.40)1
de = D(Ne = 4,34 • 3600/2577 = 6,06 кг/(кВт • ч).
Задача 3.66. Конденсационная турбина, работающая при
начальных параметрах пара р0 = 3 МПа, t0 = 380 °C и
давлении пара в конденсаторе р,- = 3 • 103 Па, имеет один
промежуточный отбор пара при давлении ра ~ 0,5 МПа.
Определить эффективную мощность турбины, если расход
пара D = 4,65 кг/с, относительный внутренний к. п. д.
части высокого давления (до отбора) т)о,- = 0,73, относи-
тельный внутренний к. п. д. части низкого давления (после
отбора) = 0,75, механический к. п, д. турбины г]м =
151
= 0,96, к. п. д. электрического генератора = 0,97 и
доля расхода пара, отбираемого из промежуточного отбора
на производство ап = 0>5.
Ответ-. Ne = 2700 кВт.
Задача 3.67. Турбина высокого давления с теплофика-
ционным отбором при давлении рв = 0,14 МПа работает
при начальных параметрах пара ра = 8 МПа, t0 — 500 °C
и имеет на одном из режимов работы относительный вну-
тренний к. п. Д. части высокого давления т}о< = 0,8. При
изменении пропуска пара через турбину при постоянном
давлении отбора относительный внутренний к. п. д. части
высокого давления уменьшился до = 0,74. На сколько
изменился располагаемый теплоперепад части низкого дав-
ления, если давление пара в конденсаторе осталось посто-
янным и равным рк = 6 • 103 Па.
Ответ: АН = 10 кДж/кг.
Задача 3.68. Определить давление пара перед соплами
первой ступени при половинном пропуске пара для турби-
ны с противодавлением малой мощности, выполненной с
дроссельным парораспределением, если давление пара пе-
ред соплами первой ступени при полном пропуске пара
р0 = 1,5 МПа и противодавление р2 — 0,3 МПа.
Ответ: р01 = 0,794 МПа.
Задача 3.69. Определить давление пара перед соплами
регулирующей ступени для Трубины с противодавлением при
расходе пара D = 82 кг/с, если при расходе пара Da =
= 102 кг/с давление пара перед соплами регулирующей
ступени р0 = 7 МПа и противодавление р2 — 3 МПа. Дав-
ление за турбиной неизменно.
Ответ: р01 = 6,45 МПа.
Задача 3.70. Конденсационная турбина с начальным
давлением пара р0 — 2,9 МПа и расчетным расходом пара
Do = 28 кг/с выполнена с дроссельным парораспределени-
ем. Определить расход пара через перегрузочный клапан,
если после его открытия общий расход увеличился до =
= 32,2 кг/с. Давление пара за перегрузочным клапаном
в момент его открытия pt = 2 МПа. Перегрузка турбины
осуществляется обводным клапаном.
Решение: Давление пара в перегрузочной камере
турбины определяем по формуле (3.45):
Ри = Pi^i/Do = 2 • 32,2/28 = 2,3 МПа.
Так как проходные площади в обведенной группе сту-
пеней не меняются и при данных соотношениях давлений
в этих ступенях не возникает критическая скорость, то рас-
152
>д пара через обведенную группу ступеней находим по
>рмуле (3.44):
0 = ^оК(Ро—Pii)/(Po—Pi) =
= 28 К(2,92—2,32)/(2,92 - 22) = 20 кг/с.
Расход пара через перегрузочный клапан
S D„ = Di — D = 32,2 — 20 = 12,2 кг/с.
Ж § 3.5. КОНДЕНСАТОРЫ ПАРОВЫХ ТУРБИН
Ц- Расход (кг/с) охлаждающей воды для конденсатора оп-
Жеделяется из теплового баланса конденсатора
W = D„ (iIt — Q/[ (/; —	(3.47)
£где DK — расход конденсируемого пара, кг/с; iK — энталь-
&ИЯ пара в конденсаторе, кДж/кг; 1Й — энтальпия конден-
®сата, кДж/кг; св — теплоемкость охлаждающей воды,
ЖДж/(кг • К); /в и /в — температуры охлаждающей воды на
«выходе из конденсатора и на входе в него, °C.
Ж. Кратность охлаждения (кг/кг) для конденсатора
ф т = W!Dк = (/„ — (,<)/[ W - И)св].	(3.48)
Количество теплоты (кДж/с), отдаваемой конденсирую-
^щим паром в конденсаторе в течение секунды:
В Q = DK (iK - i’).	(3.49)
Ж, Количество теплоты (кДж/с), воспринимаемой охлаж-
а|Ьнощей водой в конденсаторе в течение секунды:
В' Q = W (tB - t'B)cB.	(3.50)
Ж Поверхность (м2) охлаждения конденсатора определя-
жгся из уравнения теплопередачи
> FK = Q/ (кД/ср),	(3.51)
Яме к — коэффициент теплопередачи, кВт/(м2 • К); Д/Ср —
Яюедний температурный напор в конденсаторе, °C, опреде-
гаемый по формуле
Ж Д/ор = /„.п - (/' + /0/2,	(3.52)
ЯрЬ /и.п — температура насыщенного пара, °C.
К-	153
Задача 3.71. Определить расход охлаждающей воды для
конденсатора паровой турбины, если расход конденсирую-
щего пара DK — 16,8 кг/с, энтальпия пара в конденсаторе
1К = 2300 кДж/кг, давление пара в конденсаторе рк ~
— 3 • 103 Па, температура охлаждающей воды на входе
в конденсатор t'B = 10 °C, а температура выходящей воды
на 5 °C ниже температуры насыщенного пара в конденсато-
ре-
Ответ: W — 1010 кг/с.
Задача 3.72. Определить расход охлаждающей воды и
кратность охлаждения для конденсатора паровой турбины,
если расход конденсирующего пара Dv — 10 кг/с, энталь-
пия пара в конденсаторе iK — 2360 кДж/кг, давление пара
в конденсаторе рк ~ 3,5 • 103 Па, температура охлаждаю-
щей воды на входе в конденсатор t'B = 13 °C, а температура
выходящей воды на 4 °C ниже температуры насыщенного
пара в конденсаторе.
Решение: Температуру насыщенного пара при дав-
лении рк = 3,5 • 10s Па определяем по табл. 2 (см. Прило-
жение): /н.о = 26,7 °C.
Температура охлаждающей воды на выходе из конден-
сатора
/в" = *к.п — 4 = 26,7 — 4 = 22,7 °C.
Энтальпию конденсата при давлении рк — 3,5 • 103 Па
находим также по табл. 2 (см. Приложение): i'K =
= 111,8 кДж/кг.
Расход охлаждающей воды для конденсатора опреде-
ляем по формуле (3.47):
W = Dk (iK — 1к)/[ (/в' — /;)св] = Ю (2360 — 111, 8)/ X
X I (22,7 — 13)4,19] = 553 кг/с.
Кратность охлаждения для конденсатора — по форму-
ле (3.48):
т = W(DK = 553/10 = 55,3 кг/кг.
Задача 3.73. Определить кратность охлаждения для кон-
денсатора паровой турбины, если пар поступает в конден-
сатор при давлении рк = 3,5 • 103 Па со степенью сухости
х — 0,91. Температура охлаждающей воды на входе в кон-
денсатор /в — И °C, а температура выходящей воды на
5 °C ниже температуры насыщенного пара в конденсаторе.
Ответ: т = 49,6 кг/кг.
Задача 3.74. Конденсационная турбина с одним проме-
жуточным отбором пара при давлении рп = 0,4 МПа рабо-
тает при начальных параметрах пара р0 — 4 МПа, t0 ~
= 425 °C и давлении пара в конденсаторе рк = 3,5 • 10я Па.
154
S Определить расход охлаждающей воды и кратность охлаж-
дения для коденсатора паровой турбины, если расход кон-
денсирующего пара DK = 6,5 кг/с, температура охлаж-
дающей воды на входе в конденсатор t'3 = 10 °C, температу-
„ ра выходящей воды на 5 °C ниже температуры насыщенного
’. пара в конденсаторе и относительные внутренние к. п. д.
' части высокого давления и
• ₽= По/ - 0,8.
Решение: Энтальпию
' дара /0 находим по /х-диа-
' грамме (рис. 3.16): /0 =
= 3280 кДж/кг.
Энтальпии пара io.a и
определяем, построив
на is-диаграмме процесс
адиабатного расширения
пара от начального его со-
стояния до конечного: in.a=
• = 2725 кДж/кг; /к а =
= 2130 кДж/кг.
, Энтальпию пара, посту-
пающего из отбора, опре-
делясм по формуле (3.42):
• . *п ’	(io ^п.а)По/ ~
= 3280 — (3280 — 2725) X
X 0,8 = 2836 кДж/кг.
Энтальпию пара в кон-
денсаторе — по формуле (I
»К = in — (in — 1Ка)По/ = 2836 — (2836 — 2130) X
X 0,8 = 2271 кДж/кг.
Энтальпию конденсата и температуру насыщенного
пара прн давлении рк = 3,5 • 103 Па находим по табл. 2
'(см. Приложение):
/'к = 111,8 кДж/кг; /„ п = 26,7 °C.
части низкого давления rjoi =
I, кДж/кг

L^227t
= 2130
Lq~32 80
ifj -2836
t ->г5°с
to .
X
п и

S, кДж/(кг-К)
Рис. 3.16
.43):
Температура охлаждающей воды на выходе из конден-
сатора
£ = *и.п — 5 = 26,7 — 5 = 21,7 °C.
Расход охлаждающей воды для конденсатора определя-
. ем по формуле (3.47):
; t W = DK (iR — I”)/ [(/"- /а)св1 = 6,5 (2271 — 111,8)/
й /I (21,7 — 10)4,19] = 286,4 кг/с.
156
Кратность охлаждения для конденсатора — по форму,
ле (3.48):
т = W/DK = 286,4/6,5 = 44 кг/кг.
Задача 3.75. Конденсационная турбина с одним проме'
жуточным отбором пара при давлении ptl = 0,4 МПа рабо'
тает при начальных параметрах пара р0 = 3 МПа, t0 =
= 380 °C и давлении пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па.
Определить расход охлаждающей воды и кратность охлаж-
дения для конденсатора паровой турбины, если расход кон-
денсирующего пара DK = 8,5 кг/с, температура охлаж-
дающей воды на входе в конденсатор £ = 11 °C. темпера-
тура воды на выходе из конденсатора fB = 21 °C, относи-
тельный внутренний к. п. д. части высокого давления г]/,/ =
= 0,74 и относительный внутренний к. п. д. части низкого
давления t]oi = 0,76.
Ответ: W = 444,5 кг/с; т ~ 52,3 кг/кг.
Задача 3.76. Конденсационная турбина работает при
начальных параметрах пара р0— 3,5 МПа, t0 = 435 °C и
давлении пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па. Определить
количество теплоты, отдаваемой конденсирующимся паром
в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего
пара DK — 12 кг/с и относительный внутренний к. п. д.
турбины т|0£ = 0,76.
Ответ: Q = 27 348 кДж/с.
Задача 3.77. Определить количество теплоты, восприни-
маемой охлаждающей водой в конденсаторе паровой турби-
ны, если расход конденсирующего пара DK — 8,5 кг/с,
кратность охлаждения т = 54 кг/кг, давление пара в кон-
денсаторе рк = 3 • 103 Па, температура охлаждающей во-
ды на входе в конденсатор tB = 12 °C и температура выхо-
дящей воды на 4 °C ниже температуры насыщенного пара
в конденсаторе.
Ответ: Q = 15 386 кДж/с.
Задача 3.78. Для паровой турбины эффективной мощ-
ностью Ne = 2600 кВт с удельным расходом пара de =
= 6,5 кг/(кВт • ч) определить количество теплоты воспри-
нимаемой охлаждающей водой в конденсаторе турбины,
если кратность охлаждения т = 55 кг/г, температура ох-
лаждающей воды на входе в конденсатор tB — 10,5 °C и
температура воды на выходе из конденсатора tB = 21 °C.
Ответ: Q = 11 374 кДж/с.
Задача 3.79. Для паровой турбины эффективной мощно-
стью Nв — 2000 кВт с удельным расходом пара de =
156
|ВЧв 5,5 кг/ (кВт • ч) определить поверхность охлаждения
ELwih пенсатопа турбины, если энтальпия пара в конденсато-
Икрй iK = 2350 кДж/кг, давление пара в конденсаторе рк =
W = 5 • 103 Па, коэффициент теплопередачи к —
ж = 3,9 кВт/(м2 • К) и средний температурный напор в
Ж'жонденсаторе Л/Ср = 10 °C.
Ответ: FK — 173,3 м2.
Задача 3.80. Конденсационная турбина эффективной
эщиостью Л/е = 5000 кВт с удельным расходом пара de =
5,8 кг/(кВт • ч) рабо-
ет при начальных пара-
рах пара р0 = 3,5 МПа,
=435 °C и давлении пара в
гонденсаторерк=4-103 Па.
^Определить поверхность
Охлаждения конденсатора
Турбины, если температура
Охлаждающей воды на вхо-
Ое в конденсатор /в=14°С,
^температура воды на выхо-
из конденсатора /£ =
1=24 СС, коэффициент теп-
лопередачи /с=4 кВт/(м2- К)
 относительный внутрен-
ний К. П. Д. турбины T}oi =
0,75.
S, кДж/(кг-К)
Рис. 3.17

Решение: Расход
уэнденсирующего пара оп-
ределяем из формулы (3.40):
5. D = DK = de Л/е/3600 =
5,8 • 5000/3600 = 8,06 кг/с.
Энтальпию пара i0 определяем по ts-диаграмме
Вис. 3.17): t0 = 3320 кДж/кг.
* Энтальпию пара 1ка находим, построив процесс адиа-
Й1тного расширения пара на zs-диаграмме: iK а =
2120 кДж/кг.
'д Энтальпия пара в конденсаторе
fe iK = iQ — (i0 — iH.a) T]oi = 3320 — (3320 — 2120) X
0,75 = 2420 кДж/кг.
I' Энтальпию конденсата при давлении рк — 4 • 103 Па
Шходим из табл. 2 (см. Приложение): Гк — 121 кДж/кг.
Количество теплоты, отдаваемой конденсирующим па-
вой в конденсаторе в течение секунды, — по формуле
157
Q = DK (Ik — Q = 8,06 (2420 — 121) = 18 530 кДж/с.
Температуру насыщенного пара при давлении рк =
= 4 • 1 б3 Па — по табл. 2 (см. Приложение): fH,n = 29 °C.
Средний температурный напор в конденсаторе —по фор-
муле (3.52):
Д/ср = *н.п - W + 4')/2 = 29 ~ (14 + 24)/2 = 10 °C.
Поверхность охлаждения конденсатора — по формуле
(3.51):
FK = Q/ (кД/ср) = 18 530/ (4 • 10) = 463,2 м2.
Задача 3.81. Определить поверхность охлаждения кон-
денсатора турбины, если расход охлаждающей воды для
конденсатора W = 450 кг/с, кратность охлаждения т —
= 55 кг/кг, энтальпия пара в конденсатора iK =
— 2400 кДж/кг, давление пара в конденсаторе рк =
= 4 • 108 Па, температура охлаждающей воды на входе в
конденсатор t'n — 12 °C, температура воды на выходе из
конденсатора t”B = 22 °C и коэффициент теплопередачи к =
= 3,7 кВт/(м2 • К).
Ответ: FK = 420,9 м2.
Задача 3.82. Определить средний температурный напор
в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего
пара DK — 7,6 кг/с, энтальпия пара в конденсаторе iK =
= 2330 кДж/кг, давление пара в конденсаторе рк =
— 3,5 • 10s Па, поверхность охлаждения конденсатора
FK = 410 м2 и коэффициент теплопередачи к —
= 3,65 кВт/ (м2 • К).
Ответ: Д/ср = 11,3 °C.
Задача 3.83. Определить средний температурный напор
в конденсаторе турбины, если расход конденсирующего па-
ра Ок ~ 7,8 кг/с, кратность охлаждения т = 55 кг/кг, дав-
ление пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па, температура
охлаждающей воды на входе в конденсатор Д = 12 °C, тем-
пература выходящей воды на 6 °C ниже температуры насы-
щенного пара в конденсаторе, поверхность охлаждения кон-
денсатора FK == 430 м2 и коэффициент теплопередачи к =
= 4 кВт/(м2 • К).
Ответ: Д/ср — 11,5 °C.
168
ГЛАВА 4
ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ И ГАЗОТУРБИННЫЕ
УСТАНОВКИ
§ 4.1. ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ
Характеристики рабочего процесса турбинной ступени.
Располагаемый теплоперепад в ступени (кДж/кг) турбины
определяется по формуле
/ie = ik/(k~ 1)}/?Т0[1 - (р2/р0)(*-»М],	(4.1)
где k — показатель адиабаты; R — газовая постоянная
1 кг газа, Дж/(кг • К); р0 и То — начальные параметры
(давление (Па) и абсолютная температура (К)1 газа перед
ступенью турбины с учетом начальной скорости; р2 — дав-
ление газа за ступенью турбины, Па.
Действительная скорость (м/с) истечения газа из сопл
G = 44,7<р V h0 (1 —р) =
= 44,7<₽ V	KW -(p2/p0)<4-|/A)f(l -Р) ,
(4.2)
где <р = 0,93 ...0,98 — скоростной коэффициент сопла;
р2 = Pi — давление газа за ступенью турбины, Па; р —
степень реактивности ступени.
Степень реактивности р, окружная скорость на середине
лопатки и, относительная скорость входа газа на лопатки
Wt, относительные скорости выхода газа из канала между
рабочими лопатками в активной и реактивной ступенях ш2,
абсолютная скорость выхода газа из канала между рабочи-
ми лопатками с2, угол входа газа на рабочую лопатку р1(
угол наклона абсолютной скорости выхода газа из канала
между рабочими лопатками а2 и работа 1 кг газа определя-
ются по формулам для паровых турбин (см. § 3.1).
Потери в ступенях турбины и коэффициенты полезного
Действия. Рабочий процесс в ступенях турбины сопровож-
дается рядом потерь тепловой энергии. К основным поте-
рям энергии в ступени турбины относятся потери энергии
в соплах, на лопатках, с выходной абсолютной скоростью,
На тренне и вентиляцию, от утечек через зазоры в уплотне-
ниях.
159
Потери энергии в соплах hc, на лопатках h„ с выходной
абсолютной скоростью ha и относительный к. п. д. на лопат-
ках т]ол определяются по формулам (3.12), (3.13), (3.14),
(3.15) и (3.18).
Потери тепловой энергии на трение и вентиляцию
(кДж/кг) при вращении диска турбины
йт.в = [ 1,46<f + 0,83 (1 — e)d/'-5] (l/v)(«3/10e) (1/Мг),
(4.3)
где d — средний диаметр ступени, м; е — степень парци-
альности ступени; — высота лопаток, см; v — удельный
объем газа, окружающего диск, м3/кг; Мг — расход газа
в ступени, кг/с.
Потери теплоты (кДж/кг) от утечек газа через зазоры в
уплотнениях
йут = Л4У1ЙО/А4Г,	(4.4)
где Л4ут — расход газа на утечки, кг/с.
Потери теплоты в ступени оцениваются относительным
внутренним к. п. д. ступени t]oi, который представляет со-
бой отношение использованного теплоперепада ht к распо-
лагаемому теплоперепаду в ступени h0, т. е.
t|of “ hifh0 — (/i0 - йс	/iB йТеВ /iyT)//iB.
(4.5)
К. п. д. турбины. Потери теплоты внутри турбины оце-
ниваются относительным внутренним к. п. д., который пред-
ставляет собой отношение использованного теплоперепада
Ht к располагаемому теплоперепаду в турбине //0, т. е.
т]оГ=	(4.6)
Значения относительного внутреннего к. п. д. газовых тур-
бин находятся в пределах 0,85 ...0,9.
Механические потери оцениваются механическим к. п. д.
t]M, который представляет собой отношение эффективной
мощности Ne к внутренней Мв, т. е.
Пм =	(4.7)
Значения механического к. п. д. турбин находятся в пре-
делах 0,96 ...0,99.
160
Потери теплоты внутри турбины и механические потери
цениваются относительным эффективным к. п. д. турбины
По.е = По/Пм-	(4.8)
Щначения т]ое турбин в зависимости от их мощности нахо-
дтся в пределах 0,8 ...0,9.
Мощности турбины. Эффективной мощностью Ме (кВт)
Называют мощность, снимаемую с вала турбины, которая
Определяется по формуле
t Ne = Gr//0Tio.e-	(4.9)
Внутренняя (индикаторная) мощность (кВт) находится
JS формулы (4.7).
| Расход газа турбиной. Секундный расход газа турбиной
|кг/с) определяется по формуле
 Gr = Уе/(Я0т]0.е).	(4.10)
Удельный эффективный расход газа [кг/(кВт • ч)1 пред-
ставляет собой отношение секундного расхода газа Gr к эф-
фективной мощности Ме, т. е.
ge = Gr/Me = 3600/ (Я0т]о,е).	(4.11)
Задача 4.1. В активной ступени газ с начальным давле-
1Йем р0 — 18 МПа и температурой /0 = 650 °C расширяется
Ч Pi = 0,1 МПа. Определить действительную скорость не-
сения газа из сопл и окружную скорость на середине ло-
втки, если известны скоростной коэффициент сопла <р =
= 0,97, средний диаметр ступени d = 0,9 м, частота вра-
щения вала турбины п = 60 об/с, показатель адиабаты k =
 1,35 и газовая постоянная'/? = 288 Дж/ (кг • К).
Ответ: cL = 523 м/с, и = 169,5 м/с.
I Задача 4.2. Определить относительные скорости входа
Ьа на лопатки и выхода газа из канала между рабочими
ыпатками в активной ступени, если известны располагае-
Ый теплоперепад в ступени турбины h0 = 200 кДж/кг,
Коростной коэффициент сопла <р = 0,96, угол наклона
эпла к плоскости диска аг = 16°, средний диаметр ступени
== 0,9 м, частота вращения вала трубины п — 3000 об/мин
. скоростной коэффициент лопаток ф = 0,87.
" Ответ: wt = 473,5 м/с; = 412 м/с.
. Задача 4.3. В активной ступени газ с начальным давле-
нием р0 — 0,29 МПа и температурой /0 = 800 °C расширя-
. Зак. 1088	161
ется до pt — 0,15 МПа. Определить абсолютную скорость
выхода газа из канала между рабочими лопатками и постро-
ить треугольник скоростей, если скоростной коэффициент
сопла <р ~ 0,95, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,87,
угол наклона сопла к плоскости диска cti = 15°, отношение
окружной скорости на середине лопатки к действительной
скорости Истечения газа из сопл — 0,44, угол выхода
газа из рабочей лопатки 02 = 0Х — 5°, показатель адиабаты
k = 1,34 и газовая постоянная R — 288 Дж/(кг • К).
Ответ: с2 — 108 м/с.
Задача 4.4. В реактивной ступени газ с начальным дав-
лением рд — 0,29 МПа и температурой t0 = 820 °C расши-
ряется до рг — 0,15 МПа. Построить треугольник скоростей,
если скоростной коэффициент сопла ср = 0,965, угол накло-
на сопла к плоскости диска = 17 °, скоростной коэффи-
циент лопаток ф = 0,875, отношение окружной скорости
на середине лопатки к действительной скорости истечения
газа из сопл и/сх = 0,5, угол выхода газа из рабочей ло-
патки 02 = 20°, степень реактивности ступени р — 0,48,
показатель адиабаты k = 1,34 и газовая постоянная R ~
— 288 Дж/(кг • К).
Решение: Действительную скорость истечения газа
из сопл определяем по формуле (4.2):
С1 == 44,7<р V (W-l)l RTg [1 —(^а/р0)<А-»)/*] (1 -Р) =
= 44,7• 0,965 ]Л[1,34/(1,34—1)1 0,288“х
X* 1093 [1 —(0,15/0,29)(,'34~1>/1.з4)] (1 -0,48) =
= 431 м/с.
Окружную скорость на середине лопатки — из соотно-
шения u/cj = 0,5:
и = 0,5cj = 0,5 • 431 = 215,5 м/с.
Относительную скорость входа газа на лопатки — по
формуле (3.5):
w1 = ycti+ut—2tj и cos ar =
= ]/4312-f-215,52—2 • 431 • 215,5  0,956 = 234 м/с.
Относительную скорость выхода газа из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
1Ь2
*' wa = 44,74’ J/р (W-l)l РТ0[1-(Рг/Р0Ук-'"к f+
~+(&y1/44,7)2 = 44,7-0,875 X
X У0,48 [1,34/(1,34 — 1)] 0,288 X*
Абсолютную скорость выхода газа из канала между ра-
/ бочими лопатками — по формуле (3.8):
Са = VW2 4- и2 — 2w2 и COS 02 =
= К4282-1-215,5*—2-428.215,5 . 0,94 = 237 м/с.
Угол входа газа на рабочую лопатку — из соотношения
М:
tg 0t — сх sin ах / (сх cos ах — и) = 431 • 0,292/
/ (431 • 0,956 — 215,5) = 0,64; 0Х = 32°36'.
Угол наклона абсолютной скорости выхода газа из ка-
нала между рабочими лопатками — из соотношения (3.10)
cos a2 = (w2 cos 0г — u)/ct = (428 • 0,94 — 215,5)/
/237 = 0,8; аг = 36°48'.
Треугольники скоростей, построенные на основании
этих расчетов, приведены на рис. 4.1.
Задача 4.5. В реактивной ступени газ с начальным дав-
лением р0 = 0,48 МПа и температурой t0 = 800 °C расши-
,<игется до ps = 0,26 МПа. Определить степень реактивности
Ступени, если теплоперепад на лопатках hs = 86,5 кДж/кг,
Показатель адиабаты k — 1,4 и газовая постоянная 7? =
288 Дж/(кг - К).
Ответ: р — 0,5.
163
Задача 4.6. Определить работу 1 кг газа на лопатках в
реактивной ступени, если располагаемый теплоперепад
h0 = 110 кДж/кг, скоростной коэффициент сопла ф = 0,965,
скоростной коэффициент лопаток ф = 0,86, угол наклона
сопла к плоскости диска at = 16°, отношение окружной
скорости на середине лопатки к действительной скорости ис-
течения газа из сопл и/с1 = 0,44, угол выхода газа из ра-
бочей лопатки равен углу входа газа на рабочую лопатку
р2 =	= 22° и степень реактивности ступени р = 0,5.
Ответ-. I = 67,4 кДж/кг.
Задача 4.7. В активной ступени газ с Начальным давле-
нием р0 = 0,18 ДШа и температурой t0 = 650 °C расширя-
ется до р± — 0,1 МПа. Определить относительный к. п. д.
на лопатках, если скоростной коэффициент сопла ф = 0,97,
скоростной коэффициент лопаток ф = 0,9, угол наклона
сопла к плоскости диска = 14°, отношение окружной ско-
рости на середине лопатки к действительной скорости исте-
чения газа из сопл и/с1 = 0,5, угол выхода газа из рабочей
лопатки Р2 = 21°, показатель адиабаты k = 1,35 и газовая
постоянная R — 288 Дж/(кг • К).
Ответ: т|0.л — 0,86.
Задача4.8. Определить относительный внутренний к. п. д.
активной ступени, если располагаемый теплоперепад в сту-
пени h0 = 185 кДж/кг, скоростной коэффициент сопла ф =
= 0,95, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,87, угол
выхода газа из рабочей лопатки р2 = 23°, угол наклона
сопла к плоскости диска а2 = 15°, средний диаметр ступе-
ни d= 1,35 м, частота вращения вала турбины п —
~ 3600 об/мин, степень парциальности ступени е — 1, вы-
сота лопаток 1г = 0,07 м, удельный объем газа v = 1,51 мя/кг,
расход газа в ступени А1Г = 25 кг/с и расход газа на утеч-
ки Л1ут = 0,4 кг/с.
Ответ: п" — 0,773.
•GI
Задача 4.9. В реактивной ступени газ с начальным дав-
лением ра = 0,48 МПа и температурой /0 = 800 °C расши-
ряется до р2 — 0,26 МПа. Определить относительный вну-
тренний к. п. д. ступени, если скоростной коэффициент соп-
ла ф = 0,96, скоростной коэффициент лопаток ф = 0,95,
угол наклона сопла к плоскости диска а1 = 22°, угол вы-
хода газа из рабочей лопатки р2 — 24°, средний диаметр
ступени d ==.0,71 м, частота вращения вала турбины п =
— 6000 об/мин, степень парциальности ступени 8=1, вы-
сота лопаток = 0,06 м, удельный объем газа и = 1,51 м3/кг,
степень реактивности ступени о = 0,35, расход газа в сту-
пени Afr = 20 кг/с, расход газа на утечки Мут = 0,2 кг/с,
показатель адиабаты k — 1,4 и газовая постоянная А? =
= 287 Дж/(кг • К).
, Решение: Располагаемый теплоперепад в ступени
определяем по формуле (4.1):
. Ло= [fe/(fe-l)]/?T0 [1-(р2/р0)^-‘>М] = [1,4/(1,4-1)] х
0,287 • 1073 (I — (0,26/0,48)<1-4-1>/м] = 172,4 кДж/кг.
Действительную скорость истечения газа из сопл — по
^формуле (4.2):
q = 44,7<pVh0 (1 — р) = 44,7 - 0,9бУ172,4 (1—0,35) =
= 455 м/с.
' - Потери энергии в соплах — по формуле (3.12):
he = (1/<р2 — 1И/2000 = (1/0,962 — 1) 4552/2000 =
== 8,9 кДж/кг.
Окружную скорость на середине лопатки — по форму
ле (3.4):
и = лс/п/60 = 3,14 • 0,71 • 6000/60 = 223 м/с.
Относительную скорость входа газа на лопатки — по
эормуле (3.5):
w1~yr cf + u2—2cj и cos —
= У4552 4-2232 —2-455-223-0,927 = 262 м/с.
 . Относительную скорость выхода газа из канала между
рабочими лопатками — по формуле (3.7):
. &у2 = 44,7ф]/ ph04-(su1/44,7)2 =
= 44,7-0,95 V0,35-172,4 + (262/44,7)2’ =414 м/с.
•. Потери энергии на лопатках — по формуле (3.14):
йл = (1/<р2 — 1)да2/2000 = (1/0,952 — I) 4142/2000=
*= 9,4 кДж/кг.
•’ Абсолютную скорость выхода газа из канала между ра-
бочими лопатками — по формуле (3.8):
сг = У 4- ца—2&y2ucosp2 =
= У41424- 2232 -2-414- 223 - 0,914 = 229 м/с.
165
Потери энергии с выходной абсолютной скоростью —
по формуле (3.15):
ha = сг/2000 = 229V2000 = 26,2 кДж/кг.
Потери энергии на трение и вентиляцию — по формуле
(4.3):
Лт в = [ 1,46d2 + 0,83 (1 — e)d/p] (1/и) (и3/10е) (1//Иг)=
= [1,46 • 0,712 + 0,83 (1 — 1)0,71 • 61’6] (1/1,51) (2233/10«)х
X (1/20) = 0,27 кДж/кг. *
Потери теплоты от утечек газа через зазоры в уплотне*
ниях — по формуле (4.4):
йут — А4утйп/А4г = 0,2 • 172,4/20 = 1,72 кДж/кг.
Относительный внутренний к. п. д. ступени — по фор-
муле (4.5):
П"- ~ (^о	hB h.r в йут)/^о = (172,4 •
—8,9 — 9,4 — 26,2 — 0,27 — 1,72)/172,4 = 0,73.
Задача 4.10. Турбина работает с начальными парамет-
рами газа р(, = 0,32 МПа, tn = 827 °C и давлением газа за
турбиной р2 = 0,15 МПа. Определить эффективную мощ-
ность и удельный эффективный расход газа турбины, если
расход газа бг = 28 кг/с, относительный эффективный
к. п. д. турбины т]0.е = 0,74, показатель адиабаты k —
= 1,34 и газовая постоянная R = 288 Дж/(кг • К).
Решение: Располагаемый теплоперепад в турбине
определяем по формуле (4.1):
Но = [k/(k—l)]RT0	= [ 1,34/(1,34-1)]X
X 0,288 • 1100 [1—(О,15/О,32)<1’34-’)/1.з4] = 216,7 кДж/кг.
Эффективную мощность турбины — по формуле (4.9):
Ме = бЛоПо.е = 28 • 216,7 • 0,74 = 4488 кВт.
Удельный эффективный расход газа — по формуле (4.11):
^е=ЗбОО/(Я0т1о.е) = 3600/(216,7 • 0,74) = 22,4 кг/(кВт-ч).
Задача 4.11. Турбина работает с начальными парамет-
рами газа р() — 0,48 МПа, t0 = 727 °C и давлением газа
за турбиной р2 = 0,26 МПа. Определить внутреннюю мощ-
ность турбины, если расход газа Gr ~ 26 кг/с, относитель-
ный эффективный к. п. д. турбины т]0,е = 0,75, механи-
ческий к. п. д. турбины т]м = 0,98, показатель адиабаты
k = 1,4 и газовая постоянная R = 287 Дж/(кг • К).
Ответ: NB = 3197 кВт.
ц>()
Задача 4.12. Турбина работает с начальными парамет-
рами газа /70 = 0,292 МПа, t0 = 800 °C и давлением газа за
турбиной /)2 = 0,152 МПа. Определить эффективную мощ-
ность и удельный эффективный расход газа турбины, если
расход газа Gr = 28 кг/с, относительный эффективный
К. п. д. турбины т)о.е = 0,79, показатель адиабаты k — 1,34
и газовая постоянная R = 288 Дж/(кг • К).
Ответ: Ne = 4092 кВт; ge — 24,6 кг/(кВт • ч).
Задача 4.13. Турбина работает с начальными парамет-
рами газа р0 = 0,48 МПа, t0 ~ 800 °C и давлением газа за
турбиной р2 = 0,26 МПа. Определить, на сколько умень-
шится эффективная мощность турбины, если при том же
расходе газа Gr = 20 кг/с относительный эффективный
к. п. д. турбины уменьшается с т]ое = 0,75 до т)о.е = 0,73.
Рабочий газ обладает свойствами воздуха.
Ответ: &Ne ~ 70 кВт.
Задача 4.14. Определить относительные эффективный и
внутренний к. п. д. турбины, если эффективная мощность
турбины Ne = 7000 кВт, расход газа Gr = 28,5 кг/с, рас-
полагаемый теплоперепад в турбине Но = 295 кДж/кг и
использованный теплоперепад Ht = 253 кДж/кг.
Ответ: т]0.е = 0,832; т]оЛ — 0,858.
Задача 4.15. Определить секундный расход газа и ме-
ханический к. п. д. турбины, если эффективная мощность
турбины А/е — 6400 кВт, располагаемый теплоперепад в
турбине Но = 276 кДж/кг, относительный эффективный
к. п. д. турбины т]0.в = 0,79 и относительный внутренний
К. п. д. турбины т]ог- = 0,81.
Ответ: Gr = 29,4 кг/с; tjm = 0,975.
§ 4.2. ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ (ГТУ)
Параметры, характеризующие работу ГТУ. Потери в
ГТУ подразделяются на внутренние, влияющие непосредст-
венно на изменение состояния рабочего тела, и внешние.
К основным внутренним потерям относятся потери теплоты
в газовой турбине, компрессоре и камере сгорания.
Внутренние потери в ГТУ оцениваются внутренним
К. п. д. установки, который определяется по формуле
(4 |2)
о (1/пк)
167
где T]oi — относительный внутренний к. п. д. газовой тур-
бины; т]к с — к. п. д. камеры сгорания; т]к — внутренний
(адиабатный) к. п. д. компрессора; т = TJT3 — отноше-
ние абсолютной температуры газов (Т3), выходящих из ка-
меры сгорания, к абсолютной температуре воздуха (Т3),
засасываемого в компрессор; X = pt/pi — степень повыше-
ния давления в компрессоре; р3 и р2 — давление воздуха
перед компрессором и после него, Па; m = (k — 1)//г, k—
показатель адиабаты.
Внешние (механические) потери оцениваются механи-
ческим к. п. д. установки (т}£ТУ).
Внутренние и внешние потери оцениваются эффектив-
ным к. п, д. установки:
пгту=Г1гту пгту.	(4.13)
Эффективная мощность (кВт) находится по формуле
(4.14)
где Ne.v — эффективная мощность турбины, кВт; /Уек —
эффективная мощность привода компрессора, кВт.
Внутренняя мощность (кВт)
уугту^ дггту/т)гту.	(4.15)
Удельный расход (кг/(кВт • ч)] воздуха
(/гту = з6006в/У[ту	(4 16)
Удельный расход (кДж/(кВт • ч)] теплоты
(?[ТУ = 36ОО/г]ГтУ.	(4.17)
Удельный эффективный расход [кг/(кВт • ч)1 топлива
Ьгту = 36005/Л^ТУ = 3600/пгту	(4. ] 8)
где В — расход топлива в ГТУ, кг/с.
Способы повышения экономичности ГТУ. Экономичность
ГТУ можно повысить как за счет применения регенерации
теплоты отработавших в турбине газов, так и за счет сту-
пенчатого сжатия воздуха с промежуточным его охлажде-
нием.
1G8
Внутренний к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты нахо-
дится по формуле
По(. г (1- 1/Х"')-(V- 1)/Лк
ft
к
Т1[ТУ= ----------:------------------------------- П,(С>
(4.19)
где а — степень регенерации, определяется по формуле
(4.20)
где и — температура воздуха перед регенератором и
после него, °C; tr — температура газа перед регенератором,
°C.
Эффективный к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты
^гту^гту^гту.	(4.21)
Внутренний к. п. д. ГТУ с двухступенчатым сжатием
воздуха и регенерацией
^ГТУ^
1-* 1-По/ (1
|	\ Л
p
1 \	X"»	— 1	К'»	—	1
1	1	1	г
— I и • —------------------—’ —
X"1 /	01	Tj Т]К1	т2	Т],<2
/ Гт 1 \ 11к.С>
1-о /	1 \
-	! + _2----------
Т2 \	Л К2 /
(4-22)
W„, где t|ki и У|к2 — соответственно внутренние к. п. д. первого
ЯКИ второго компрессоров; и Х2 — соответственно степени
ЯКйовышения давления в первом и втором компрессорах; X =
Яд,*8 ХцХ2 — степень повышения давления в установке; tj =
ЯК	7УЛ—отношение абсолютной температуры газов (TJ,
Дудыходяш,их из камеры сгорания, к абсолютной температуре
«В;4|6здуха (Т3), засасываемого в первый компрессор; т2 =
ж Тх/Т3— отношение абсолютной температуры газов (7\),
2Й) |ЫХодяш,их из камеры сгорания, к абсолютной температу-
ge воздуха (Тз), засасываемого во второй компрессор.
да-, . Задача 4.16. Определить внутренний к. п. д. ГТУ, если
«известны степень повышения давления в компрессоре X =
ИЕ’®3 4, температура всасываемого воздуха в компрессор t3 —
К» 883 20 °C, температура газа на выходе из камеры сгорания
Вк-А = 700 °C, относительный внутренний к. п. д. турбины
= 0,88, внутренний к. п. д. компрессора т]н — 0,85,
169
к. п. д, камеры сгорания г]к.с ~ 0,97 и показатель адиаба-
ты k = 1,4.	,
Ответ'. т,[ту = 0.175.
Задача 4.17. Определить эффективный к. п. д. ГТУ, если
степень повышения давления в компрессоре X = 3,9, тем-
пература всасываемого в компрессор воздуха t3 — 22 °C,
температура газа на выходе из камеры сгорания tt — 717° С,
относительный внутренний к. п. д. турбины т]ог = 0,89,
внутренний к. п. д. компрессора т]к
Рис. 4.2
— 0,86, к. п. д. камеры
сгорания т]к с = 0,98,
механический к. п.д.
— 0,88 и пока-
затель адиабаты k =
= 1,4.
Ответ.'. т|£ту =
«0,167.
Задача 4.18. Опре-
делить внутренний
к. п.д. ГТУ с регене-
рацией теплоты, если
степень регенерации
а = 0,7, степень повышения давления в компрессоре Х = 3,16,
температура всасываемого воздуха в компрессор /3 = 27 °C,
температура газа на выходе из камеры сгорания ^ = 707 °C,
относительный внутренний к. п. д. турбины т]ог = 0,87,
внутренний к. п. д. компрессора rjK — 0,85, к. п.д. камеры
сгорания т]к с = 0,97 и показатель адиабаты k — 1,4.
Ответ: т]Гту = 0,31.
Задача 4.19. Определить эффективный к. п. д. ГТУ
(рис. 4.2), работающий со сгоранием топлива при постоян-
ном давлении с регенерацией теплоты, если степень повы-
шения давления в компрессоре % = 5, температура всасы-
ваемого воздуха в компрессор 1 t3 — 20 °C, температура га-
за на выходе из камеры сгорания 3	= 702 °C, температу-
ра воздуха перед регенератором 2	= 220 °C, температура
воздуха после регенератора fB = 337 °C, температура газов
перед регенератором fr — 387 °C, относительный внутрен-
ний к. п. д. турбины 4t)oJ =. 0,88, внутренний к. п. д. ком-
прессора т]к — 0,85, к. п. д. камеры сгорания t]R.c — 0,98,
механический к. п. д. р^ту — 0,88 и показатель адиабаты
k = 1,4.
Решение: Степень регенерации ГТУ находим по
формуле (4.20):
170
о	fr _ q = (337 — 220)/(387 —220) - 0,7.
Внутренний к. п. д, ГТУ с регенерацией теплоты опре-
деляем по формуле (4.19), в которой т ~ (k— l)/fe =
= (1,4 — 1)/1,4 = 0,286;
гту	Чо+ (1-1 А")-(У”- 1)/Лк
ту. *у = --------------------------------------------X
'	т-{(1-а)[1 + (Х"1- 1)/Чн] + ат[1- (1-1
х______________0,88 (975/293) (1 — 1 /5°’286) —
975/293 —{(1-0,7) [1 + (50’286 — 1)/0,85] +
—> --------~^O,.28!.~1)/0’8.5------- 0,98 = 0,325.
+ 0,7 (975/293) [1—(1—1/5°.286)0,88J}
Рис. 4.3
Эффективный к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты на-
ходим по формуле (4.21):
пгту = пгту пгту = 0,325• 0,88 = 0,286.
Задача 4.20. Определить эффективный к. п. д., эффек-
тивную и внутреннюю мощность ГТУ с двухступенчатым
сжатием и регенерацией (рис. 4.3), если температура всасы-
ваемого воздуха в компрессор низкого давления /3= 17 °C,
температура воздуха после охладителя 2 t'3 = 20 °C, тем-
пература газа на выходе из камеры сгорания 5 tr = 800 °C,
степени повышения давления в компрессоре низкого дав-
ления 1 и компрессоре высокого давления 3 Xj = Л2 = 3,16,
температура воздуха перед регенератором 4 t'i = 134 °C,
температура воздуха после регенератора 4 = 239 °C, тем-
171
пература газов перед регенератором t'r = 284 °C, относи-
тельный внутренний к. п. д. турбины 6 т)о( = 0,87, вну-
тренние к. п, д. компрессоров низкого и высокого давления
"Лк, = Лк. = 0,86, к. п. д. камеры сгорания т)кс = 0,97,
механический к. п. д. т^ту — о,89, показатель адиабаты
k = 1,4, расход топлива В — 0,5 кг/с и низщая теплота сго-
рания топлива = 42 000 кДж/кг.
Решение: Степень регенерации ГТУ определим по
формуле (4.20):
о = (t'a — ta)/(t’T — Q = (239 — 134)/(284 — 134) =
= 0,7.
Степень повышения давления в ГТУ
X =	= 3,16 • 3,16 = 10.
Внутренний к. п. д. ГТУ с двухступенчатым сжатием
воздуха и регенерацией находим по формуле (4.22), в ко-
торой т = (k — l)/fe = (1,4 — 1)/1,4 = 0,286:
пгту =
1 \	ЛГ-1
--- По/	“
\т )	Т1 Ик1	*2 Ик2
1—а 1
*^2	\ Лн2
1 —----------- | 0,87
100.286	1
3,160,286 — 1
(1073/290) 0,86
3J60’286— 1
~ (1073/293) 0,86
1—0,7 /	3  16°-286
” 1073/293	0,86
Эффективный к. п. д. ГТУ — по формуле (4.21):
пгту = 11гту ^ = 0,348-0,89 = 0,31.
Эффективную мощность ГТУ — из формулы (4.18):
N^Ty — BQp лГТУ = 0,5-42000-0,31 =6510 кВт.
е	^-н ’е	’	’
172
Внутреннюю мощность ГТУ - по формуле (4 15)-
Л^гту=Л/гту/пгту = 6510/0 89 = 7315 кВт
Задача 4.21. Определить эффективную мощность и
удельный расход воздуха ГТУ, если располагаемый тепло-
перепад в турбине На = 230 кДж/кг, расход газа Gr =
— 120 кг/с, расход воздуха GB = 120 кг/с,"относительный
эффективный к. п. д. турбины т]0,е = 0,75, механический
к. п. д. установки т]£ту = 0,88 и эффективная мощность
привода компрессора Ne к = 8700 кВт.
Ответ: ЛДту = 12 000 кВт; d[Ty = 32 кг/(кВт • ч).
Задача 4.22. Опре-
делить удельный эф-
фективный расход
топлива ГТУ, если
степень повышения
давления в компрес-
соре X = 4, темпера-
тура всасываемого в
компрессор воздуха
t3 ~ 20 °C, темпера-
тура газа на выходе
из камеры сгорания
ii ~ 700 °C, относи-
тельный внутренний к. п. д. турбиныr}oi=0,88, внутренний
к. п. д. компрессора т]к = 0,85, к. п. д. камеры сгорания
Чк.с = 0>97, механический к. п. д. т]£ту = 0,89, показатель
адиабаты k = 1,4 и низшая теплота сгорания топлива
Qp = 42 000 кДж/кг.
Ответ: &[ту = 0,552 кг/(кВт • ч).
Задача 4.23. Определить удельный расход теплоты и
удельный эффективный расход топлива ГТУс регенераци-
ей теплоты, если степень повышения давления в компрессо-
ре к — 3,16, температура всасываемого в компрессор воз-
духа t3 = 26 °C, температура газа на выходе из камеры сго-
рания t3 = 704 °C, температура воздуха перед регенерато-
ром ta — 164 °C, температура воздуха после регенератора
t'a == 374 °C, температура газов перед регенератором =
= 464 °C, относительный внутренний к. п. д. турбины
Чо; = 0,87, внутренний к. п. д. компрессора г]к = 0,85,
К. п. д. камеры сгорания т)к.с = 0,97, механический к. п. д.
^гту __ 0,89, показатель адиабаты k = 1,4 и низшая тепло-
та сгорания топлива — 41 600 кДж/кг.
173
Ответ: <?Ггу = Ц б • 103 кДж/(кВт • ч); &[ту =
= 0,313 кг/(кВт • ч).	*
Задача 4.24. Определить удельный эффективный расход
топлива и удельный расход воздуха ГТУ (рис. 4.4), рабо-
тающий со сгоранием топлива при постоянном давлении с
регенерацией теплоты, если расход воздуха GB — 110 кг/с,
степень повышения давления в компрессоре X = 3,16, тем-
пература всасываемого воздуха в компрессор 1 ta ~ 26 °C,
температура воздуха перед регенератором 2 fB — 210 °C,
температура воздуха после регенератора tB — 327 °C, тем-
пература газа на выходе из камеры сгорания 3	= 704 °C,
температура газов перед регенератором t'r = 377 °C, отно-
сительный внутренний к. п. д. турбины 4 ri0(- = 0,87, вну-
тренний к. п. д. компрессора т|к = 0,85, к. п. д. камеры сго-
рания т)к.с = 0,97, механический к. п. д. = 0,89, по-
казатель адиабаты k — 1,4, расход топлива В ~ 0,48 кг/с
и низшая теплота сгорания топлива = 41 800 кДж/кг.
Ответ: Ь£ту = 0,324 кг/(кВт • ч);^Гту= 63,7 кг/(кВт-ч)
ГЛ А В А 5
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
§ 5.1. ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАБОТУ
ДВИГАТЕЛЯ
Среднее индикаторное давление и индикаторная мощ-
ность. Под средним индикаторным давлением pt понимают
такое условное постоянное давление, которое, действуя на
поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу,
равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий
цикл.
Согласно определению, среднее индикаторное давление
(Па) равно отношению индикаторной работы Lt газов за
цикл к единице рабочего объема Vh цилиндра, т. е.
Pi =	(5.1)
При наличии индикаторной диаграммы, снятой с дви-
гателя (рис. 5.1), среднее индикаторное давление можно
определить по формуле
Pt = (F//)m,	(5.2)
174
где F — полезная площадь индикаторной диаграммы, м2;
I — длина индикаторной диаграммы, м; т — масштаб дав-
ления индикаторной диаграммы, Па/м.
Среднее индикаторное давление при полной нагрузке у
четырехтактных карбюраторных двигателей 8 • 105...12 X
X 105 Па, у четырехтактных дизелей — 7,5 • 105 ... 10 X
X 105 Па, у двухтактных дизелей — 6 • 105 ...9 • 105 Па.
Индикаторной мощностью Л/, (кВт) двигателя называют
работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в еди-
ницу времени, т. е.
ЛГг = 2PiVhni/(10h), (5.3)
где pi — среднее индикатор-
ное давление, Па; Vft — рабо-
чий объем цилиндра, м3; п —
частота вращения коленчато-
го вала, об/с; т — тактность
двигателя (т = 4 — для четы-
рехтактных двигателей и т=
= 2 — для двухтактных); i—
число цилиндров.
Рабочий объем (м3) ци-
линдра
Vh = лЕ>23/4,	(5.4)
Где D—диаметр цилиндра, м;
S — ход поршня, м.
Если известны степень
сжатия е двигателя и объем VG
камеры сгорания, то рабочий
быть определен по формуле
Vh = (8 - 1)VC,
Рис. 5,1
объем Vh цилиндра может
(5-5)
где е — степень сжатия, равная отношению полного объема
Vo цилиндра к объему Vc камеры сгорания, т. е.
е = уа/7с (Vh + VG)/VG = (Vh/VG) + 1.
Эффективная мощность двигателя и среднее эффектив-
ное давление. Эффективной мощностью Ne называют мощ-
ность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для полу-
чения полезной работы.
175
э
Эффективная мощность меньше индикаторной мощности
Nt на величину мощности NM механических потерь, т, е.
Ne = Nt ~ NM.	‘	(5.6)
Механические потери в двигателе оцениваются механи-
ческим к. п. д. т]м, который представляет собой отношение
эффективной мощности к индикаторной:
Пм = Ne/Nt = (Nt -	= 1 - (Мм /Мг).	(5.7)
Для современных двигателей механический к. п. д. со-
ставляет 0,72 ...0,9. Зная механический к. п. д., можно
определить эффективную мощность
Ne =	(5-8)
Эффективная мощность Ме (кВт) двигателя аналогич-
но индикаторной мощности может быть выражена через
среднее эффективное давление:
Ме = 2реУЛт/(103 • т).	(5.9)
Среднее эффективное давление ре равно разности между
средним индикаторным давлением pt и средним давлением
ры механических потерь:
Pe = Pt — Pu- •	(5.10)
Зная механический к. п. д., можно определить среднее
эффективное давление (Па):
Ре = Wi-	(5.11)
Среднее эффективное давление при максимальной мощ-
ности у четырехтактных карбюраторных двигателей состав-
ляет 6,5- 105 ...9,5 • 105 Па, у четырехтактных дизелей —
6 • 105 ...8 • 105 Па, у двухтактных дизелей — 5 • 105 ...
...7,5 • 105 Па.
Литровая мощность двигателя. Литровой мощностью
двигателя Мл (кВт/м3) называют отношение эффективной
мощности Ne к литражу двигателя iVh:
ДГЛ = Nt/(iVh).	(5.12)
Индикаторный к. п. д. и удельный индикаторный расход
топлива. Экономичность действительного рабочего цикла
двигателя оценивается индикаторным к. п. д. г]г и удельным
индикаторным расходом топлива bt.
176
Индикаторный к. п. д. т)г оценивает степень использова-
ния теплоты в действительном цикле с учетом всех тепловых
потерь и представляет собой отношение теплоты, эквива-
лентной полезной индикаторной работе, ко всей затрачен-
ной теплоте:
П.’ =	(5.13)
где NI — индикаторная мощность, кВт; В — расход топ-
лива, кг/с; — низшая теплота сгорания топлива,
£; кДж/кг.
Ss. Удельный индикаторный расход топлива bt [кг/(кВт-ч)]
Ж представляет собой отношение расхода топлива В к индика-
» торной мощности Nf.
Ц bt = В • 3600/Л/ь	(5.14)
Значения т), и Ь4 для двигателей при их работе на номи-
С нальном режиме приведены в табл. 5.1.
Эффективный к. п. д. и удельный эффективный расход
топлива. Экономичность работы двигателя в целом оцени-
ж вается эффективным к. п. д. г|е и удельным эффективным
% расходом топлива Ье.
J*:' Эффективный к. п. д, т)е оценивает степень использования
{плоты топлива с учетом всех видов потерь (как тепловых,
к и механических) и представляет собой отношение теп-
ты, эквивалентной полезной эффективной работе, ко
ей затраченной теплоте:
Пе = л/дай).	(5.15)
Если известны индикаторный к. п. д. и механический
п. д., то
Пе = П-Пм-	(5.16)
Удельный эффективный расход топлива 5е 1кг/(кВт • ч)1
>едставляет собой отношение расхода топлива В к эффек-
внон мощности Д/е:
> Ье = В • 3600/Уе.	(5.17)
Ж- Значения т]е и Ье для двигателей при их работе на номи-
ЯЬвальном режиме приведены в табл. 5.1.
Расход (кг/с) воздуха, проходящего через двигатель:
Ж* = 2VhT}vnipB/x,	(5.18)
177
Таблица 5.1
Тип двигателей	Индикаторный к. п. Д. П;		Эффективный к. П. Д. Т)е		Г Удельный индика- торный расход топлива р., г/(кВт-ч)		Удельный эффективный расход топлива г/(кВтч)	
Карбюра- торные	0,26.	.0,38	0,25.	.0,32	230.	.300	280.	.325
Дизели	0,43.	.0,52	0,35.	.0,45	160.	.200	190.	.240
где Vh — рабочий объем цилиндра, м3; ци — коэффициент
наполнения цилиндров; п — частота вращения коленчато-
го вала, об/с; i — число цилиндров; рв — плотность возду-
ха, кг/м3; т — тактность двигателя.
Задача 5.1. Определить индикаторную и эффективную
мощности восьмицилиндрового четырехтактного карбюра-
торного двигателя, если среднее индикаторное давление
Pi = 7,5 • 105 Па, диаметр цилиндра D — 0,1 м, ход порш-
ня S = 0,095 м, частота вращения коленчатого вала п =
— 3000 об/мин и механический к. п. д. т|м = 0,8.
Ответ:	= 112,5 кВт; Ne = 90 кВт.
Задача 5.2. Определить эффективную мощность и удель-
ный эффективный расход топлива восьмицилиндрового
четырехтактного дизельного двигателя, если среднее ин-
дикаторное давление рг = 7,5 • 105Па, степень сжатия
е = 16,5, объем камеры сгорания Vc — 12 • 10~5 м3, угло-
вая скорость вращения коленчатого вала со = 220 рад/с,
механический к. п. д. т)м = 0,8 и расход топлива В =
= 1,02 • 10-г кг/с.
Решение: Среднее эффективное давление опреде-
ляем по формуле (5.11):
ре = р.Пм = 7,5 • 108 • 0,8 = 6 • 108 Па.
Рабочий объем цилиндра — по формуле (5.5):
Vh = (е — 1) 1/с = (16,5 — 1)12 • 10-8 = 18,6 • 10-4 м3.
Частота вращения коленчатого вала
п = <о/(2л) = 220/(2 • 3,14) = 35 об/с.
Эффективную мощность двигателя определяем по фор-
муле (5.9):
Л/е = 2peVhni/(\03x) = 2 • 6 • 105 • 18,6 • 10-4 X
X 35 • 8/(103 • 4) = 156 кВт.
178
Удельный эффективный расход топлива — по формуле
(5.17):
= ВЗбОО/ЛГе = 1,02 • 10-а 3600/156 = 0,235 кг/(кВт-ч).
Задача 5.3. Определить удельный эффективный расход
топлива шестицилиндрового четырехтактного дизельного
двигателя, если среднее эффективное давление ре = 7,2 X
X 10Б Па, полный объем цилиндра Va = 7,9 • 10-4 м8,
объем камеры сгорания Vc = 6,9 • 10-Б м8, частота вра-
щения коленчатого вала п = 37 об/с и расход топлива В =
= 3,8 • 10-3 кг/с.
Ответ: Ье — 0,238 кг/(кВт • ч).
Задача 5.4. Определить индикаторную мощность и сред-
. нее индикаторное давление четырехцилиндрового четырех-
тактного дизельного двигателя, если эффективная мощность
' Ne — 100 кВт, угловая скорость вращения коленчатого
вала со — 157 рад/с, степень сжатия е = 15, объем камеры
сгорания Vc = 2,5 • 10-4 м8 и механический к. п. д. цм =
= 0,84.
Ответ: Nt — 119 кВт; р, = 6,8 • 10Б Па.
Задача 5.5. Определить индикаторную мощность и удель-
’ ный индикаторный расход топлива шестицилиндрового че-
тырехтактного дизельного двигателя, если среднее эффек-
тивное давление ре = 6,2 • 10® Па, диаметр цилиндра D =
= 0,11 м, ход поршня S — 0,14 м, средняя скорость порш-
ня ст = 8,4 м/с, расход топлива В = 5,53 • 10-8 кг/с и
механический к. п. д. т)м = 0,82.
X Ответ: Ni — 90,5 кВт; Ьг = 0,220 кг/(кВт • ч).
J» Задача 5.6. Определить диаметр цилиндра и ход поршня
' четырехцилиндрового четырехтактного дизельного двига-
теля, если эффективная мощность = 80 кВт, среднее
^эффективное давление ре = 6 • 10Б Па, частота вращения
'^Коленчатого вала п — 1800 об/мин и средняя скорость
Жяоршня ст = 9,6 м/с.
Ж. Ответ: D = 0,135 м; S = 0,16 м.
* Задача 5.7. Определить мощность механических потерь
-Восьмицилиндрового четырехтактного карбюраторного
'Двигателя, если среднее индикаторное давление pi =
д*» 7,5 • 10Б Па, диаметр цилиндра D = 0,1 м, ход поршня
= 0,095 м, частота вращения коленчатого вала п —
и механический к п. д. т|м = 0,8.
W Ответ: = 22,4 кВт.
I Задача 5.8. Определить индикаторную мощность и мощ-
I	механических потерь шестицилиндрового двухтактно-
I „ГО дизельного двигателя, если среднее эффективное давле-
179
ние ре = 6,36 • 10® Па, степень сжатия е — 16, объем ка-
меры сгорания Vc = 7,8 • 10-Б м®, частота вращения ко-
ленчатого вала п = 35 об/с и механический к. п. д. т]м ~
= 0,84.
Ответ'. N; = 186 кВт; NM = 29,8 кВт.
Задача 5.9. Определить среднее индикаторное давление
и среднее давление механических потерь восьмицилиндро-
вого четырехтактного карбюраторного двигателя, если эф-
фективная мощность Л/е= 145 кВт, диаметр цилиндра D =
= 0,1 м, ход поршня S ~ 0,09 м, средняя скорость порш-
ня ст = 12,0 м/с и механический к. п. д. т]м = 0,8.
Ответ: pt = 9,6 • 10® Па; рм = 1,92 • 10s Па.
Задача 5.10. Определить эффективную мощность и удель-
ный эффективный расход топлива восьмицилиндрового че-
тырехтактного карбюраторного двигателя, если индика-
торная работа газов за цикл £г = 649 Дж, диаметр цилинд-
ра D = 0,1 м, ход поршня S = 0,095 м, средняя скорость
поршня ст — 9,5 м/с, механический к. п. д. т]м == 0,85 и
расход топлива В = 9,7 • 10~® кг/с.
Ответ: Ne = 110,5 кВт; Ье — 0,316 кг/(кВт • ч).
Задача 5.11. Определить удельные индикаторный и эф-
фективный расходы топлива четырехцилиндрового четырех-
тактного дизельного двигателя, если среднее индикаторное
давление pt — 6,8 • 10s Па, степень сжатия е = 15, полный
объем цилиндра Va = 37,5 • 10~4 м®, угловая скорость
вращения коленчатого вала со = 157 рад/с, механический
к. п. д. т)м = 0,84 и расход топлива В = 5,95 • 10~® кг/с.
Ответ: bt = 0,180 кг/(кВт • ч);	= 0,214 кг/(кВт-ч).
Задача 5.12. Определить эффективную мощность и мощ-
ность механических потерь шестицилиндрового четырех-
тактного дизельного двигателя, если среднее эффективное
давление ре — 5,4 > 10® Па, диаметр цилиндра D = 0,108 м,
ход поршня S — 0,12 м, средняя скорость поршня ст =
— 8,4 м/с и механический к. п. д. т)м = 0,78.
Ответ: Ne ~ 62,4 кВт; NM — 17,6 кВт.
Задача 5.13. Определить среднее индикаторное давле-
ние и индикаторную мощность шестицилиндрового четырех-
тактного дизельного двигателя, если диаметр цилиндра
D ~ 0,15 м, ход поршня S = 0,18 м, частота вращения ко-
ленчатого вала п = 1500 об/мин. Индицированием двига-
теля получена индикаторная диаграмма полезной площадью
F = 1,95 • 10_3 м2, длиной I = 0,15 м при масштабе давле-
ний т — 0,6 • 10® Па/м.
Ответ: pt = 7,8 • 10® Па, Л/г = 186 кВт.
180
ж
*>
X
Задача 5.14. Определить удельный индикаторный рас-
ход топлива шестицилиндрового четырехтактного карбю-
раторного двигателя, если диаметр цилиндра D = 0,082 м,
ход поршня S = 0,11 м, частота вращения коленчатого
вала п = 2800 об/мин, расход топлива В = 4,5 • 10-3 кг/с.
Индицированием двигателя получена индикаторная диаг-
рамма полезной площадью F = 1,6 • 10~s м2, длиной I =
= 0,2 м при масштабе давлений т — 1 • 10® Па/м.
Решение: Среднее индикаторное давление опреде-
ляем по формуле (5.2):
pt = Fm/l = 1,6 • 10-s • 1 • 108/0,2 = 8 • 10® Па.
Рабочий объем цилиндра — по формуле (5.4):
Vh = nD2S/4 = 3,14 • 0.0822 • 0,11/4 = 5,8 • 10~* м3.
Индикаторную мощность двигателя — по формуле (5.3):
ЛГг = 2р;УЛш7(103т) = 2 • 8 - 105 • 5,8 • 10~4 X
2800 • 6/(4 • 10а • 60) = 65 кВт.
Удельный индикаторный расход топлива — по форму-
ле (5.14):
bi=B 	=	 10-s-3600/65 = 0,249 кг/(кВт-ч).
Задача 5.15. Определить индикаторную мощность и
мощность механических потерь четырехцилиндрового че-
тырехтактного дизельного двигателя, если степень сжатия
в = 17, полный объем цилиндра Va — 11,9 • 10~4 ма, угло-
вая скорость вращения коленчатого вала <в = 157 рад/с и
Механический к. п. д. т|м = 0,81. Индицированием двигате-
ля получена индикаторная диаграмма полезной площадью
'F = 1,8- 10_® м2, длиной I — 0,2 м при масштабе давлений
да = 0,8 • Ю8 Па/м.
Ответ: Nt 40,3 кВт; Nw — 7,7 кВт.
Задача 5.16. Определить среднее эффективное давление
среднее давление механических потерь двухцилиндрово-
го четырехтактного дизельного двигателя, если эффектив-
ная мощность Ne = 18 кВт, диаметр цилиндра D = 0,105 м,
>д поршня S = 0,12 м, частота вращения коленчатого
|ала п = 30 об/с и механический к. п. д. т)м = 0,78.
Ответ: ре = 5,77 • 105 Па; рм — 1,63 • 105 Па.
S Задача 5.17. Определить эффективную мощность и меха-
Яческий к. п. д. шестицилиндрового четырехтактного ди-
ВЛьного двигателя, если среднее эффективное давление
= 7,2 • 10® Па, полный объем цилиндра Va = 7,9 X
£ 10-4 м3, объем камеры сгорания Vc = 6,9 • 10~® м3,
Пустота вращения коленчатого вала п = 37 об/с и мощность
Механических потерь NM = 14,4 кВт.
; Ответ: = 57,6 кВт; т)м = 0,8.
181
Задача 5.18. Определить среднюю скорость поршня и
степень сжатия четырехцилиндрового четырехтактного кар-
бюраторного двигателя, если эффективная мощность Ne —
= 51,5 кВт, среднее эффективное давление ре ~ 6,45 X
X 10s Па, ход поршня S = 0,092 м, частота вращения ко-
ленчатого вала п = 4000 об/мин и объем камеры сгорания
Vc = 1 • 10-4 м3.
Ответ.-. ст = 12,3 м/с; е = 7,0.
Задача 5.19. Определить угловую скорость вращения
коленчатого вала и степень сжатия шестнцилиндрового че-
тырехтактного карбюраторного двигателя, если эффектив-
ная мощность = 66 кВт, среднее эффективное давление
ре = 6,5 • 10s Па, частота вращения коленчатого вала
п = 60 об/с и полный объем цилиндра Va — 6,63 • 10-4 м3.
Ответ-. — 377 рад/с; е — 6,7.
Задача 5.20. Определить индикаторную мощность и ме-
ханический к. п. д. восьмицилиндрового четырехтактного
карбюраторного двигателя, если среднее индикаторное дав-
ление pt ~ 7,5 • 105 Па, диаметр цилиндра D = 0,1 м, ход
поршня S = 0,095 м, средняя скорость поршня ст =9,5 м/с
и мощность механических потерь Хм = 23,5 кВт.
Ответ: Nt = 111,8 кВт; г]м = 0,79.
Задача 5.21. Определить литраж и удельный эффектив-
ный расход топлива шестицилиндрового четырехтактного
карбюраторного двигателя, если эффективная мощность
Хе = 52 кВт, среднее эффективное давление ре = 6,4 X
X 105 Па, угловая скорость вращения коленчатого вала
со = 314 рад/с и расход топлива В = 3,8 • 10~3 кг/с.
Ответ: iVh — 32,5 • 10~4 м3; Ьй = 0,263 кг/(кВт • ч).
Задача 5.22. Определить расход топлива четырехци-
линдрового четырехтактного дизельного двигателя, если
среднее индикаторное давление pt = 6,8 • 10s Па, частота
вращения коленчатого вала п — 25 об/с, степень сжатия
е = 15, объем камеры сгорания Vc = 2,5 • 10~4 м3, меха-
нический к. п. д. tim = 0,84 и удельный эффективный рас-
ход топлива Ье ~ 0,180 кг/(кВт • ч).
Ответ: В = 5  10~3 кг/с.
Задача 5.23. Определить расход топлива шестицилиндро-
вого четырехтактного карбюраторного двигателя если
среднее индикаторное давление pt = 8 • 105 Па, диаметр
цилиндра D — 0,082 м, ход поршня S = 0,11 м, средняя
скорость поршня ст = 9,9 м/с, механический к. п. д. т]м=
= 0,85 и удельный эффективный расход топлива 6е =
= 0,276 кг/(кВт • ч).
182
Ответ: В ~ 4 ,08 • 10~3 кг/с.
Задача 5.24. Определить литровую мощность и удельный
индикаторный расход топлива восьмицилиндрового четы-
рехтактного карбюраторного двигателя, если среднее инди-
каторное давление рг = 8 • 105 Па, диаметр цилиндра D=
е= 0,12 м, ход поршня S = 0,1 м, угловая скорость вра-
щения коленчатого вала а = 377 рад/с, механический
К. п. Д. Ям — 0,8 и расход топлива В = 16 • 10~3 кг/с.
Решение: Рабочий объем цилиндра определяем по
формуле (5.4):
Vh = n£>2S/4 = 3,14 • 0,12г - 0,1/4 = 11,3  10~4 м3.
Частота вращения коленчатого вала
п = со/ (2л) = 377/(2 • 3,14) = 60 об/с.
Индикаторную мощность двигателя находим по форму-
ле (5.3):
Nt = 2PiVhni/{\0\) = 2-8	10s- 11,3 . IO-4 X
X 60 • 8/(103 • 4) = 217 кВт.
Эффективную мощность двигателя — по формуле (5.8):
Л/е = Л/гЯм = 217 • 0,8 = 173, 6 кВт.
Литровую мощность двигателя—по формуле (5.12)
= N<J(iVh) = 173,6/(8 • 11,3 • 10-4) = 19 200 кВт/м3
Удельный индикаторный расход топлива — по форму-
ле (5.14):
Ьг = В - 3600/Nt = 16 • 10-3 -3600/217 = 0,265 кг/(кВт-ч).
Задача 5.25. Определить литровую мощность шестици-
линдрового четырехтактного дизельного двигателя, если
। среднее эффективное давление ре = 7 • 105 Па, частота вра-
^адения коленчатого вала п = 35 об/с, степень сжатия в =
14,5 и объем камеры сгорания Vo = 22 • 10~5 м3.
Ответ: N„ = 12 250 кВт/м3.
, ‘ Задача 5.26. Определить индикаторную мощность и рас-
ход топлива восьмицилиндрового карбюраторного дви-
; гателя, если среднее эффективное давление ре = 6,56 X
•X 105 Па, диаметр цилиндра D — 0,12 м, ход прошня S =
/'*=: 0,1 м, частота вращения коленчатого вала п = 70 об/с,
Механический к. п. д. Ям = 0,82 и удельный индикаторный
расход топлива bt = 0,265 кг/(кВт • ч).
Ответ: Nt = 253 кВт; В — 18,6 • 10~г кг/с.
Задача 5.27. Определить частоту вращения коленчатого
вала и удельный эффективный расход топлива четырехци-
183
линдрового четырехтактного дизельного двигателя, если
эффективная мощность Ne = 109 кВт, среднее эффективное
давление ре = 5,6 • 10® Па, степень сжатия е = 14, объем
камеры сгорания Ус — 2,5 • 10-4 м3 и расход топлива В —
== 6,5 • 10_3 кг/с.
Ответ: п = 30 об/с; Ье = 0,215 кг/(кВт • ч).
Задача 5.28. Определить эффективный к. п. д. шестици-
линдрового четырехтактного карбюраторного двигателя,
если среднее эффективное давление ре = 6,2 • 108 Па, низ-
шая теплота сгорания топлива QS = 44 000 кДж/кг, диа-
метр цилиндра D — 0,092 м, ход поршня S = 0,082 м, сред-
няя скорость поршня ст ~ 8,2 м/с и расход топлива В =
= 4,4 • 10~3 кг/с.
Решение: Рабочий объем цилиндра определяем по
формуле (5.4):
Vh = л£>2 S/4 = 3,14 • 0,0922 • 0,082/4 = 5,45 X
X 10-4 м3.
Частота вращения коленчатого вала
п = cJ(2S) = 8,2/(2 • 0,082) = 50 об/с.
Эффективную мощность двигателя находим по формуле
(5.9):
/Ve = 2ре^лш7(103т) = 2  6,2 • 10® • 5,45 • 10~4 X
X 50 • 6/(103 • 4) = 50,7 кВт.
Эффективный к. п. д. — по формуле (5.15):
Пе = /Ve/(BQn) = 50,7/(4,4 • 10'3 • 44 000) = 0,26.
Задача 5.29. Определить индикаторный и механический
к. п. д. четырехцилиндрового четырехтактного дизельного
двигателя, если среднее индикаторное давление рг =
6,8 • 10s Па, низшая теплота сгорания топлива Qp =
= 41 800 кДж/кг, угловая скорость вращения коленчато-
го вала со = 157 рад/с, степень сжатия е = 15, объем каме-
ры сгорания Vc — 2,5 • 10-4 м3, расход топлива В =
= 6 • 10_3 кг/с и эффективный к. п. д. т)е — 0,4.
Ответ: т]< = 0,476; т)м — 0,84.
Задача 5.30. Определить индикаторный к. п. д. шести-
цилиндрового двухтактного дизельного двигателя, если
среднее эффективное давление ре = 6,36  10s Па, низшая
теплота сгорания топлива Qp =* 42 000 кДж/кг, степень
сжатия е = 16, объем камеры сгорания Vc = 7,8 • 10~s м3,
частота вращения коленчатого вала п ~ 2100 об/мин, рас-
184
*< ход топлива В — 1,03 • 10~2 кг/с и мощность механических
* потерь — 29,8 кВт.
Ответ-. rjf = 0,43.
. Задача 5.31. Определить индикаторный и эффективный
К. п. Д. четырехцилиндрового четырехтактного дизельного
двигателя, если степень сжатия е = 17, полный объем ци-
” диндра Уа = 11,9 • 10-1 и3, угловая скорость вращения
коленчатого вала ® = 157 рад/с, низшая теплота сгорания
Ч топлива Qp = 42 600 кДж/кг, расход топлива В = 2,2 X
’ X 10_3 кг/с н механический к. п. д. т)м = 0,81. Индици-
рованием двигателя получена индикаторная диаграмма по-
* Лезной площадью F — 1,9 • 10~3 м2, длиной / = 0,19 м,
при масштабе давлений т = 0,72 • 10s Па/м.
.Ответ-. = 0,43; г)е = 0,35.
Задача 5.32. Определить расход топлива для восьмици-
линдрового четырехтактного карбюраторного двигателя,
если среднее эффективное давление ре = 7 • Ю5 Па, пол-
ный объем цилиндра Va = 7,9  10~4 м3, объем камеры сго-
рания Ус = 7,0 • 10~5 м3, частота вращения коленчатого
вала п = 53 об/с, низшая теплота сгорания топлива Qp =
» = 46 000 кДж/кг и эффективный к. п. д. т]е — 0,28.
Ответ-. В = 8,3 • 10~3 кг/с.
Задача 5.33. Определить расход топлива для шестици-
ЖЙинлрового четырехтактного дизельного двигателя, если
Жйрелнее индикаторное давление pt ~ 9  Ю5 Па, полный
Яшбъем цилиндра Va — 7,9 • 10~4 м3, объем камеры сгора-
”,ния Ус = 6,9 • 10~6 м3, частота вращения коленчатого ва-
•,'"ла п — 2220 об/мин, низшая теплота сгорания топлива
.== 42 800 кДж/кг, эффективный к. п. д. = 0,35 и ме-
'||ханический к. п. д. = 0,84.
ЯЕ Решение; Рабочий объем цилиндра
Ж vh =. уа _ Ус = 7,9 . ю-< — 6,9 • 10-5 = 7,2 • 10~4 м3.
Индикаторный к. п. д. определяем из формулы (5.16):
Ж.- тр = г)е/т)м = 0,35/0,84 = 0,44.
’* ' Индикаторную мощность двигателя — по формуле (5.3):
% ' Nt = 2ргУ^//(103т) = 2 • 9 • 105 • 7,2 • 10~4 X
2220 • 6/103  4 • 60 = 72 кВт.
Расход топлива — из формулы (5.13):
В = ЛУ(т^р) = 72/(0,44 • 42 800) = 3,82 • 10~3 кг/с.
185
Задача 5.34. Определить экономию топлива в процентах,
которую дает замена карбюраторного двигателя дизельным
при средней индикаторной мощности =148 кВт, если
индикаторный к. п. д. карбюраторного двигателя т],-г =
= 0,34, дизельного —1];2 = 0,45. Низшая теплота сгора-
ния бензина Qp, = 43 500 кДж/кг, дизельного топлива
^к2 = 42 600 кДж/кг.
Ответ: &В = 23 %.
Задача 5.35. Определить экономию топлива в процентах,
которую дает замена восьмицилиндрового четырехтактного
карбюраторного двигателя дизельным, при одинаковой
эффективной мощности, если у карбюраторного двигателя
эффективное давление ре = 6,4 • 10® Па, рабочий объем
цилиндра Vh = 11,3 • 10~4 м3, частота вращения коленча-
того вала п = 60 об/с, эффективный к. п. д. т)е1 — 0,31, а
у дизельного двигателя эффективный к. п. д. т]еа = 0,38.
Низшая теплота сгорания бензина Qp( = 43 000 кДж/кг,
а дизельного топлива Q₽2 = 42 500 кДж/кг.
Решение: Эффективную мощность карбюраторного
двигателя определяем по формуле (5.9):
Ne = 2peVhni/(l(Px) = 2 • 6,4 • 10® • 11,3 • 10~* X
X 60 . 8/(10» . 4) = 173,6 кВт.
Расход топлива находим из формулы (5.15): для карбю-
раторного двигателя
= 7Ve/(rielQPt) = 173,6/(0,31 • 43 000) = 0,013 кг/с;
для дизельного двигателя
В2 = /Ve/(ne2QP2) = 173,6/(0,38 • 42 500) = 0,0108 кг/с.
Экономия топлива
ДВ = (Bj — B^lOO/Bj = (0,013 — 0,0108) 100/0,013 =
= 16,9 %.
Задача 5.36. Определить расход воздуха, проходящего
через шестицилиндровый четырехтактный дизельный дви-
гатель, если диаметр цилиндра D = 0,15 м, ход поршня
S = 0,18 м, средняя скорость поршня ст = 9 м/с, коэффи-
циент наполнения цилиндров т)у = 0,825 и плотность воз-
духа рв — 1,224 кг/м3.
Решение: Рабочий объем цилиндра определяем по
формуле (5.4):
Vh = (nD2/4)S = (3,14 • 0,15=74)0,18 = 31,8 • 10-4 м3.
186
Частота вращения коленчатого вала
п = cm/2S = 9/(2 • 0,18) == 25 об/с.
Расход воздуха находим по формуле (5.18):
Мв = 2VhT)yinpB/T = 2 • 31,8 • 10~4 • 0,825 • 6 • 25 х
X 1,224/4 = 0,241 кг/с.
Задача 5.37. Определить расход воздуха, проходящего
через восьмицилиндровый четырехтактный карбюраторный
двигатель, если полный объем цилиндра двигателя I/, =
= 7,9 • 10—4 м3, объем камеры сгорания Ус = 7,0 • 10~6 м3,
частота вращения коленчатого вала п = 53 об/с, коэффи-
циент наполнения цилиндров т]у = 0,83 и плотность возду-
ха рв — 1,224 кг/м3.
Ответ.-. Мв = 0,155 кг/с.
§ 5.2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ
Распределение теплоты, полученной при сгорании вво-
димого в цилиндр топлива, называют тепловым балансом,
который обычно определяется экспериментальным путем.
Уравнение теплового баланса имеет вид
Q = Qe + Qoxn + Qr + Qh.c + QocT.	(5.19)
где Q — теплота топлива, введенная в двигатель; Qe —
теплота, превращенная в полезную работу; Q0XJI — теплота,
потерянная с охлаждающей водой; Qr — теплота, потерян-
ная с отработавшими газами; QHC — теплота, теряемая
вследствие неполного сгорания топлива; Q0CT — остаточ-
ный член баланса, который равен сумме всех неучтенных
потерь.
Тепловой баланс можно составить в процентах от все-
го количества введенной теплоты:
Те + <7охл + 7г + 7н.с + 7ост = Ю0,	(5.20)
где?, = (Qe/Q)100; <?оХЛ = (QOXJ1/Q)100; = (Qr/Q)100 и т. д.
Количество располагаемой (введенной) теплоты в тече-
ние секунды (кДж/с)
Q = BQI	(5.21)
где В — расход топлива, кг/с; Q„ — низшая теплота сго-
рания топлива, кДж/кг.
Теплота, превращенная в полезную работу (кДж/с):
Q₽ = Ne,	(5.22)
187
где We — эффективная мощность двигателя, кВт.
Теплота, потерянная с охлаждающей водой (кДж/с):
Сохл = GBcB (t2 - /t),	(5.23)
где GB — расход воды, проходящей через систему, кг/с;
св—теплоемкость воды, кДж/(кг-К), св —4,19 кДж/(кг-К);
ta и /1 — температура воды на входе в систему и выходе из
нее, °C.
Теплота, потерянная с отработавшими газами (кДж/с):
Qr = В (Пср г4 - V аср Л),	(5.24)
где В — расход топлива, кг/с; Vr и Ув — расходы газов и
воздуха, м®/кг; с'рг и СрВ — средние объемные теплоемкости
газов и воздуха при постоянном давлении, кДж/(м3 • К);
4 и /в — температура отработавших газов и воздуха, °C.
Теплота, теряемая вследствие неполного сгорания топли-
ва (кДж/с), определяется опытным путем.
Остаточный член теплового баланса (кДж/с)
<2ост = Q - (<2е + <2оХл + Qr + Q„.c).	(5.25)
Задача 5.38. Определить количество теплоты, введенной
в четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двига-
тель, если среднее эффективное давление ре = 7,25 • 105 Па,
диаметр цилиндра D — 0,12 м, ход поршня S = 0,12 м,
средняя скорость поршня ст = 8 м/с, низшая теплота сго-
рания топлива QB = 42 300 кДж/кг и удельный эффектив-
ный расход топлива Ье = 0,252 кг/(кВт • ч).
Решение: Рабочий объем цилиндра определяем по
формуле (5.4):
Vh = (nD2/4)S = (3,14 • 0,122/4)0,12 = 13,56 • 10~4 м3.
Частота вращения коленчатого вала
n = cm/(2S) = 8/(2 • 0,12) = 33 об/с.
Эффективную мощность двигателя находим по (5.9):
Л/е = (2/т103)ре1/лп/ = (2/4 • 103)7,25 • 105 • 13,56 X
X 10-4 • 33 • 4 = 64,9 кВт.
Расход топлива — из формулы (5.17):
в = dejVe/3600 = 0,252 • 64,9/3600 = 4,54 • 10~3 кг/с.
188
Количество теплоты, введенной в двигатель, — по фор-
муле (5.21):
Q = BQP = 4,54 • 10-3 • 42 300 = 192 кДж/с.
Задача 5.39. Определить количество теплоты, введенной
в шестицилиндровый четырехтактный дизельный двигатель,
если среднее эффективное давление ре — 6,8 • 106 Па, сте-
пень сжатия е — 16,5, объем камеры сгорания Уо =
= 12- 10~5 м3, угловая скорость вращения коленчатого
вала а» — 220 рад/с, низшая теплота сгорания топлива
QS = 44 000 кДж/кг и удельный эффективный расход топ-
лива Ье = 0,25 кг/(кВт • ч).
Ответ: Q — 405,8 кДж/с.
Задача 5.40. Определить количество теплоты, введен-
ной в восьмицилиндровый четырехтактный карбюраторный
двигатель, если среднее индикаторное давление pt ~
= 9,6 • 105 Па, диаметр цилиндра D — 0,1 м, ход поршня
S = 0,09 м, средняя скорость поршня сп = 12,0 м/с, ме-
ханический к. п. д. т]м = 0,8, низшая теплота сгорания
топлива QS = 44 400 кДж/кг и удельный эффективный рас-
ход топлива Ье = 0,31 кг/(кВт • ч).
Ответ: Q = 554,4 кДж/с.
Задача 5.41. Восьмицилиндровый четырехтактный ди-
зельный двигатель эффективной мощностью Na — 176 кВт
работает на топливе с низшей теплотой сгорания Q„ =
= 42 600 кДж/кг при эффективном к. п. д. т]е = 0,38. Оп-
ределить в процентах теплоту, превращенную в полезную
работу, потери теплоты с охлаждающей водой и потери теп-
лоты с отработанными газами, если расход охлаждающей во-
Сды через двигатель GB — 2 кг/с, разность температур выхо-
дящей из двигателя и входящей воды Л/ — 10 °C, объем га-
<зов, получаемый при сгорании 1 кг топлива, Кг = 16,4 м3/кг,
JОбъем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива,
;VB = 15,5 м3/кг, температура отработавших газов /г =
550 °C, средняя объемная теплоемкость газов СрГ =
«= 1,44 кДж/(м3 • К) и температура воздуха tB = 20 °C.
Решение: Теплота, превращенная в полезную ра-
боту, согласно формуле (5.22),
Q = NB— 176 кДж/с.
:	Расход топлива двигателем находим из формулы (5.15):
Ь В = Л/е/ (qeQ₽) 176/ (0,38  42 600) - 10,9-10~~3 кг/с.
J	189
Теплота, превращенная в полезную работу (%):
qe = (<?«/ (50100 = I (176/(10,9 • 10-3 • 42,600)1100 =
=38%.
Потери теплоты с охлаждающей водой — по формуле
(5.23):
<2охл = (ft — /i) = 2 • 4, 19 • 10 = 83,8 кДж/с,
или в процентах
<7охл=13охл/ (BQE)l 100= [83,8/ (10,9 • 10-3 • 42 600)1100 =
= 18 %.
Потери теплоты с отработавшими газами — по форму-
ле (5.24):
Qr = В (Vr c'prtr — VM = Ю.9 X Ю-8 (16,4 • 1,44 X
X 550 — 15,5 • 1,3 • 20) = 137,2 кДж/с,
или в процентах
qr = [Qr/ (BQS)IIOO = [137,2/ (10,9 • 10-’  42 600)1 х
X 100 = 29,5 %.
Задача 5.42. Определить потери теплоты в процентах
с отработавшими газами в шестицилиндровом четырехтакт-
ном карбюраторном двигателе, если среднее эффективное
давление рв = 6,1 • 105 Па, литраж двигателя iVh —
— 32,6 • 10-4 м3, угловая скорость вращения коленчатого
вала w = 314 рад/с, низшая теплота сгорания топлива
Qu = 43 900 кДж/кг, удельный эффективный расход топли-
ва Ье = 0,292 кг/ (кВт • ч) и количество теплоты, потерян-
ной с отработавшими газами, Qr — 70 кДж/с.
Ответ'. qr = 40 %.
Задача 5.43. Четырехцилиндровый четырехтактный ди-
зельный двигатель индикаторной мощностью А% = 50,4 кВт
работает на топливе с низшей теплотой сгорания Qh ==
=• 42 000 кДж/кг при индикаторном к. п. д. гц — 0,4. Оп-
ределить потери теплоты с отработавшими газами в кДж/с и
процентах, если объем газов, получаемых при сгорании 1 кг
топлива, Иг — 15,9 м3/кг, объем воздуха, необходимый для
сгорания 1 кг топлива, VB = 15 м3/кг, температура отра-
ботавших газов tr — 600 °C, средняя объемная теплоемкость
газов с’рг = 1,45 кДж/(м3 • К) и температура воздуха tB =
= 20 °C.
Ответ: Qr =-40,33 кДж/с; qr~ 32 %.
190
Задача 5.44. Определить в кДж/с и процентах теплоту,
превращенную в полезную работу в шестицилиндровом че-
тырехтактном карбюраторном двигателе, если литровая
мощность Na = 14 000 кВт/м3, рабочий объем цилиндра
Vh = 11,3 • 10-4 м3, низшая теплота сгорания топлива
Q{J = 39 300 кДж/кг, удельный индикаторный расход то-
плива bt — 0,264 кг/(кВт • ч) и механический к. п. д. =
= 0,81.
Ответ: Qe — 94,9 кДж/с; qK = 28,1 %.
Задача 5.45. Определить в кДж/с и процентах теплоту,
превращенную в полезную работу в восьмицилиидровом
четырехтактном карбюраторном двигателе, если среднее
эффективное давление ре — 6 • 10® Па, диаметр цилиндра
D — 0,1 м, ход поршня S — 0,095 м, угловая скорость вра-
щения коленчатого вала со = 314 рад/с, низшая теплота
сгорания топлива QE == 44 000 кДж/кг и удельный эффек-
тивный расход топлива Ьй = 0,29 кг/(кВт • ч).
Ответ: Qe = 89,5 кДж/с; qe = 28,2 %.
Задача 5.46. Определить в процентах теплоту, превра-
щенную в полезную работу в восьмицилиндровом четырех-
тактном дизельном двигателе, если среднее индикаторное
давление pt ~ 7,5 • 10® Па, степень сжатия 8 = 16,5, пол-
ный объем цилиндра 1/а ~ 19,8 • 10~4 м3, частота вра-
щения коленчатого вала п = 2100 об/мин, механический
к. п. д.цм = 0,8, низшая теплота сгорания топлива Q„ =
= 42 800 кДж/кг и удельный эффективный расход топли-
ва bG ~ 0,255 кг/(кВт • ч).
Ответ: qe = 33 %.
Задача 5.47. Четырехцилиндровый четырехтактный кар-
бюраторный двигатель эффективной мощностью Ne =
= 58 кВт работает на топливе с низшей теплотой сгорания
Q„ = 44 000 кДж/кг при эффективном к. п. д. це = 0,29.
Определить потери теплоты в кДж/с и процентах с охлаж-
дающей водой, если расход охлаждающей воды через двига-
тель составляет GB = 0,96 кг/с и разность температур вы-
ходящей из двигателя и входящей воды Д/ = 12 °C.
Ответ: Q0XJI = 48,27 кДж/с; q0Xn = 24,1 %.
Задача 5.48. Четырехцилиндровый четырехтактный ди-
зельный двигатель литровой мощностью А/л = 10 000 кВт/м3
работает на топливе с низшей теплотой сгорания =
= 42 900 кДж/кг при эффективном к. п. д. це = 0,34.
Определить потери теплоты с охлаждающей водой в про-
центах, если диаметр цилиндра D — 0,12 м, ход поршня
191
S = 0,14 м, расход охлаждающей воды через двигатель
GB = 0,94 кг/с и разность температур выходящей из дви-
гателя и входящей воды Д/ = 11 °C.
Ответ: <уохл — 23,4 %.
Задача 5.49, Определить в кДж/с и процентах потери теп-
лоты с охлаждающей водой в четырехцилиндровом четырех-
тактном дизельном двигателе, если среднее индикаторное
давление р, = 7,6 • 105 Па, диаметр цилиндра D = 0,11 м,
ход поршня S = 0,125 м, частота вращения коленчатого
вала п ~ 2200 об/мин, механический к. п. д. т)м = 0,83,
низшая теплота сгорания топлива — 42 600 кДж/кг,
удельный эффективный расход топлива Ье = 0,248 кг/(кВт- ч),
расход охлаждающей воды через двигатель составляет GB =
= 0,92 кг/с и разность температур выходящей из двигателя
и входящей воды Д / = 10 °C.
Ответ: Qoxn — 38,55 кДж/с; ^охл = 23,9 %.
Задача 5.50. Шестицилиндровый четырехтактный ди-
зельный двигатель индикаторной мощностью А\- = 100 кВт
работает на топливе с низшей теплотой сгорания (?£ =
= 42 900 кДж/кг при индикаторном к. п. д. rjf = 0,45.
Определить расход охлаждающей воды, если потери тепло-
ты с охлаждающей водой рохл = 22 % и разность темпера-
тур выходящей из двигателя и входящей воды Д/ == 9 °C.
Ответ: GB = 1,3 кг/с
Задача 5.51. Определить расход охлаждающей воды и
воздуха для восьмицилиндрового четырехтактного карбю-
раторного двигателя, если количество теплоты, потерянной
в охлаждающую среду, Q0XJI = 85 кДж/с, разность темпе-
ратур выходящей из двигателя и входящей воды Д/ = 11 °C,
литраж двигателя iVh = 59,7 • 10-4 м3, частота вращения
коленчатого вала п — 53 об/с, коэффициент наполнения
цилиндров г)v — 0,8 и плотность воздуха рв ~ 1,224 кг/м3.
Ответ: Ga = 1,84 кг/с; Мв = 0,155 кг/с.
Задача 5.52. Определить расход топлива и охлаждающей
воды для четырехцилиндрового четырехтактного дизельно-
го двигателя, если среднее эффективное давление ре =
= 6 • 10в Па, диаметр цилиндра D = 0,135 м, ход поршня
S = 0,16 м, средняя скорость поршня ст — 9,6 м/с, низшая
теплота сгорания топлива = 42 300 кДж/кг, эффектив-
ный к. п. д. т)е — 0,34, количество теплоты, потерянной с
охлаждающей водой, Сохл = 42 кДж/с и разность темпера-
тур выходящей из двигателя и входящей воды Д / = 10 °C.
Ответ: В — 5,56 • 10~3 кг/с; GB = 1 кг/с.
192
Задача 5.53. Определить потери теплоты в процентах
от неполного сгорания топлива в шестицилиндровом четы-
' рехтактном дизельном двигателе, если среднее эффективное
давление ре = 7,2  106 Па, полный объем цилиндра V, =
= 8 • Ю"4 м3, объем камеры сгорания Vc = 7,9  10 -5<*м3.
* частота вращения коленчатого вала п ~ 37 об/с, низшая
теплота сгорания топлива Q?, 42 700 кДж/кг, удельный
эффективный расход топлива = 0,250 кг/(кВт • ч) и ко-
личество теплоты, потерянной от неполного сгорания то-
плива, QH.C — 6,8 кДж/с.
Ответ: q„_c ---- 4 % .
Задача 5.54. Определить потери теплоты в процентах от
। неполного сгорания топлива в восьмицилиндровом четырех-
тактного карбюраторном двигателе, если среднее индика-
торное давление pi = 9,5 • 105 Па, диаметр цилиндра D =
= 0,092 м, ход поршня S —• 0,08 м, угловая скорость вра-
щения коленчатого вала о> == 314 рад/с, механический
К. п. д. т]м = 0,82, низшая теплота сгорания топлива Qh =
 ,	= 44 000 кДж/кг, удельный эффективный расход топлива
Ье = 0,31 кг/(кВт • ч) и потери теплоты от неполного сго-
рания топлива QH C = 47,2 кДж/с.
Ответ: qU(. = 15 %.
Задача 5.55. Определить составляющие в процентах теп-
лового баланса четырехцилиндрового четырехтактного кар-
бюраторного двигателя, если среднее эффективное давление
ре — 6,45 • 105 Па, степень сжатия, е = 7,0, объем камеры
Сгорания Vc = 1 • 10~4 м3, ход поршня S = 0,092 м, час-
тота вращения коленчатого вала п ~ 4000 об/мин, низшая
’ теплота сгорания топлива Q„ = 43 800 кДж/кг, удельный
*	эффективный расход топлива Ье = 0,34 кг/ (кВт • ч), поте-
I	ри теплоты с охлаждающей водой Q0XJI = 46 кДж/с, поте-
| 7 ри теплоты с отработавшими газами Qr = 56 кДж/с, потери
теплоты от неполного сгорания топлива QII C = 39,6 кДж/с
И неучтенные потери Q0CT = 19,8 кДж/с.
Решение: Рабочий объем цилиндра
Vh = (е — 1)УС = (7 — 1)1 • 10-4 = 6 • 10-4 м3.
Эффективную мощность двигателя определяем по фор-
муле (5.9):
Ne = 2реУЛш7(т • 103) = 2 • 6,45 • 106 • 6 • IQ-4 X
X 4000 • 4/(4 - 103 • 60) = 51,6 кВт.
Теплоту, превращенную в полезную работу, находим
по формуле (5.22):
У Зак. 1088	193

Qe = Л/е = 51,6 кДж/с.
Расход топлива — из формулы (5.17):
В = ЬеЛ7е/36ОО = 0,34 • 51,6/3600 = 4,87 • 10~3 кг/с.
Теплота (%), превращенная в полезную работу:
<7е = [Qe/(BQ£)]100 = [51,6/(4,87 • 10~3  43 800)] X 100 =
= 24,2 %.
Потери теплоты (%) с охлаждающей водой
<7охл = [<2охл/(Ж)П00 = [46/(4,87 • 10-3 • 43 800)] X
X 100 = 21,6 %.
Потери теплоты (%) с отработавшими газами
qT = [Qr/(BQ5)1100 = [56/(4,78 • 10~3 • 43 800)1 X 100 =
= 26,3 %.
Потери теплоты (%) от неполного сгорания топлива
унс = [QhcW®H00 = [39,6/(4,87 • 10-3 • 43 800)] X
X 100 = 18,6 %.
Неучтенные потери (%)
<7ост = [QoeTWS)U00 = [19,8/(4,87 • 10~3 - 43 800)] X
X 100 = 9,3 %.
Для проверки точности вычислений составим тепловой
баланс в процентах от всего количества введенной теплоты
согласно уравнению (5.20):
<7е + <70хл + Яг + <7н.с + <7ост = 24,2 + 21,6 + 26,3 +
+ 18,6 +.9,3 = 100 %.
Задача 5.56. Четырехцилиндровый четырехтактный ди-
зельный двигатель эффективной мощностью Ne = 40 кВт
работает на топливе с низшей теплотой сгорания Q„ =
= 42 400 кДж/кг при эффективном к.п. д. г]е = 0,35. Опре-
делить составляющие теплового баланса в кДж/с, если по-
тери теплоты с охлаждающей водой уохл = 26 %, потери
теплоты с отработавшими газами zjy = 30 % и потери теп-
лоты от неполного сгорания топлива qac = 5 %.
Ответ: Q,. = 40 кДж/с, Q0XJI = 29,7 кДж/с, Qr =
= 34,3 кДж/с, <2Н.С = 5,7 кДж/с, Q0CT = 4,6 кДж/с.
Задача 5.57. Определить неучтенные потери в процентах
в шестицилиндровом четырехтактном дизельном двигате-
ле, если среднее эффективное давление ре = 6,2 • 105 Па,
диаметр цилиндра D — 0,И м, ход поршня S = 0,14 м,
средняя скорость поршня ст = 8,4 м/с, низшая теплота
сгорания топлива QE = 42 600 кДж/кг, удельный эффек-
тивный расход топлива Ье = 0,244 кг/(кВт • ч) и неучтен-
ные потери Q0CT = 10 кДж/с.
Ответ: qQc.t = 4,7 %.
194
Задача 5.58. Двенадцатицилиндровый двухтактный ди-
зельный двигатель эффективной мощностью Л/е — 300 кВт
работает на топливе с низшей теплотой сгорания QJJ =
= 42 500 кДж/кг при эффективном к. п. д. т]е = 0,35. Оп-
ределить неучтенные потери в кДж/с, если потери теплоты
с охлаждающей водой QOXJI = 190 кДж/с, потери теплоты
с отработавшими газами Qr = 284 кДж/с и потери теплоты
ОТ неполного сгорания топлива QH C = 42 кДж/с.
Ответ: Q0CT = 34 кДж/с.
Задача 5.59. Определить теплоту, превращенную в по-
лезную работу, и неучтенные потери в процентах в восьми-
цилиндровом четырехтактном дизельном двигателе, если
' среднее эффективное давление ре = 7,14 • 105 Па, диаметр
, цилиндра D = 0,13 м, отношение S/D = 1,08, угловая ско-
рость вращения коленчатого вала со = 178 рад/с, низшая
теплота сгорания топлива = 43 000 кДж/кг, удельный
эффективный расход топлива Ье = 0,240 кг/(кВт • ч) и не-
учтенные потери Q0CT = 8,6 кДж/с.
Ответ: qe = 34,9 %; рост = 2 %.
Задача 5.60. Шестицилиндровый четырехтактный кар-
бюраторный двигатель эффективной мощностью Л/е =
= 50,7 кВт работает на топливе с низшей теплотой сгора-
ния QE = 44 000 кДж/кг при эффективном к. п. д. т]е =
= 0,26. Определить удельный эффективный расход топли-
ва и расход охлаждающей воды, если количество теплоты,
потерянной с охлаждающей водой, Q0XJI = 62 кДж/с и раз-
ность температур выходящей из двигателя и входящей воды
Af = 12 °C.
> Ответ: Ье = 0,31 кг/(кВт • ч); GB = 1,23 кг/с.
/ГЛАВА 6
КОМПРЕССОРЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ И
ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
§ 6.1. КОМПРЕССОРЫ
Компрессоры предназначены для сжатия и перемещения
различных газов. Они подразделяются на поршневые, ро-
тационные, центробежные и осевые.
Поршневые компрессоры. Теоретический рабочий про-
Цесс одноступенчатого поршневого компрессора изобража-
7*	195
ется в виде индикаторной диаграммы, построенной в р—V-
координатах (рис. 6.1).
Отношение объема всасывания Квс к рабочему объему
цилиндра Vh называют объемным к. п. д. ступени компрес-
сора:
Поб = VnJVh == 1 - а (Х‘/- - 1),	(6.1)
где а = V0/Vh — относительный объем вредного простран-
ства; V„ и Vh — соответственно вредный и рабочий объемы
цилиндра; А — степень повышения давления; т — пока-
затель политропы рас-
ширения газа, остаю-
щегося во вредном
объеме.
Под степенью по-
вышения давления по-
нимают отношение
давления на выходе из
ступени к давлению
на входе в ступень:
X = р21Р1.	(6.2)
Действительный
рабочий процесс одно-
ступенчатого поршне-
вого компрессора изображен индикаторной диаграммой
(рис. 6.2) и отличается от теоретического главным об-
разом наличием потерь давления во впускном и нагнета-
тельном клапанах.
Отношение действительной подачи компрессора V к тео-
ретической подаче VT называют коэффициентом подачи
компрессора:
Пу = V/VT.	(6.3)
Теоретическая подача компрессора (м3/с) определяется
по формуле
VT = (nD2/4)(Sn),	<6'4)
где D — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; п
частота вращения вала, об/с.
Коэффициент подачи компрессора может быть найден
по формуле
ПУ = 'Поб'Пр'ПтПуп
(6.5)
196
где nP - коэффициент, учитывающий уменьшение давле-
ния газа при всасывании вследствие сопротивления систе-
мы всасывания; цт коэфффициент, учитывающий увели-
чение температуры газа от нагревания его при контакте еп
стенками цилиндра; ^ — коэффициент, учитывающий
утечки газа через неплотности во всасывающих клапанах
Если известны давление и температура всасываемого
газа Рп и Тп и параметры газа в начале сжатия в цилиндре
Pi и Л- то коэффициенты и т].г определяются по форму-
лам:
Нр = /^Аь	(6-6)
 Пт - То/7\.	(6.7)
Коэффициент, учиты-
вающий утечки газа че-
рез неплотности:
Пут 1 — (СутЖс),
(6.8)
где Свс и Сут ~ расход
всасываемого газа и на
утечки в процессе сжа-
тия и нагнетания, k?zc.
Массовая подача ком-
прессора (кг/с) определяется по формуле
М PlV!{RT\),
(6-9)
где pj — давление всасывания, Па; И — действительная
подача компрессора при давлении всасывания, м3/с; R —
газовая постоянная, Дж/(кг • К); 1\— абсолютная тем-
пература газа на всасывании, К-
Теоретическая мощность (кВт) привода компрессора при
изотермическом сжатии
Миз = P1V In V103 = P1V In (p2/pi)/103.	(6.10)
Теоретическая мощность (кВт) привода компрессора при
адиабатном сжатии
Мад = \k! (k — l)](piV/IO3)^*-"/* — 1),	(6.П)
где k — показатель адиабаты.
Теоретическая мощность (кВт) привода компрессора при
политропном сжатии
Хпол = lm/(m — 1)] (piV/ 10я)	1),	(6-12)
197
где т — показатель политропы.
Эффективная мощность (кВт) привода компрессора с
охлаждением
= ^иЛе-из.	.	(6-13)
где т]е-иг — изотермический эффективный к. п. д. компрес-
сора.
Эффективная мощность (кВт) привода компрессора без
охлаждения
JVe = ^ад/т]е,д,	(6.14)
где Ле.ад — адиабатный эффективный к. п. д. компрессора.
Эффективный к. п. д. компрессора
Лс.из ЛизЛм, Ле.ад ЛадЛм,	(6.15)
где г]113 и Лад — соответственно изотермический и адиабат-
ный индикаторные к. п. д. компрессора; г]м— механический
к. п. д. компрессора (г]м = 0,85 ...0,95).
Индикаторная или внутренняя мощность (кВт) поршне-
вого компрессора
Nt = Pi^/lO3,	(6.16)
где pi — среднее индикаторное давление, Па; Vh — рабо-
чий объем цилиндра, м3; п — частота вращения вала, об/с.
Эффективная мощность компрессора (кВт)
Ne = Wf/Лм.	(6.17)
Степень повышения давления в каждой ступени много-
ступенчатого компрессора может быть определена по фор-
муле
=	,	(6.18)
где z — число ступеней компрессора; рг — давление газа
на выходе из последней ступени, Па; рг — давление газа
на входе в первую ступень, Па; ф = 1,1 ...1,15 — коэффи-
циент, учитывающий потери давления между ступенями.
Ротационные пластинчатые компрессоры. Теоретичес-
кая подача компрессора (м3/с) определяется по формуле
Ут = 2е/(л7) — z6)n,	(6.19)
198-
где е — эксцентриситет, м; I — длина ротора, м; D — вну-
тренний диаметр корпуса, м; z — число пластин; 6 — тол-
щина пластины, м; п — частота вращения вала, об/с.
Действительная подача компрессора (м3/с) находится
по формуле
V = 2т]1/е/ (nD — z6)n,	(6.20)
где t]v — коэффициент подачи компрессора.
Теоретическая и эффективная мощности привода ком-
прессора с охлаждением определяются по формулам (6.10),
(6.13), а компрессора без охлаждения — по формулам (6.11)
и (6.14).
Центробежные компрессоры. Адиабатный к. п. д. ком-
прессора определяется по формуле
—1Ш(*“,)/*Яп0Л —О,	(6.21)
где г]пол — политропный к. п. д. компрессора, характери-
зующий совершенство проточной части компрессора как с
охлаждением, так и без него (г)пол = 0,78 ...0,82).
Эффективная мощность (кВт) привода компрессора
Ne = М (/, — ц)/ (ПадЛм),	(6.22)
где i2 и — соответственно энтальпия газа в конце адиа-
батного сжатия в компрессоре и у входа на лопатки колеса
первой ступени, кДж/кг; М — массовая подача компрессо-
ра, кг/с.
Задача 6.1. Одноступенчатый поршневой компрессор
работает со степенью повышения давления X = 10 и с по-
казателем политропы расширения газа, остающегося во
вредном объеме, т = 1,3. Определить коэффициент подачи
компрессора, если относительный объем вредного простран-
ства ст = 0,04, коэффициент, учитывающий уменьшение
давления газа при всасывании, г]р = 0,975, коэффициент,
учитывающий увеличение температуры газа от нагревания
его при контакте со стенками цилиндра, т]т = 0,96 и коэф-
фициент, учитывающий утечки газа через неплотности,
Т]ут = 0,98.
Ответ-. t|v = 0,74.
Задача 6.2. Одноступенчатый поршневой компрессор ра-
ботает со степенью повышения давления X = 3,5 и с пока-
зателем политропы расширения воздуха, остающегося во
вредном объеме, т = 1,1. Определить объемный к. й. д. и
199
коэффициент подачи компрессора, если относительный
объем вредного пространства о = 0,045, параметры всасы-
ваемого воздуха /?()=!• 108Па и /0 = 25 °C, параметры
начала сжатия = 0,98 • 106 Па и ty 36 °C, расход вса-
сываемого воздуха GBC “ 0,12 кг/с и воздуха, идущего на
утечки, GyT = 0,0024 кг/с.
Ответ-. = 0,905; цу = 0,839.
Задача 6.3. Одноступенчатый поршневой компрессор
работает со степенью повышения давления X = 7 и с пока-
зателем политроцы расширения газа, остающегося во вред-
ном объеме, т = 1,3. Определить действительную подачу
компрессора, если диаметр цилиндра D 0,2 м, ход порш-
ня S = 0,18 м, частота вращения вала п — 900 об/мин, от-
носительный объем вредного пространства о = 0,05, и ко-
эффициент, учитывак^ций уменьшение давления газа при
всасывании, ту., = 0,92.
Ответ: V 0,064 м3/с.
Задача 6.4. Одноцилиндровый одноступенчатый порш-
невой компрессор сжимает воздух от давления ру =
= 1 • 105 Па до рг — 3,5 • 105 Па. Определить действи-
тельную подачу компрессора, если диаметр цилиндра D —
--- 0,2 м, ход поршня S — 0,15 м, частота вращения вала
п = 16 об/с, относительный объем вредного пространства
о — 0,045, показатель политропы расширения газа, остаю-
щегося во вредном объеме, т ~ 1,1 и коэффициент, учиты-
вающий уменьшение давления газа при всасывании, т|р =
- 0,95.'
Решение: Степень повышения давления опреде-
ляем по -формуле (6.2):
X = рг/рг = 3,5 • 10»/(1 • 108) = 3,5.
Объемный к. п. д. компрессора — по формуле (6.1):
Поб = 1 — о (X1/"1 — ])-]-- 0,045 (3,5'1 — 1) =
= 0,905.
Коэффициент подачи компрессора — по формуле (6.5):
гщ = 1']Об'Пр = 0,905 • 0,95 = 0,86.
Теоретическую подачу компрессора — по формуле (6.4):
V.,. = (nD2/4)Sn - (3,14 • 0,22/4)0,15 • 16 = 0,075 м3/с.
Действительную подачу компрессора — из формулы
(6.3):
V = утТк = 0,075 • 0,86 = 0,0645 м3/с.
200
Задача 6.5. Одноступенчатый поршневой компрессор
всасывает V — 0,05 м3/с воздуха при давлении рг =
== 1 • 105 Па и.сжимает его до давления р2 — 8 • 105 Па.
Определить теоретическую мощность привода компрессора
при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии
с показателем политропы т = 1,2.
Ответ: N„3 = 10,4 кВт; /V = 14 кВт; Мпо„ =
= 12,3 кВт.
Задача 6.6. Одноступенчатый поршневой компрессор
всасывает воздух при давлении pt = 1 • 105 Па и темпера-
туре tr = 17 °C и сжимает его до давления р2 = 7 • 10s Па.
Определить теоретическую мощность привода компрессора
при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии,
если массовая подача компрессора М = 0,12 кг/с и пока-
затель политропы т = 1,3.
Решение: Степень повышения давления определяем
по формуле (6.2):
X = р2/рх = 7 • 105/(1 • 105) = 7.
Действительную подачу компрессора при всасывании —
из формулы (6.9):
V = MRTJp! = 0,12 • 287 • 290/(1 • 106) = 0,1 м3/с.
Теоретическую мощность привода компрессора при изо-
термическом сжатии — по формуле (6.10):
М,,., = PiV In (p/pO/IO3 = 1 • 105 • 0,1 In 7/103 = 1 X
X 105 • 0,1 • 2,3 • lg 7/103 = 19,4 кВт.
Теоретическую мощность привода компрессора при
адиабатном сжатии—по формуле (6.11):
Уад = [k/(k — 1)1 (р^/103)	- 1) = [1,4/(1,4 —
- 1)] (1 • 105 • 0,1/Ю3) (7<'.4-1)/1.4 _ 1) = 25,9 кВт.
Теоретическую мощность привода компрессора при по-
литропном сжатии — по формуле (6.12):
Л/пол = [щ/(щ-1)1 (P1W103) (ХС'«-и/г« _ !) = [1,з/(1,з_
- 1)1 (1 • 105 • 0,1/103) (7(1.з-1)/1.з _ 1) = 24,2 кВт.
Задача 6.7. Одноступенчатый поршневой компрессор с
массовой подачей М = 0,18 кг/с всасывает воздух при дав-
лении Pi = 1 • Ю5 Па и температуре — 20 °C и сжимает
его до давления р2 = 6 • 105 Па. Определить, на сколько
возрастает теоретическая мощность привода компрессора,
если изотермическое сжатие воздуха в компрессоре будет
заменено адиабатным.
В Зак. 1088
201
Ответ: &N = Nan — Л/из = 35,3 — 27 = 8,3 кВт.
Задача 6.8. Одноступенчатый поршневой компрессор с
массовой подачей М — 0,21 кг/с сжимает воздух до давле-
ния р2 — 8 • 105 Па. Определить эффективную мощность
привода компрессора, если параметры всасывания рг =
— 1 • 10Б Па и /j = 20 °C и эффективный изотермический
к. п. д. компрессора г]е.из = 0,68.
Ответ: Ne ~ 54,1 кВт.
Задача 6.9.. Одноцилиндровый одноступенчатый порш-
невой компрессор сжимает воздух от давления рг —
= 1 • 106 Па до р2 = 7  105 Па. Определить эффективную
мощность привода компрессора и необходимую мощность
электродвигателя с запасом 10 % на перегрузку, если диа-
метр цилиндра D = 0,3 м, ход поршня S = 0,3 м,частота
вращения вала п = 12 об/с, относительный объем вредного
пространства о — 0,05,показатель политропы расширения
остающегося во вредном объеме газа т — 1,3, коэффициент,
учитывающий уменьшение давления газа при всасывании,
Т]р = 0,94 и эффективный адиабатный к. п. д. компрессора
'Пе.ад ~ 9,75.
Решение: Степень повышения давления определя-
ем по формуле (6.2):
X = P^Pi = 7  ЮБ/1  Ю5 = 7.
Объемный к. п. д. компрессора — по формуле (6.1):
г]об = 1 — о (Х>/'« — 1) = 1 — 0,05 (7*/i.з — 1) = 0,827.
Коэффициент подачи компрессора — по формуле (6.5):
г]у = 'Поб'Пр = 0,827-0,94 = 0,777.
Теоретическую подачу компрессора — по формуле (6.4):
Кт = (nZ)2/4)Sn = (3,14  0,32/4)0,3 • 12 = 0,254 м3/с.
Действительную подачу компрессора — из формулы
(6.3):
V = Уттц/ = 0,254  0,777 = 0,197 м3/с.
Теоретическую мощность привода компрессора при адиа-
батном сжатии — по формуле (6.11):
Л/ад = W(k — 1)] (ЛУ/103) (X(*-i )/* - 1) = [1,4/(1,4 —
— 1)] (1 - 10s - 0,197/103) (7<'Л-|)/1.4 _ 1) = 51 кВт.
Эффективную мощность привода компрессора — по
формуле (6.14):
Л/е = Л/ап/г]е _ = 51/0,75 = 68 кВт.
v	ад tv* ад	’
202
•'< Необходимая мощность электродвигателя с 10 %-ным
запасом перегрузки
= 1,1 • 68 = 74,8 кВт.
Задача 6.10. Двухцилиндровый одноступенчатый порш-
невой компрессор сжимает воздух от давления pt =
'== 1 • 105 Па до р2 — 6 • 10s Па. Определить эффективную
мощность привода компрессора, если диаметр цилиндра
/)=0,2 м, ход поршня S = 0,22 м, частота вращения вала
п = 440 об/мин, коэффициент подачи компрессора т)у = 0,82
и эффективный изотермический к. п. д. компрессора
Ле.из = °-72-
Ответ: Ne = 20,3 кВт.
Задача 6.11. Двухцилиндровый двухступенчатый порш-
невой компрессор сжимает воздух от давления ps =
= 1 • 106 Па до pz = 13 • 10s Па. Определить действи-
тельную подачу компрессора, если диаметр цилиндра D =
= 0,3 м, ход поршня S = 0,2 м, частота вращения вала
р = 14 об/с, относительный объем вредного пространства
о = 0,05, показатель политропы расширения остающегося
во вредном объеме газа т = 1,25, коэффициент, учитываю-
щий потери давления между ступенями, ф = 1,1 и коэф-
фициент, учитывающий уменьшение давления газа при вса-
сывании, т)р = 0,94.
Решение: Степень повышения давления в каждой
ступени определяем по формуле (6.18):
X -Ф VpJlh - 1,1 /13- !0s/(l • 10s)	3,9.
Объемный к. п. д. — по формуле (6.1):
т]о0 = 1-а	— 1) = 1 —0,05(3,9’/i.25 — 1) = 0,901.
Коэффициент подачи — по формуле (6.5):
Ли = ЛобЛр = 0,901 • 0,94 = 0,847.
Теоретическую подачу ступени компрессора — по фор-
муле (6.4):
Кт = (nD2/4)S/i = (3,14 • 0,32/4)0,2 • 14 = 0,198 м3/с.
Действительную подачу компрессора — из формулы
~ (6.3):
. V -= 21/тгщ = 2 • 0,198 • 0,847 = 0,335 м3/с.
Задача 6.12. Определить, на сколько процентов умень-
шится мощность, потребляемая поршневым компрессором,
8*
203
адиабатно сжимающим воздух от давления рг — 1 • 10в Па
до р2 = 8 • Ю5 Па, при переходе от одноступенчатого к
двухступенчатому сжатию.
Ответ-. На 14,7 %.
Задача 6.13. Двухступенчатый компрессор с подачей
V = 0,2 м3/с сжимает воздух от давления рг = 1 • 105 Па
до р2 = 30 • 105 Па. Определить эффективную мощность
привода компрессора, если эффективный адиабатный к. п. д.
компрессора г]е ад = 0,69 и коэффициент, учитывающий по-
тери давления между ступенями, ф = 1,1.
Ответ: Ne — 136 кВт.
Задача 6.14. Трехступенчатый компрессор с массовой
подачей М — 0,238 кг/с сжимает воздух от давления р2 =
= 112,5 • 105 Па. Определить эффективную мощность при-
вода компрессора, если параметры всасывания воздуха
/?! = 0,9 • 105 Па и ti — 17 °C , коэффициент, учитывающий
потери давления между ступенями, ф = 1,11, механический
к. п. д. компрессора г]м = 0,94 и изотермический к. п. д.
компрессора г]пз = 0,7.
Ответ: Ne — 156 кВт.
Задача 6.15. Определить индикаторную мощность двух-
цилиндрового двухступенчатого компрессора с диаметрами
цилиндра Dr =0,35 м и D2 = 0,2 м и ходом поршней S =
= 0,2 м, если частота вращения вала п — 12 об/с, сред-
нее индикаторное давление для первой ступени piL =
= 1,2- 105 Па и второй — pi2 = 3,4 • Ю5 Па.
Ответ: N, = 53,3 кВт.
Задача 6.16. Определить эффективную мощность трех-
цилиндрового двухступенчатого компрессора с диаметрами
цилиндров Dj = 0,2 м ий2 = 0,15 м и ходом поршней S =
= 0,15 м, если частота вращения вала п = 840 об/мин,
механический к. п. д. компрессора г]м = 0,87, среднее ин-
дикаторное давление для первой ступени р;1 = 1,7 • 105 Па
и второй — pi2 = 3,5 • 105 Па.
Решение: Индикаторную мощность цилиндра пер-
вой ступени сжатия Л/г1 и второй —N i2 определяем по фор-
муле (6.16):
Ntl = РцУ1ап/\05 = PilnD\Sn! (103 • 4) = 1,7 • 105 X
Х3,14 • 0,22 • 0,15 • 14/(1000 • 4) = 11,2 кВт;
= Pii^DlSn/ (103 • 4) = 3,5 • 105 X
Х3,14 • 0,152 • 6,15 • 14/(1000 • 4) = 13 кВт.
Индикаторная мощность компрессора
Л/; = Na + Niz = 2 • 11,2 + 13 = 35,4 кВт.
204
Эффективную мощность компрессора определяем по фор-
муле (6.17):
Ne = ЛМПм = 35,4/0,87 = 40,7 кВт.
Задача 6.17. Определить среднее индикаторное давление
в ступенях двухцилиндрового двухступенчатого компрес-
сора с диаметрами цилиндров = 0,3 м и D2 = 0,18 м и
ходом поршней S = 0,15 м, если частота вращения вала
п = 13 об/с, индикаторная мощность цилиндра первой сту-
пени Л/£1 = 25 кВт и второй — Ni2 — 26 кВт.
Ответ.-, рц = 1,82 • 105 Па; pi2 == 5,24 • 105 Па.
Задача 6.18. Определить механический к. п. д. двухци-
линдрового двухступенчатого компрессора с диаметрами
цилиндров Z)j = 0,198 м и D2 = 0,155 м и ходом поршней
S — 0,145 м, если частота вращения вала п = 900 об/мин,
' эффективная мощность Л/е = 28,4 кВт, среднее индикатор-
ное давление для первой ступени р£1 = 1,7 • 105 Па и вто-
рой — pt2 = 3,3 • 105 Па.
Ответ:	= 0,88.
Задача 6.19. Компрессор всасывает воздух при давлении
pr = 1 • 105 Па и температуре tr = 20 °C и сжимает его
изотермически до давления р2 = 10 • 103 Па. Определить
эффективный изотермический к. п. д. компрессора, если
эффективная мощность привода компрессора Ne = 57,6 кВт
и массовая подача компрессора М = 0,2 кг/с.
Ответ: г]е.пз = 0,67.
Задача 6.20. Определить теоретическую и действитель-
ную подачи одноступенчатого пластинчатого ротационного
компрессора, если внутренний диаметр корпуса D = 0,25 м,
диаметр ротора d = 0,22 м, длина роторов I = 0,45 м, число
пластин z — 15, толщина пластин 6 = 0,002 м, эксцентри-
ситет е = 0,015 м, окружная скорость вращения вала и =
~ 14,5 м/с и коэффициент подачи компрессора r]i/ — 0,75.
Ответ: VT = 0,214 м3/с; V = 0,16 м3/с.
Задача 6.21. Двухступенчатый пластинчатый ротацион-
ный компрессор с подачей V = 1,67 м3/с сжимает воздух от
давления рг = 1 • 105 Па до р2 = 9 • 105 Па. Определить
- эффективную мощность привода компрессора, если степень
повышения давления в обеих ступенях одинаковая при
полном промежуточном охлаждении воздуха. Эффективный
изотермический к. п. д. компрессора г]е пз = 0,7.
Ответ: Nе = 522 кВт.
Задача 6.22. Одноступенчатый центробежный компрес-
сор с массовой подачей М = 10 кг/с сжимает фреоновый
205
пар от давления р{ = 1,6 • 10s Па до р2 = 8,26 • 105 Па.
Определить эффективную мощность привода компрессора,
если энтальпия пара у входа на лопатки колеса ступени
А = 570 кДж/кг. энтальпия пара в конце адиабатного сжа-
тия в компрессоре t2 — 600 кДж/кг, показатель адиабаты
фреона-12 k — 1,14, политропный к. п. д. компрессора г]пол =
— 0,78 и механический к. п. д. компрессора г]м = 0,95.
Решение: Степень повышения давления опреде-
ляем по формуле (6.2):
X рг/ру = 8,26 • 105/(1,6 • 105) = 5,16.
Адиабатный к. п. д. компрессора —по формуле (6.21):
г]ад = (Х<*- •>/* - 1)/(л(^ ,>/(‘”Пол) _ 1) =
(5,16с'14 -!>/ 1.14__ 1)/(5> 16(1.14 —	• 0.78) — 1) = 0,75.
Эффективную мощность привода компрессора — по фор-
муле (6.22):
Nк — М. (i2 — ^/(ПадПм) = Ю (600 — 570)/0,75 X 0,95 =
= 421 кВт.
§ 6.2.	ВЕНТИЛЯТОРЫ
Вентиляторы предназначены для перемещения воздуха
илй других газов. Они подразделяются на центробежные
и осевые.
Теоретический напор (м), развиваемый вентилятором,
определяется по формуле
Н.Г = (и2С2 cos а2 — UjCj cos aj/g,	(6.23)
r^eg = 9,81 м/с2—ускорение свободного падения; и и2 —
окружные скорости газа на входе и выходе с рабочей лопат-
ки, м/с; Cj и С2—абсолютные скорости газа на входе и вы-
ходе с рабочего колеса, м/с; ах и а2 — углы между абсо-
лютной и окружной скоростями на входе и выходе газа с
рабочей лопатки.
Окружная скорость (м/с) газа при входе на рабочую
лопатку
= Ttdgi/60,	(6-24)
где r/j — внутренний диаметр рабочего колеса, м; п — час-
тота вращения рабочего колеса, об/мин.
206
Окружная скорость (м/с) газа на выходе с рабочей ло-
патки
и2 = n.d2n/60,	(6.25)
где d2 — наружный диаметр рабочего колеса, м.
Действительный напор (м), развиваемый вентилятором:
Н = НтЧг,	(6.26)
где цг — гидравлический к. п. д. вентилятора.
Мощность (кВт), потребляемая вентилятором:
Мв = (p?pg//Q/rio)100,	(6.27)
где РгР — средняя плотность газа, кг/м3, Н — действитель-
ный напор, развиваемый вентилятором , м; Q — подача вен-
тилятора, м3/с; г]0 — общий к. п. д. вентилятора, %.
Мощность двигателя (кВт) для привода вентилятора на-
ходится по формуле
МДв = РЛ/В,	(6.28)
где Р — коэффициент запаса мощности двигателя, принимае-
мый для центробежных вентиляторов 1,1 ...1,15, для осевых
вентиляторов — 1,05 ...1,1.
Задача 6.23. Определить теоретический напор, разви-
ваемый центробежным вентилятором, если частота враще-
ния рабочего колеса п = 1500 об/мин, внутренний диаметр
рабочего колеса dY = 0,5 м, окружная скорость воздуха на
выходе с рабочей лопатки и2 = 45 м/с, абсолютная скорость
воздуха при входе на рабочее колесо Сг = 32 м/с, абсолют-
ная скорость воздуха на выходе с рабочего колеса С2 —
— 60 м/с, угол между абсолютной и окружной скоростями
при входе воздуха на рабочую лопатку ах = 40° и угол меж-
ду абсолютной и окружной скоростями на выходе с рабочей
лопатки аа = 20°.
Ответ'. НТ = 157,5 м.
Задача 6.24. Определить действительный напор, разви-
ваемый центробежным вентилятором, если частота враще-
ния рабочего колеса п — 1500 об/мин, внутренний диаметр
рабочего колеса dr = 0,5 м, наружный диаметр рабочего
колеса d2 = 0,6 м, проекция абсолютной скорости Сг на
направление окружной скорости воздуха при входе на ра-
бочую лопатку Сх cos ах = 25 м/с, проекция абсолютной
207
л
скорости *С2 на направление окружной скорости воздуха на
выходе с рабочей лопатки С2 cos а2 = 58 м/с и гидравли-
ческий к. п. д. вентилятора гр. = 0,8.
Ответ: Н = 140 м.
Задача 6.25. Определить мощность двигателя для при-
вода центробежного вентилятора, если подача вентилятора
Q = 10 м3/с, коэффициент запаса мощности двигателя
р == 1,1, частота вращения рабочего колеса п =
= 1500 об/мин, внутренний диаметр рабочего колеса
й1=0,6м, наружный диаметр рабочего колеса d2 = 0,7 м,
средняя плотность воздуха в вентиляторе ргР= 1,2 кг/м3,
абсолютная скорость воздуха при входе на рабочее колесо
Ci = 30 м/с, абсолютная скорость воздуха на выходе с ра-
бочего колеса С2 = 56 м/с, угол между асболютной и окруж-
ной скоростями при входе воздуха на рабочую лопатку
ах = 40°, угол между абсолютной и окружной скоростями
на выходе воздуха с рабочей лопатки а2= 20°, гидравли-
ческий к. п. д. вентилятора т]г =0,8 и общий к. п. д. венти-
лятора т]0 = 65 % .
Решение: Окружную скорость воздуха при входе
на рабочую лопатку определяем по формуле (6.24):
= ndpj/60 = 3,14 • 0,6 • 1500/60 = 47,1 м/с.
Окружную скорость воздуха на выходе с рабочей лопат-
ки находим по формуле (6.25):
и2 = nd2n/60 = 3,14 • 0,7 • 1500/60 = 55 м/с.
Теоретический напор, развиваемый вентилятором, оп-
ределяем по формуле (6.23):
Ят = (и2С2 cos а2 — и1С1 cos a^)!g =
= (55 • 56 • 0,9397 — 47,1 • 30 • 0,766)9,81 = 181 м.
Действительный напор, развиваемый вентилятором, на-
ходим по формуле (6.26):
Н = /7тПг = 181 • 0,8 = 144,8 м.
А^ощность двигателя для привода центробежного венти-
лятора определяем по формуле (6.28):
ср
TV = Р 100 == 1,1	ЮО = 29,5 кВт.
Задача 6.26. Определить мощность, потребляемую осевым
вентилятором, если теоретический напор, развиваемый вен-
тилятором, НТ — 150 м, гидравлический к. п. д. вентиля-
208
тора щ = 0,8, подача вентилятора Q = 8 м3/с, средняя
плотность воздуха в вентиляторе р^1’ = 1,2 кг/м3 и общий
к. п. д. вентилятора ц0 = 62 %.
Ответ: NB = 18,6 кВт.
Задача 6.27. Определить подачу центробежного венти-
лятора, если средняя плотность воздуха в вентиляторе
р‘р = 1,2 кг/м3, окружная скорость воздуха при входе на
рабочую лопатку = 42 м/с, окружная скорость воздуха
на выходе с рабочей лопатки иг — 54 м/с, проекция абсо-
лютной скорости С, на направление окружной скорости
воздуха при входе на рабочую лопатку Ct cos 25 м/с,
проекция абсолютной скорости С2 на направление окружной
скорости воздуха на выходе с рабочей лопатки С2 cos а2 =
= 55 м/с, гидравлический к. п. д. вентилятора ту. — 0,82,
мощность, потребляемая вентилятором, Л/в = 20 кВт и об-
щий к. п. д. вентилятора 1% = 64 %.
Ответ: Q = 6,7 м3/с.
Задача 6.28. Определить общий к. п. д. осевого вентиля-
тора, если теоретический напор, развиваемый вентилятором,
НТ = 141 м, гидравлический к. п. д. вентилятора т,г = 0,8,
подача вентилятора Q = 9,5 м3/с, мощность двигателя для
привода вентилятора Л/Дв = 24 кВт, средняя плотность
воздуха в вентиляторе ргР = 1,2 кг/м3 и коэффициент запа-
са мощности двигателя § -- 1,05.
Ответ: т|0 = 56,5 %.
§ 6.3.	ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Удельное количество теплоты (кДж/кг), отводимой 1 кг
хладагента, определяется по формуле
<7о = Ч —	= Го (*i — х4),	(6.29)
где -- энтальпия пара хладагента, поступающего из ис-
парителя в компрессор, кДж/кг; it — энтальпия хладаген-
та, поступающего в испаритель, кДж/кг; г — теплота паро-
образования, кДж/кг; Xj —степень сухости пара хладаген-
та, поступающего из испарителя в компрессор; х4 — степень
. Сухости хладагента, поступающего в испаритель.
Объемное количество теплоты (кДж/м3), отводимой 1 кг
хладагента:
, <7v =	= 0'1 — «Ж	(6-3°)
209
где Vi — удельный объем пара хладагента, всасываемого
компрессором, м3/кг.
Массовый расход (кг/с) хладагента, циркулирующего в
холодильной машине:
Gx = Qo/<7o-	(6.31)
где Qo — холодильная мощность машины, кВт.
Объемный расход пара, всасываемого компрессором
(м3/с) холодильной установки:
V = (Qo^o)vi = Gxvv	(6.32)
Теоретическая удельная работа компрессора (кДж/кг),
затрачиваемая на сжатие 1 кг хладагента:
/к = h — й-	(6'33)
где —энтальпия пара хладагента на выходе из компрес-
сора, кДж/кг.	]
Холодильный коэффициент находится по формуле
е = qn/lK.	(6.34)
Холодильный коэффициент зависит от температур цикла
и свойств рабочего тела, которое применяется в установке.
Теоретическая мощность (кВт), затрачиваемая в ком-
прессоре холодильной установки на сжатие паров хлад-
агента, определяется по формуле
Мт = GxlK = Q0/e.	(6.35)
Стандартная холодильная мощность установки (кВт)
Qoc = QoWtfvc^Wr),	(6.36)
где Q„ — холодильная мощность установки при рабочих
параметрах, кВт; qVz — объемное количество теплоты, от-
водимое хладагентом при стандартных параметрах, кДж/м3;
tjvc и гц/ — коэффициент подачи компрессора при стандарт-
ных и рабочих параметрах.
Индикаторная удельная холодильная мощность маши-
ны (кВт/кВт)
ki =	(6.37)
Эффективная удельная холодильная мощность машины
(кВт/кВт)
ke = Q0We.	(6.38)
210
Задача 6.29. Фреоновая холодильная установка рабо-
тает при температуре испарения = —15 °C и температуре
конденсации = 30 С’С. Определить удельное и объемное
количество теплоты, отводимой 1 кг фреона-12, если пар из
испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: q0 = 118,6 кДж/кг; qv = 1279,2 кДж/м3.
Задача 6.30. Фреоновая холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo = 100 кВт работает при темпера-
туре испарения = —10 °C и температуре конденсации
= 20 °C. Определить массовый расход циркулирующего
фреона-12 и объемный расход пара фреона, всасываемого
компрессором установки, если пар из испарителя выходит
сухим насыщенным.
Ответ: Gx = 0,763 кг/с; V — 0,067 м3/с.
Задача 6.31. Аммиачная холодильная установка рабо-
тает при температуре испарения = —15 °C и температу-
ре конденсации tt = 25 °C. Определить холодильный ко-
эффициент, если энтальпия аммиака на выходе из компрес-
сора i2 = 1896 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим
насыщенным.
Ответ: е = 4,83.
Задача 6.32. Фреоновая холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo — 118 кВт работает при температу-
ре испарения = —15 °C и температуре конденсации перед
регулирующим вентилем t.i — 25 °C. Определить массовый
расход циркулирующего фреона-12, холодильный коэффи-
циент и теоретическую мощность компрессора установки,
если энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора
12 = 610 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим насы-
щенным.
Решение: Пользуясь табл. 4 (см. Приложение),
находим энтальпию пара фреона-12, поступающего из ис-
парителя в компрессор, = 566,39 кДж/кг и энтальпию
фреона-12, поступающего в испаритель, = 442,81 кДж/кг.
Удельное количество теплоты, отводимой 1 кг фреона-12,
определяем по формуле (6.29):
70 = i'i —	= 566,39 — 442,81 = 123,58 кДж/кг.
Массовый расход циркулирующего фреона-12 — по фор-
муле (6.31):
Gx =	= 118/123,58 = 0,955 кг/с.
Теоретическую удельную работу компрессора, затрачи-
ваемую на сжатие 1 кг фреоиа-12, — по формуле (6.33):
/к = h — *i = 610 — 566,39 = 43,61 кДж/кг.
211
, Холодильный коэффициент — по формуле (6.34):
е = 7о//к = 123,58/43,61 = 2,83.
Теоретическую мощность компрессора холодильной уста-
новки — по формуле (6.35):
Ат = GxlK = 0,955 • 43,61 = 41,65 кВт.
Задача 6.33. Аммиачная холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo = 205 кВт работает при температу-
ре испарения = —10 °C и температуре конденсации пе-
ред регулирующим вентилем /4 = 20 °C. Определить стан-
дартную холодильную мощность при температуре испаре-
ния f — —15 °C и температуре конденсации перед регу-
лирующим вентилем t\ = 25 °C, если коэффициент подачи
компрессора для рабочих параметров тр/ = 0,7 и коэффи-
циент подачи компрессора для стандартных параметров
гр/с = 0,63. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: Qoc = 147,6 кВт.
Задача 6.34. Фреоновая холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo = 100 кВт работает на фреоне-12
при температуре испарения = —5 °C и температуре кон-
денсации перед регулирующим вентилем it = 25 °C. Опре-
делить холодильный коэффициент и стандартную холо-
дильную мощность установки при температуре испарения
t{ = —15 °C и температуре конденсации перед регулирую-
щим вентилем /4 =30 °C, если теоретическая мощность ком-
прессора установки Ат = 26 кВт и коэффициент подачи
компрессора для рабочих параметров г]у = Лис = 0,69.
Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Решение: Объемное количество теплоты, отводимой
хладагентом для стандартных параметров, определяем по
формуле (6.30):
qvc = (it —	= (566,39 — 447,83)/0,09268 =
= 1279,2 кДж/м3.
Объемное количество теплоты, отводимое хладагентом
для рабочих параметров, — по формуле (6.30):
qv = (i’i — 14)/^ = (571,16 — 442,81)/0,06635 =
= 1934,4 кДж/м3.
Значения ilt it, Ц, v[ находим по табл. 4 (см. При-
ложение).
Стандартную холодильную мощность установки опре-
деляем по формуле (6.36):
212
Qoc = QoTivcW (w) = 100 • 0,69 • 1279,2/(0,69 X
X 1934,4) = 66,1 кВт.
Холодильный коэффициент — из формулы (6.35):
е = QOC/WT = 66,1/26 = 2,54.
Задача 6.35. Фреоновая холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo = 105 кВт работает при температу-
ре испарения = —15 °C и температуре конденсации перед
регулирующим вентилем tt = 25 °C. Определить индика-
торную удельную холодильную мощность машины, если
энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора ia —
= 604 кДж/кг и индикаторный к. п. д. г]г = 0,865. Пар из
испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: kt = 2,84 кВт/кВт.
Задача 6.36. Фреоновая холодильная установка холо-
дильной мощностью Qo = 102 кВт работает при темпера-
туре испарения tr — —5 °C и температуре конденсации
перед регулирующим вентилем = 25 °C. Определить
эффективную удельную холодильную мощность машины,
если энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора
i2= 610 кДж/кг, индикаторный к. п. д. гц = 0,87 и меха-
нический к. п. д. = 0,905. Пар из испарителя выходит
сухим насыщенным.
Решение: По табл. 4 (см. Приложение) находим энталь-
пию пара фреона-12, поступающего из испарителя в ком-
прессор, = 571,16 кДж/кг и энтальпию фреона-12, по-
ступающего в испаритель, г4 = 442,81 кДж/кг.
Удельное количество теплоты, отводимой 1 кг фреона-12,
определяем по формуле (6.29):
<7о = h — Ч = 571,16 — 442,81 = 128,35 кДж/кг.
Массовый расход циркулирующего фреона-12 — по
. формуле (6.31):
Gx = Qo^o = 102/128,35 = 0,795 кг/с.
Теоретическую удельную работу компрессора, затрачи-
ваемую на сжатие 1 кг фреона-12, — по формуле (6.33):
<к = /2 — h — 610 — 571,16 = 38,8 кДж/кг.
Теоретическую мощность, затрачиваемую в компрессоре
Холодильной установки на сжатие паров хладагента, —
- по формуле (6.35):
ЛГТ = Gx/K = 0,795 • 38,84 = 30,9 кВт.
213
Индикаторная мощность компрессора
Nt = A/T/i1( = 30,9/0,87 = 35,5 кВт.
Эффективная мощность компрессора
Ne = Л/£/т]м = 35,5/0,905 = 39,2 кВт.
Эффективную удельную холодильную мощность машины
определяем по формуле (6.38):
kt = Q0/Nq = 102/39,2 = 2,6 кВт/кВт.
ГЛАВА 7
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
§ 7.1. ПОКАЗАТЕЛИ РЕЖИМА РАБОТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
Характерной особенностью режима эксплуатации элек-
трических станций является строгое соответствие произ-
водства электрической и тепловой энергии ее потреблению.
Поэтому для обеспечения надежной работы электростанции
необходимо знать изменение потребления энергии по вре-
мени. Изменение потребления энергии по времени изобра-
жается диаграммой, которая называется графиком нагрузки.
Графики нагрузки могут быть суточными, месячными и го-
довыми. На рис. 7.1 изображен годовой график электри-
ческой нагрузки. На графике по оси абсцисс откладывается
продолжительность нагрузки в часах за год (1 год —
365 • 24 ~ 8760 ч), а по оси ординат — нагрузка в кВт.
Площадь, ограниченная кривой годового графика
(рис. 7.1), представля-
ет собой в масштабе
количество вырабо-
танной станцией за
год энергии в кило-
ватт-часах. Опреде-
лив площадь F (м2)
под кривой годового
графика, находят ко-
личество выработан-
ной энергии (кВт • ч)
станцией за год:
Хд₽-/'т, (7.1)
214
где т — масштаб графика, кВт • ч/м2.
Режим работы электрических станций оценивается ко-
эффициентом использования установленной мощности, ко-
эффициентом нагрузки, коэффициентом резерва, числом ча-
сов использования установленной мощности и числом часов
использования максимума нагрузки.
Коэффициент использования установленной мощности
k* представляет собой отношение количества выработанной
энергии за год Э“оДр к установленной мощности электро-
станции Мзс-
=	/(8760^с) =	/^,	(7.2)
где Nsc — средняя нагрузка электростанции, кВт.
Средняя нагрузка электростанции (кВт)
^эсР =ЭгодР/8760-	(7 3)
Коэффициент нагрузки йн представляет собой отноше-
ние средней нагрузки электростанции к максимальной
N™*, т. е.
(7-4)
Коэффициент резерва fep представляет собой отношение
установленной мощности электростанции N%c к максималь-
нои нагрузке /V3C :
Л /ДГтах,	(7.5)
или
fep =	(7.6)
Число часов использования установленной мощности
Ту представляет собой отношение количества выработан-
ной энергии за год к установленной мощности стан-
цин
’у-ЗЯ/Л'Ь-	<7-7)
Число часов использования максимума нагрузки Тм
представляет собой отношение количества выработанной
энергии за год Эг“д к максимальной нагрузке электростан-
ции ЛС\ т. е.
Л, =3™Р/<сах.	(7.8)
215
Задача 7.1. На электростанции установлены три турбо-
генератора мощностью N = 50 • 103 кВт каждый. Опреде-
лить количество выработанной энергии за год и коэффи-
циент использования установленной мощности, если пло-
щадь под кривой годового графика нагрузки станции F =
= 9,2 • 10"4 м2 и масштаб графика т—9  10й кВт • ч/м2.
Ответ: Згод = 8,28 • 10s кВт • ч; kn = 0,63.
Задача 7.2. На электростанции установлены два турбо-
генератора мощностью N = 25 • 103 кВт каждый. Опреде-
лить среднюю нагрузку станции и коэффициент использо-
вания установленной мощности, если количество вырабо-
танной энергии за год Э™? = 30 • 107 кВт • ч.
Ответ: Nlc = 34 245 кВт; kn = 0,685.
Задача 7.3. Определить число часов использования уста-
новленной мощности и коэффициент нагрузки электростан-
ции, если установленная мощность электростанции Л/эС =
= 16 • 104 кВт, максимальная нагрузка станции W™cax =
—- 13,6 • 104 кВт, площадь под кривой годового графика
нагрузки станции F = 8 • 10~4м2 и масштаб графика
т = 1 • 1012 кВт • ч/м2.
Ответ: Ту = 5000 ч; ka = 0,67.
Задача 7.4. Определить число часов использования мак-
симума нагрузки и коэффициент резерва электростанции,
если площадь под кривой годового графика нагрузки
станции F = 8,5 • Ю“4 м2, масштаб графика т =
— 8,8 • 10й кВт • ч/м2, число часов использования уста-
новленной мощности Ту = 5500 ч и максимальная нагруз-
ка станции = 12,5 • 104 кВт.
Ответ: Ты = 5984 ч; kv = 1,09.
Задача 7.5. На электростанции установлены два турбо-
генератора мощностью N = 75 • 103 кВт каждый. Опреде-
лить показатели режима работы станции, если максималь-
ная нагрузка станции N™* = 135 • 103 кВт, площадь под
кривой годового графика нагрузки F = 9,06  10-4 м2 и
масштаб графика т — 8,7 • 10“ кВт • ч/м2.
Решение: Количество выработанной электрической
энергии за год станцией определяем по формуле (7.1):
5r“P = Fm=9,06 • 10'4 • 8,7 • 10“ = 788,2 • 10® кВт  ч.
Среднюю нагрузку электростанции — по формуле (7.3):
= Э-р/8760 = 788,2-10®/8760 = 9-104 кВт.
216
ИЖ^/становленная мощность электростанции
Ир-уУ = 2У = 2 • 75 • 10» = 150 • 103" кВт.
«^Коэффициент использования установленной мощности
8&йр»иеляем по формуле (7.2):
lEk = Л^р/л£= 9 • 104(150 • Ю3) = 0,6.
ЯКДСоэФФициент нагрузки — по формуле (7.4):
ЯрД =	= 9 • 104(135 • 103)« 0,666.
Як Коэффициент резерва — по формуле (7.6):
= 0,666/0,6 =1,11.
зиК-1 Число часов использования установленной мощности —
ВБ Формуле (7.7):
Ж т =э»ыр/дгу == 788,2-104150-103 =5255 ч.
• ГОД эс
^исло часов использования максимума нагрузки — по
Д|врмуле (7.8):
Ж Гм^^/У-х = 788,2-104135-103 =5840 ч.
«Задача 7.6. На электростанции установлены три турбо-
жЬенератооа мощностью N = 50 • 10* кВт каждый. Опреде-
Швить число часов использования установленной мощности
коэффициент резерва станции, если количество вырабо-
ЯКанной энергии за год Э?“д — 788,4 • 10е кВт • ч и коэф-
|||дациент нагрузки ku = 0,69.
ж/ Ответ: Ту — 5256 ч;- fep = 1,15.
'Hfe Задача 7.7. На электростанции установлены три турбо-
Оенератора мощностью N = 25 • 103 кВт каждый. Опреде-
аШиггь коэффициенты использования установленной мощно-
сти, нагрузки н резерва, если количество выработанной
айиергин за год 3®од = 394,2 • 10е кВт • ч и максимальная
янЙгрузка станции = 65,2 - ГО3 кВт.
ж? Ответ: ku — 0,6; kH = 0,69; kp = 1,15.
ж Задача 7.8. На электростанции установлены три турбо-
ДаВиератора мощностью N — 1 • 104 кВт каждый. Опреде-
ЦрТть показатели режима работы станции, если количество
ДЙфаботаиной энергии за год 5?“д = 178,7 • 10е кВт • ч
яКдкаксимальная нагрузка станции М£ах = 28,3 • 103 кВт.
W Ответ: k„ = 0,68;Д = 0,72; kp = 1 06; Ту = 5957 ч;
— 6315 ч.
Зак. 1088	217
§ 7.2. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ
ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СТАНЦИЙ
Экономичность работы электрической станции оценива-
ется коэффициентами полезного действия, удельным расхо-
дом условного топлива, удельным расходом теплоты на вы-
работку электроэнергии и себестоимостью энергии.
К. п. д. электростанции подразделяются на к. п. д.
брутто, определяемый без учета расхода энергии на собст-
венные нужды, и к. п. д. нетто—е учетом расхода электри-
ческой энергии и теплоты на собственные нужды.
К. п. д. конденсационной электростанции (КЭС) брутто
Т)кэс представляет собой отношение количества выработан-
ной электроэнергии к энергии, подведенной с топливом:
(7,9)
где Эвыр — количество выработанной электроэнергии, кДж;
В — расход топлива, кг; Q„— низшая теплота сгорания
рабочей массы топлива кДж/кг.
Если известны к. п. д. отдельных узлов и установок
электростанции, то без учета работы питательных насосов
к. п. д. КЭС брутто может быть определен по формуле
Л^ЭС ~ Лк. у Лтр Л< Лог Лм Лг>	(7.10)
где т)ку — к. п. д. котельной установки; т]тр — к. п. д.
трубопроводов; т]г — термический к. п. д. цикла Ренкина
при заданных параметрах пара на электростанции; т]ог —
относительный внутренний к. п. д. турбины; т)м — меха-
нический к. п. д. турбины; г]Г — электрический к. п. д. ге-
нератора.
К. п. д. конденсационной электростанции нетто т]кэс
представляет собой отношение отпущенной электроэнергии
к энергии, подведенной с топливом:
ЛнктЭс = 'Э°тп/5<21?>	<7-И)
гда Э°тп = Эвыр — Эс н — количество отпущенной элек-
троэнергии, равное разности выработанной и израсходован-
ной на собственные нужды, кДж.
Для теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) применяются част-
ные к. п. д. по выработке электроэнергии т)тэц и теплоты
Q
Лтэц-
218
& К. и. д. ТЭЦ брутто по выработке электроэнергии опре-
деляется по формуле
' ^ = 5b“p/(B3Qp),	(7.12)
где Вэ — расход топлива на выработку электроэнергии, кг.
К. и. д. ТЭЦ брутто по выработке теплоты находится по
формуле
•л. Q0Tn/(M5h	(7ЛЗ)
✓
0°™ — количество теплоты, отпускаемой потребите-
'^Йям, кДж; Bq — расход топлива на выработку отпущенной
^Ч^ПЛОТЫ, кг.
К. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску электроэнергии опреде-
. ляется по формуле
V'	= 3°™/[(ВЭ —Вс.н) QP] ,	(7.14)
где Вс.„ — расход топлива на выработку электроэнергии
\ для собственных нужд, потребляемой в связи с отпуском
? теплоты, кг.
К. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску теплоты находится по
формуле
+	>	(7.15)
 . л **	*
Удельный расход условного топлива (кг/МДж) на КЭС
, на выработку 1 МДж (103 кДж) электроэнергии опреде-
Ляется по формуле
Т	6У эс = BQP/(29,ЗЭвыр) - 0,0342/ЛбкРэС.	(7.16)
ч' Удельный расход условного топлива [кг/(кВт • ч)] на
| КЭС на выработку 1 кВт • ч электроэнергии находится
' 1ю формуле
1 йкэс = 3600BQP/(29 300Эв“Р) = 0,123/^.	(7.17)
С
Я*- Удельный расход условного топлива (кг/МДж) на ТЭЦ
на выработку 1 МДж электроэнергии определяется по фор-
,i? муле
:	^этэц =	QP/(29,33Bb,P) = 0,0342/т)^.	(7.18)
5- 9*	219
Удельный расход условного топлива [кг/(кВт-ч)] на
ТЭЦ на выработку 1 кВт-ч электроэнергии находится
по формуле
6утэц = 3600Вэ Q₽/(29 300Эвыр) = 0,123/т)^.	(7.19>
Удельный расход условного топлива (кг/МДх) на
ТЭЦ на выработку 1 МДж теплоты определяется по
по формуле
^тэн= Bq QHp/(29,3Q°™) = 0,0342/п^р .	. (7.20)
Удельный расход теплоты [МДж/(кВт - ч)] на выработ-
ку электроэнергии на КЭС находится по формуле
*Экэс= Q^kzc’	(^)
ИЛИ
’22>
Удельный расход теплоты (МДж/(кВт • ч)] на выработ-
ку электроэнергии на ТЭЦ определяется по формуле
‘ЧэЦ-ЧЧтЭи.	'?'23»
ИЛИ
I7-24)
Расход топлива на ТЭЦ (кг)
5тэц — Вэ + Bq.	(7.25)
Расход топлива (кг) на выработку отпущенной теплоты
находится по формуле
5c=Q0Tn/(Q₽nK.y).	(7-26)
Расход топлива (кг) на ТЭЦ может быть определен по
формуле
Втэц = D/И, ‘	(7.27)
где И — испарительность топлива, кг/кг; D — расхадпара
на ТЭЦ, кг.
Коэффициент использования теплоты топлива на ТЭЦ
оценивает эффективность использования топлива
птац= (<2отп + Эв-Р)/(Вгэц QP).	(7.28)
220
L К. п. д. атомной электростанции определяется по фор-
чмуле
ПАЭС = ПрПт.п1ЪПоР1мПг>
(7.29)
/ГДе Пр — к- п. Д- реактора; т]т п — к. п. д. теплового пото-
'*|£Д;	— термический к. п. д.; r]oi — относительный вну-
тренний к. п. д. турбины; Им — механический к. п. д.; rjr —
tot. п. д. электрогенератора.
Е Удельный расход ядерного топлива 1кг/(кВт • ч)1 на
Цатомной электростанции (АЭС) находится по формуле
&аэс = 1/(24 • 103^аэс),
(7.30)
|где k — средняя глубина горючего, МВт • сут/кг урана.
* Себестоимость 1 кВт • ч электроэнергии 1коп/(кВт • ч)|
отпускаемой КЭС, определяется по формуле
5°к^ = 2 И1Э<™= [(Дтоп + И™ + И3.п +
+ 2//пр)/'Э°тп] 100>
(7.31)
|_пливо, руб/год; Иам — затраты на амортизацию, руб/год;
у/7в.п— затраты на заработную плату, руб/год; 27/пр —
fc'Bce остальные'статьи затрат, руб/год.
г Себестоимость 1 кВт • ,ч электроэнергии [коп/(кВт • ч)]
ь отпускаемой ТЭЦ, находится по формуле
[	5тэц~ Вэ 2 77/(5тэц 50ТП) =
>	= [Вэ (Дтоп + Иам + И3.а + 2 7/пр)/Втэц 3°™] 100. (7.32)
Задача 7.9. Конденсационная станция израсходовала
— 720 • 106 кг/год каменного угля с низшей теплотой
Ссгорания Q„ = 20 500 кДж/кг и выработала электроэнергии
|,-Эвыр = 590 • 1010 кДж/год, израсходовав-при этом на Coe-
s’ ственные нужды 5 % от выработанной электроэнергии.
Г Определить к. п. д. брутто и к. п. д. нетто станции.
Ответ-, пкэс = 0,4; т]кэс — 0,38.
[ Задача 7.10. Определить к. п. д. конденсационной элек-
£ тростанции брутто без учета работы питательных насосов,
F-.если к. п. д. котельной установкичт]к у — 0.89, к. п. д. тру-
t бопроводов т|тр = 0,97, относительный внутренний к. п. д.
[ турбины T]oi = 0,84, механический к. п. д. турбины т]м =
— 0,98, электрический к. п. д. генератора т]г = 0,98, на-
| чальные параметры пара перед турбинами /И = 9 МПа,
к
= 550 °C и давление пара в конденсаторе рк = 4 • 103 Па.
Ответ: г] к’Эс = 0,3.
Задача 7.11. Конденсационная электростанция работает
при начальных параметрах пара перед турбинами pt —
— 8,8 МПа, 4 = 535 °C и давлении пара в конденсаторе
рк = 4 • 103 Па. Определить, на сколько повысится к. п. д.
станции брутто без учета работы питательных насосов с уве-
личением начальных параметров	‘
пара до pi = 10 МПа и
Zi =560 °C, если извест-
ны к. п. д. котельной
установки т]к.у = 0,9,
к. п. д. трубопроводов
т]тр = 0,97, относитель-
ный внутренний к. п. д.
турбины Т)ог =0,84, ме-
ханический к. п. д. тур-
бины т)м = 0,98 и элект-
рический к. п. д. генера-
тора г)г = 0,98.
Решение: Энталь-
пию пара при задан-
ных начальных парамет-
рах пара и ц эн-
тальпию пара (2 в конце
адиабатного расширения
находим по ts-диаграм-
ме (рис. 7.2): i'i =
= 3480кДж/кг; i2 =
2030 кДж/кг. Энтальпию
конденсата при давле-
нии рЛ = 4-103 Па опре-
деляем по табл, 2 (см.
Приложение):	i2 =
121,33 кДж/кг.
Термический к. п. д. установки при начальных парамет-
рах пара рх и находим по формуле
— /2)/ (4 — /2) = (3480 — 2030)/(3480 —121,33) =
= 0,432.
К. п. д. КЭС брутто при начальных параметрах пара pi
и ^определяем по формуле (7.10):
ПКЭС —	= °-9 • °>97 • °-432 • °-84 х
X 0,98 • 0,98 =» 0,304.
222
,	, Энтальпию пара G при начальных павям«я.Л« -‘'W
ti, энтальпию пара Г2 в конце адиабатногопа₽а*
ходим по /s-диаграмме (рис. 7.2)-	= ччдп СпИРенЧ«!
= 2050 кДж/кг.	b '	3540 кДж/кг; fi ==
Термический к. п. д. установки при начальных папамет
рах пара pi и tt находим по формуле	ар*мет-
0 436	~‘2^' ~ (^^3540~205°V(3540--121,33) =
£ К- п. д. КЭС брутто при начальных параметрах пара
pi и /i — по формуле (7.10):	Е
L Пкэс = Пк.уПтрТЙо.ДмПг = 0-9 • 0,97 • 0,436 • 0,84 X
X 0,98 • 0,98 = 0,307.
Г Следовательно, к. п. д. КЭС брутто повысится на
£ Д^кэс = т]бР^ _= о,ЗО7 —0,304 -= 0,003, или на 1%.
Задача 7.12. Теплоэлектроцентраль израсходовала
Втэц — 94 • 10® кг/год каменного угля с низшей теплотой
сгорания Qh = 24 700 кДж/кг, выработав при этом элект-
роэнергии Эвь,р — 61 • Ю10 кДж/год и отпустив теплоту
внешним потребителям 0°тп — 4,4 • 10“ кДж/год. Опре-
делить к. п. д. ТЭЦ брутто по выработке электроэнергии и
теплоты, если расход топлива на выработку отпущенной
теплоты составляет Bq = 23 • 106 кг/год.
Ответ-, п?эц = 0,348; т)^ = 0,775.
Задача 7.13. Теплоэлектроцентраль израсходовала
Втэц = 72 • 106 кг/год каменного угля с низшей теплотой
сгорания Qh ~ 25 500 кДж/кг, выработав при этом электро-
энергии ЭВЫР = 48 • 1010 кДж/год и отпустив теплоту
внешним потребителям Q0Tn = 3,1 . 1011 кДж/год. Опре-
делить к. п. д. ТЭЦ брутто по выработке электроэнергии й
теплоты, если к. п. д. котельной установки Лк.у = 0,88.
' Ответ-. т]тэ5 = 0,33; г]?эц = 0,88.
Задача 7.14. Теплоэлектроцентраль израсходовала
втэц = 82 • 10е кг/год бурого угля с низшей теплотой сго-
рания Q„ = 15 800 кДж/кг, выработав при этом электро-
энергии Эвыр = 38 • 1010 кДж/год и отпустив теплоты
внешним потребителям Q0Tn = 3,2 • 10й кДж/год. Опре-
делить к. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску электроэнергии и теп-
лоты, если расход электроэнергии на собственные нужды
8 % от выработанной энергии, расход топлива на выработ-
ку отпущенной теплоты Bq = 20 • 10е кг/год и расход то-
223
плива на выработку электроэнергии для собственных нужд
Вси =4,6-10® кг/год.
Ответ: т^Эц = 0,385; т)тэц = 0,823.
Задача 7.15. Теплоэлектроцентраль израсходовала
Втэц = де . юв кг/год бурого угля с низшей теплотой
сгорания Q„ = 15 200 кДж/кг, выработав при этом элект-
роэнергии Эвыр = 39 • 1010 кДж/год и отпустив теплоты
внешним потребителям QOTtt = 3,6 • 1011 кДж/год. Опре-
делить к. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску электроэнергии и те-
плоты, если расход электроэнергии иа собственные нужды
Эс н = 3 5 . ю10 кДж/год, к. п. д. котельной установки
Лк.у = 0,9 и расход топлива на выработку электроэнергии
для собственных нужд Всн = 5-10® кг/год.
Ответ: т)тэц = 0,356; т)?эц = 0,776.
Задача 7.16. Теплоэлектроцентраль . израсходовала
Втэц = 92 • 10е кг/год каменного угля с низшей теплотой
сгорания QS = 27 500 кДж/кг, выработав при этом электро-
энергии Эвыр = 64 • 1010 кДж/год и отпустив теплоты
внешним потребителям QOTn = 4,55 • 10” кДж/год. Опре-
делить к. п. д. ТЭЦ брутто и нетто по выработке электро-
энергии и теплоты,если расход электроэнергии на собствен-
ные нужды 6 % от выработанной энергии, к. п. д. котельной
установки г]к у = 0,87 и расход топлива на выработку эле-
ктроэнергии для собственных нужд Всн = 4,5 • 10е кг/год.
Решение: Расход топлива на выработку отпущен-
ной теплоты определяем по формуле (7.26):
Bq = 0°тпШЛк.у) = 4.55 • 10п/(27 500 • 0,87) = 19 X
X 10е кг/год.
Расход топлива на выработку электроэнергии находйм
из формулы (7.25):
В3 = ВтэЦ — Bq = 92 • 10е —19 • 10® = 73 • 10е кг/год.
К. п. д. ТЭЦ брутто по выработке электроэнергии опре-
деляем по формуле (7.12):
т]?эц = Эвыр/(Вэ<2С) = 64 • 1010/(73 • 10е • 27 500) =
= 0,32.
К. п. д. ТЭЦ брутто по выработке теплоты — по фор-
муле (7.13):
Q°™/(Bq Qp) - 4,55-10n/(l9- 10е-27 500) - 0,87.
224
l'_	Количество отпущенной электроэнергии
. Э0ТП = Эвыр — Эс» = 64-10*°— 64-1010-0,06 =
1	=60,16-Ю10 кДж/год.
.
„ К. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску электроэнергии опреде-
£ дяем по формуле (7.14):
В Т)?эц =3°т"/[ (Вэ — Вс H)QJ] = 60,16 X 1010/[ (73 • 10е —
Е*-4,5 • 10в)27 500] = 0,319.
К К. п. д. ТЭЦ нетто по отпуску теплоты — по формуле
И7.15): '
Ц; т]?эц = Q°Tn/l (BQ + BC.H)QS1 = 4,55 • Ю11/] (19 • 10е +
|& 4,5 • 1р«)27 500] = 0,704.
к Задача 7.17. Определить к. п. д. ТЭЦ брутто по выработ-
я|же электроэнергии и теплоты, если удельный расход услов-
Иного топлива на выработку 1 МДж электроэнергии Ьэ ТЭц =
gf = 0,108 кг/МДж и удельный расход условного топлива на
выработку 1 МДж теплоты &етэц = 0,042 кг/МДж.
В? Ответ'. т)тэбц = 0,317; т]тэц = 0,814.
Е, ' Задача 7.18. Конденсационная станция израсходовала
к.Д = 660 • 10е кг/год каменного угля с низшей теплотой
^ сгорания QS = 24 700 кДж/кг и выработала электроэнер-
Цгии Эвыр = 545 • 1010 кДж/год. Определить удельный
| расход условного топлива на выработку 1 МДж электро-
| энергии.
Ответ: Ькэс = 0,102 кг/МДж.
£ Задача 7.19. Теплоэлектроцентраль израсходовала
ЙДЗтэц = 78 • 10е кг/год топлива, выработав при этом элек-
Трической энергии Эвыр = 54 • 1010 кДж/год и отпустив
|Ьтеплоты внешним потребителям Q°Tn = 3,36 • 1011 кДж/год.
^Определить удельные расходы условного топлива на выра-
&-6отку 1 МДж электроэнергии и 1 МДж теплоты, если теп-
|лловой эквивалент сжигаемого на ТЭЦ топлива Э = 0,9 и
gTH. п. д. котельной установки г]к.у = 0,89.
Ж. Ответ: Ьэ тэц = 0,106 кг/МДж; 6$тэц = 0,038 кг/МДж.
в*. Задача 7.20. Определить удельный расход условного
топлива на выработку 11кВт  ч электроэнергии для КЭС с
g/тремя турбогенераторами мощностью N = 50 • 103 кВт
&-Каждый и с числом часов использования установленной мощ-
кости Ту — 5000 ч, если станция израсходовала В —
225
— 305 • 10е кг/год каменного угля с низшей теплотой сго-
рания = 28 300 кДж/кг.
Ответ: Ьукэс ~ 0,393 кг/(кВт • ч).
Задача 7.21. Определить удельный расход условного
топлива на выработку 1 кВт • ч электроэнергии для КЭС
с двумя турбогенераторами мощностью N = 75 • 103 кВт
каждый и с коэффициентом использования установленной
мощности kn = 0,65, если станция израсходовала В =
— 576 • 10е кг/год бурого угля с низшей теплотой сгорания
Q„ = 15 200 кДж/кг.
Ответ: 6Кэс = 0,35 кг/(кВт • ч).
Задача 7.22. Конденсационная электростанция работает
при начальных параметрах пара перед турбинами pt —
~ 16 МПа, = 610 °C и давлением в конденсаторе pR =
— 4 • 103 Па. Определить удельный расход условного то-
плива на выработку 1 МДж электроэнергии, если к. п. д.
котельной установки т]к у = 0,89, к. п. д. трубопроводов
т]тр = 0,965, относительный внутренний к. п. д. турбины
т]ог- = 0,835, механический к. п. д. турбины Т|м = 0,98 н
электрический к. п. д. генератора рг"= 0,98.
Ответ: Ь^эс = 0,109 кг/МДж.
Задача 7.23. Теплоэлектроцентраль' израсходовала
Втэи = 86 • 10е кг/год каменного угля с низшей теплотой
сгорания Q„ = 28 300 кДж/кг, выработав при этом электри-
ческой энергии Э8ь,р = 184 • 10s кВт • ч/год. Определить
удельные расходы условного топлива на выработку 1 кВт-ч
электроэнергии и 1 МДж теплоты, если расход топлива на
выработку отпущенной теплоты Bq = 21,5 • 10е кг/год
и к. п. д. ТЭЦ брутто по выработке теплоты т]тэц = 0,81.
Ответ: Ьэ тэц =0,34 кг/(кВт-ч); 5ртэц = 0,042 кг/МДж-
Задача 7.24. Теплоэлектроцентраль выработала элект-
роэнергии ЭВЬ|р = 56 • 1010 кДж/год и отпустила теплоты
внешним потребителям Q0Tn = 5,48 • 10й кДж/год. Опре-
делить удельные расходы условного топлива на выработку
1 МДж электроэнергии и 1 МДж теплоты, если расход пара
из котлов D = 77,4 • 107 кг/год, испарительность топлива
И = 8,6 кг/кг, к. п. д. котельной установки rjK „ = 0,885
и тепловой эквивалент сжигаемого топлива Э = 0,88.
Решение: Низшая теплота сгорания топлива
Qh = Э • 29 300 = 0,88 • 29 300 = 25 784- йДж/кг.
Расход топлива на ТЭЦ определяем по формуле (7.27):
Дтэц = D1H = 77,4 • 107/8,6 = 90 • 106. кг/год.
226
Расход топлива на выработку отпущенной теплоты —
по формуле (7.26):
BQ = Q°T"/(Qfr]K.y) = 5,48 • 10n/(25 784 • 0,885) = 24 X
X 10е кг/год.
Расход топлива на выработку электроэнергии — из фор-
мулы (7.25):
Вэ = Втэн — Bq = 90 • 10е — 24 • 106 = 66 • 10° кг/год.
Удельный расход условного топлива на выработку 1 МДж
электроэнергии — по формуле (7.18):
Ьэ тэц = Вэ<2н/(29,3 Э8“Р) = 66 • 10е • 25 784/(29,3 X
X 56 • 1010) = 0,104 кг/МДж.
Удельный расход условного топлива на выработку 1МДж
теплоты — по формуле (7.20):
йр тэц = BqQh/(29,3QOTI1) =24 • 106 • 25 784/(29,3 • 5,48 X
X 10й) = 0,038 кг/МДж.
Задача 7.25. Определить годовой расход топлива газо-
турбинной электростанции, если мощность на клеммах
генератора N? = 50 • 103 кВт, низшая теплота сгорания
топлива'QE = 41 000 кДж/кг, степень повышения давления
в компрессоре X = 4, температура всасываемого воздуха
в компрессор /j = 20 °C, температура газа на выходе из ка-
меры сгорания t3 — 700 °C, относительный внутренний
к. п. д. турбины т]ог — 0,88, внутренний к. п. д. компрессо-
ра т]к = 0,85, к. п. д. камеры сгорания т]к.с = 0,99, меха-
нический к. п. д. ГТУ т]мГУ = 0,89, электрический к. п. д.
генератора = 0,98 и показатель адиабаты k — 1,4.
Ответ: В — 245,3 • 10s кг/год.
Задача 7.26. Определить годовой расход топлива газо-
турбинной электростанции, оборудованной газотурбинной
установкой с регенерацией теплоты, если мощность на клем-
мах генератора TVe = 50 • 103 кВт, низшая теплота сгорания
топлива Qh = 41 500 кДж/кг, степень повышения давления
в компрессоре 2. = 5, температура всасываемого воздуха
в компрессор = 21 °C, температура газа на выходе из ка-
меры сгбрания /3 = 705 °C, температура воздуха перед ре-
генератором /в = 162 °C, температура воздуха после реге-
нератора /в = 288 °C, температура газов перед регенерато-
ром t'T = 342 °C, относительный внутренний к. п. д. тур-
c.. бины rjoi = 0,88, внутренний к. п. д. компрессора т]к =
— 0,85, к. п. д. камеры сгорания riK.c — 0,98, механичес-
кий к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты т]мТУ = 0,88,
227
электрический к. п. д. генератора т]г = 0,98 и показатель
адиабаты k = 1,4.
Решение: Эффективная мощность ГТУ с регенера-
цией теплоты
Л£ТУ = ^/Пг = 50 • 103/0,98 = 51 020 кВт.
Степень регенерации ГТУ определяем по формуле (4.20):
о = (/; - «)/(/; - Й) = (288 - 162)/(342 - 162) =
= 0,7.
Внутренний к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты — по
формуле (4.19), в которой т = (k — \)/k = (1,4 — 1)/1,4 =
= 0,286:
• т)ГТУ =
___________По/ т (1 —1/V")—(Хт — 1) (1/Пк)_____
т—((1 —а) [1+(X.m—1) (I/tikJI + ct[I—(1 —1/Х.т)Ц0{}
0,88 (978/294) (1 —1/50,286) —
978/294 —{(1—0,7) П+(5°'286 —1)/0,85] +
_ ^О’2?6~12/.0'8^------0,98 = 0,33.
+0,7 (978/294) (1 —(1—1/50.286) о,88]}
Эффективный к. п. д. ГТУ с регенерацией теплоты — по
формуле (4.21):
лгту = лгту пгту = о.ЗЗ • 0,88 = 0,29.
Годовой расход топлива газотурбинной электростанции,
оборудованной ГТУ с регенерацией теплрты, определяем
по формуле (4.18):
В = [36б0/^ГтУ/(т]еГТУСЙ)18760 = 13600 . 51 020/(0,29 X
X 41 500)18760 = 133,7 • 106 кг/год.
Задача-7.27. Определить удельный расход теплоты .на
выработку 1 кВт • ч электроэнергии (для условного топли-
ва) для КЭС, если удельный расход топлива Ькэс =
= 0,45.кг/(кВт  ч) и тепловой эквивалент топлива Э — 0,8.
Ответ", с1кэс — 10,55 МДж/(кВт • ч).
Задача 7.28. Определить удельный расход теплоты на
выработку 1 МДж электроэнергии (для условного топлива)
для КЭС с тремя турбогенераторами мощностью N =
= 75 • 103 кВт каждый и с коэффициентом использования
установленной мощности fe„=0,64, если станция израсходо-
228
вала В - 670 • 10е кг/год каменногс угля с низшей тепло-
той сгорания Qh = 20 500 кДж/кг.
Решение: Установленная мощность КЭС
Nyx = 3N = 3 • 75 • 103 = 225 • 103 кВт.
Количество выработанной энергии за год определяем
из формулы (7.2):
Эвыр = 8760fe„A/?c = 8760 • 0.64 • 225 • 103 = 126,14 х
Х10’ кВт -ч/год = 454,1 • 1010 кДж/год.
К. п. д. КЭС брутто — по формуле (7.9):
Пкэс = 3b“p/(BQS) = 454,1  10W(670 • 106 - 20 500) =
= 0,33.
Удельный расход теплоты на выработку 1 МДж элект-
роэнергии (для условного топлива) — по формуле (7.22).
4эс = 1/т)кэс = 1/0,33 = 3,03 МДж/МДж.
Задача 7.29. Теплоэлектроцентраль израсходовала
Втэц = 88 • 10е кг/год каменного угля с низшей теплотой
сгорания Qh = 25 700 кДж/кг,' выработав при этом элект-
роэнергии Эвыр = 152 • 106 кВт • ч/год, отпустив теплоты
внешним потребителям Q°Tn = 5,14 • 1011 кДж/год. Опре-
делить удельный расход теплоты на выработку 1 кВт • ч
энергии (для условного топлива), если к. п. д. котельной
установки т]к.у = 0,87.
Ответ: (1тэц — П МДж/(кВт • ч).
Задача 7.30. Конденсационная электростанция вырабо-
тала электроэнергии Эвыр = 30,2 • Ю10 кДж/год. Опреде-
лить годовой расход топлива, если известны удельный рас-
ход условного топлива на выработку 1 МДж электроэнер-
гии &кэс = 0,109 кг/МДж и тепловой эквивалент сжигаемого
на КЭС топлива Э — 0,84.
Ответ: В — 39,2 • 10е кг/год.
Задача 7.31 Теплоэлектроцентраль выработала электро-
энергии Эвыр — 32 • 1019 кДж/год и отпустила теплоты
внешним потребителям Q0Tn = 2,8 • 10й кДж/год. Опре-
делить годовой расход топлива, если удельный расход ус-
ловного топлива на выработку 1 МДж электроэнергии
Ьэ тэц — 0,104 кг/МДж, к. п. д. ТЭЦ брутто по выработке
теплоты т]тэц = 0,85 и тепловой эквивалент сжигаемого на
ТЭЦ топлива Э = 0,86.
Ответ: Вуэи. = 51 6 • 10 кг/год
229
Задача 7.32. Теплоэлектроцентраль выработала электро-
энергии Эвыр = 48 • 1010 кДж/год и отпустила теплоты
внешним потребителям Q0Tn = 42 • 1010 кДж/год. Опре-
делить коэффициент использования теплоты топлива на
ТЭЦ, если низшая теплота сжигаемого топлива <2н =
= 15 800 кДж/кг, расход пара из котлов D — 61,5 X
X 107 кг/год и испарительность топлива И = 8,2 кг/кг.
Ответ: цтэц = 0,76.
Задача 7.33. Теплоэлектроцентраль выработала электро-
энергии Эвыр — 48 • 10го кДж/год и отпустила теплоты
внешним потребителям Q°Tn — 36 • 10м кДж/год Опре-
делить коэффициент использования теплоты топлива на
ТЭЦ и расход топлива на выработку электроэнергии, если
низшая теплота сжигаемого топлива Qh = 15 200 кДж/кг,
расход пара из котлов D = 66,3 • 107 кг/год, испаритель-
ность топлива И = 8,5 кг/кг и к. п. д. кбтельной установки
Пк.у = °>9.
Ответ: цтэц = 0,71.
Задача 7.34. Определить удельный расход ядерного то-
плива на атомной электростанции, если средняя глубина
горючего k = 30 МВт • сут/кг урана и к. п. д. атомной
электростанции цаэс = 0,35.
Ответ: Ьаэс ~ 0,004 • 10~3 кг/(кВт • ч).
Задача 7.35. Определить удельный расход ядерного то-
плива на атомной электростанции, если средняя глубина
горючего k = 30 МВт • сут/кг урана, к. п. д. реактора
Т|р = 0,9, к. п. д. теплового потока цт п = 0,98, термичес-
кий к. п. д. тц = 0,45, относительный внутренний к. п. д.
турбины т}ог- = 0,8, механический к. п. д. йм ~ 0,98 и
к. п. д. электрогенератора т]г = 0,99.
Ответ: ЬАЭС — 0,005 • 10_3 кг/(кВт • ч).
Задача 7.36. Конденсационная электростанция вырабо-
тала электроэнергии Эвыр = 100 • 10е кВт • ч/год, израс-
ходовав при этом на собственные нужды 5 % от выработан-
ной энергии. Определить себестоимость 1 кВт • ч отпущен-
ной электроэнергии, если сумма затрат на станции S/7 =
= 7,6 • 105 руб/год.
Ответ: 5кэс = 0,8 коп/(кВт • ч).
Задача 7.37. Себестоимость 1 кВт • ч электроэнергии
при отпуске ее Эотп = 120 • 106 кВт • ч/год равна Зкэс =
— 0,7 коп/(кВт • ч). Определить себестоимость 1 кВт • ч
отпущенной энергии при отпуске ее Э'Гкэс — 84 X
230
X 10е кВт • ч/год и ЭГкэс = 70 . 10е кВт • ч/год. Сум-
му годовых затрат на станции считать одинаковой.
Ответ-. ХГкэс = 1 коп/(кВт • ч); ЗТкэс = 1,2 коп/(кВт-ч)
Задача 7.38. Теплоэлектроцентраль израсходовала
Втэц — 95 106 кг/год топлива, выработав при этом элек-
троэнергии Эвыр =. 150 • 106 кВт • ч/год и потратив на соб-
ственные нужды 5 % от выработанной энергии. Определить
себестоимость 1 кВт • ч отпущенной энергииесли расход
топлива на выработку электроэнергии Вэ = 64 • 106 кг/год,
затраты на топливо //топ = 9,6 • 105 руб/год, затраты на
амортизацию Иам = 3,4 • 105 руб/год, затраты на заработ-
ную плату 7/з п = 1,37 • 105 руб/год и все остальные за-
траты пр = 2,63 • 105 руб/год.
Ответ-. 5тэц = 0,8 коп/(кВт • ч).
ГЛ АВА 8
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
§ 8.1.	РАСЧЕТ РАСХОДА ТЕПЛОТЫ ПРИ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ ПРЕДПРИЯТИИ
На предприятиях теплота расходуется на технологичес-
кие нужды, отопление, вентиляцию, кондиционирование
воздуха и горячее водоснабжение для технологических и
хозяйственно-бытовых нужд.
Расчетный (максимальный) расход теплоты (Вт) на тех-
нологические нужды
Q?ex = 278 • 1032?гРг,	(8.1)
где qt — удельный расход теплоты на выработку продук-
ции, ГДж/т; Pt — производительность предприятия, т/ч.
Расчетный (максимальный) расход теплоты (Вт) на
отопление
- q0Va (tBa - /йар),	(8.2)
где qo — удельная отопительная характеристика здания,
Вт/(м3 • К); Va — объем отапливаемых зданий по наруж-
ному обмеру, м3; /вн — средняя температура воздуха вну-
- три помещения, °C; /йар — расчетная наружная температу-
ра воздуха, °C.
231
Расчетный (максимальный) расход теплоты (Вт) на вен-
тиляцию
(&К = g8v„ (ZBH - /нар),	(8.3)
где qB — удельная вентиляционная характеристика здания,
Вт/(м3 • К).
Средний расход теплоты (Вт) на горячее водоснабжение
СгСРВ=°вСв(^Рв-^.в)/Т)в.	(8.4)
где GB — расход горячей воды' на технологические и хозяй-
ственно-бытовые нужды, кг/с; св — теплоемкость воды,
Дж7(кг • К), св — 4186 Дж/(кг • К); /гРв — средняя темпе-
ратура горячей воды, °C; /хв — температура холодной во-
ды, °C; г]в — коэффициент полезного использования теп-
лоты в водоподогревателях, г)в = 0,94 ... 0,97.
Расчетный (максимальный) расход теплоты (Вт) на го-
рячее водоснабжение
QrpB=2Qep. .	(8.5)
Задача 8.1. Определить расчетный расход теплоты на
технологические нужды мясокомбината производительно-
стью Pi = 12,5 т/ч, если удельный расход теплоты на выра-
ботку мяса qt = 1,2 ГДж/т.
Ответ: Q?ex = 4,17 • 106 Вт.'
Задача 8.2. Определить расчетный расход теплоты на
отопление зданий хлебозавода, если объем отапливаемых
зданий по наружному обмеру V„ = 15 » 103 м3, удельная
отопительная характеристика здания q0 = 0,35 Вт/(м3-К),
средняя температура . воздуха внутри помещения tBfl =
— 20 °C и расчетная наружная температура воздуха
/	=___96 °C
‘нар
Ответ: QPT = 241,5 • 103 Вт.
Задача 8.3; Определить суммарный расчетный расход
теплоты на отопление и вентиляцию зданий хлебозавода,
если объем отапливаемых зданий по наружному обмеру
30  103 м3, объем вентилируемых зданий 75 % от объема
отапливаемых, удельная отопительная характеристика
здания q0 = 0,32 Вт/(м3 • К), удельная вентиляционная ха-
рактеристика здания qB = 0,3 Вт/(м3 • К), средняя темпе-
ратура воздуха внутри помещения iBn = 20 °C и расчетная
наружная температура воздуха /нар = —25 °C.
Ответ: Q - 737,75 • Ю3 Вт.
232
Задача 8.4. Определить расчетный расход теплоты на
горячее водоснабжение хлебозавода-, если расход горячей
воды на технологические и хозяйственно-бытовые нужды
GB = 2,5 кг/с, средняя температура горячей воды =
<= 50 °C, температура холодной воды /хв = 10 °C, коэф-
фициент полезного использования теплоты в водоподогре-
вателях т)в =0,95 и теплоемкость воды св = 4186 ДжДкг-К).
-Ответ-. Q?.B — 881 • 103 Вт.
Задача 8.5. Определить суммарный расчетный расход
теплоты на технологические нужды и отопление мясоком-
бината производительностью Pt = 5 т/ч, если удельный
расход теплоты на выработку мяса qi = 1,3 ГДж/т, объем
отапливаемых зданий по наружному обмеру Ун = 40 X
X 103 м3, удельная отопительная характеристика здания
</0 = 0,25 Вт/^м3  К), средняя температура воздуха внутри
помещения /вн = 20 °C и расчетная наружная температура
воздуха /иар = —25 °C.
Ответ-. Q = 2257 • 103 Вт.
Задача 8.6. Определить суммарный расчетный расход
теплоты на технологические нужды, отопление, вентиляцию
и горячее водоснабжение мясокомбината производительно-
стью Pt = 6,25 т/ч, если удельный расход теплоты на
выработку мяса q( = 1,35 ГДж/т, объем отапливаемых
зданий по наружному обмеру Vi{ = 45 • 103 м3, объем вен-
тилируемых зданий -80 % от объема отапливаемых, удель-
ная отопительная характеристика здания ^0 = 0,2 Вт/(м3-К),
удельная вентиляционная характеристика здания qB ~
= 0,3 Вт/ (м3 • К), расход горячей воды на технологичес-
кие и хозяйственно-бытовые нужды GB = 6 кг/с, средняя
температура горячей воды /?рв = 50 °C, температура холод-
ной воды /х.в = 10 °C, средняя температура воздуха внутри
помещения /ви = 20 °C, расчетная наружная температура
воздуха /пар = —25 °C, коэффициент полезного использо-
вания теплоты в водоподогревателях т]в = 0,96 и теплоем-
кость воды св = 4186 Дж/ (кг • К).
Решение: Расчетный расход теплоты на технологи-
ческйе нужды определяем по формуле (8.1):
Q?ex = 278 • WZqtPi = 278 • 103 • 1,35 • 6,25 = 2,35Х
X 106 Вт.
Расчетный расход теплоты на отопление находим по фор-
муле (8.2):
= q0Va (tBH - /нар) = 0,2 • 45 • Ю3 (20 + 25) =
= 405 • 103 Вт.
233
Расчетный расход теплоты на вентиляцию определяем
по формуле (8.3):
Qbh = <7bV„ (fBll - Г11ар) =0,3 • 45 • 103 • 0,8 (20 + 25) =
= 486 • 103 Вт.
Средний расход теплоты на горячее водоснабжение на-
ходим по формуле (8.4):
<?грв = GBCB (/гсрв — /х.в)/т]в = 6 • 4186 (50 - 10)/0,96 =
= 1046 • 103 Вт.
Расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение
определяем по формуле (8.5):
Qr.B = 2QrPB =2 • 1046 • 103 = 2092 • 103 Вт.
Суммарный расчетный расход теплоты
Q = Qp +Qp 4-Qp 4-QP =
^тех 1 ^-от 1 ^вен 1 ~г.в
= 2,35-106 + 405-103 + 486-103 + 2092-103 =
=5333-IO3 Вт.
§ 8.2.	ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
РАБОТЫ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Эффективность работы системы теплоснабжения оцени-
вается себестоимостью 1 ГДж теплоты и трудоемкостью
1 ГДж вырабатываемой теплоты.
Себестоимость 1 ГДж теплоты (руб/ГДж), вырабатывае-
мой в котельной, определяется по формуле
Sq = СГОД/<2ГОД,	(8.6)
где Сгод — эксплуатационные затраты, руб/год; (?год —
годовая выработка теплоты в котельной, ГДж/год.
Эксплуатационные затраты на выработку теплоты
(руб/год) находятся по формуле
^ГОД Сг + Сэ.э + СВОд + Сэ.п 4- Сам 4-Ст р + Спр, (8.7)
где Ст — стоимость топлива, потребляемого котельной,
руб/год; С3.э — стоимость электроэнергии, потребляемой
котельной, руб/год; Свод — стоимость воды, потребляемой
котельной, руб/год; Сз п — заработная плата обслуживае-
мого персонала, руб/год; Свм — амортизация зданий и обо-
рудования котельной, руб/год; Стр — затраты на текущий
234
ремонт оборудования, руб/год; Спр — прочие расходы,
руб/год.
Годовая выработка теплоты (ГДж/год) в котельной
<2ГОД = 23,76 О iD„) 4-(Р/100) (i„.B-in.B)l,	(8.8)
где D — паропроизводительность котельной, кг/с; /п.п,
1ПВ, /к.„ — энтальпия перегретого пара, питательной и
котловой воды, кДж/кг; Р — величина непрерывной про-
•дувки, %.	•
Трудоемкость 1 ГДж теплоты (чел • год/ГДж)
^<2 ^шт Qy/Qrofli
(8.9)
где пшт — коэффициент штатного персонала’, чел • ч/ГДж;
Qy — установленная мощность котельной по выработке
теплоты, ГДж/ч.
Задача 8.7. Определить себестоимость 1 ГДж теплоты,
вырабатываемой в котельной паропроизводительностью
D = 5,45 кг/с, работающей на газообразном топливе, если
давление перегретого пара рпп = 1,4 МПа, температура
перегретого пара tn.n = 280 °C, температура питательной
воды /1ЬВ = 100 °C, величина непрерывной продувки Р =
= 3 % и эксплуатационные затраты Сгод = 5,05 X
X 105 руб/год.
Ответ; Sq — 1,5 руб/ГДж.
Задача 8.8. Определить себестоимость 1 ГДж теплоты,
вырабатываемой в котельной паропроизводительностью
D = 5,56 кг/с, работающей на газообразном топливе, если
давление перегретого пара Рп.п = 4 МПа, температура пере-
гретого пара гл п = 430 °C, температура питательной воды
/п.в — 130 °C, величина непрерывной продувки Р — 4 %,
стоимость топлива Ст = 3,6 • 105 руб/год, стоимость элек-
троэнергии Сэ.э = 19 • 103 руб/год, стоимость воды СЙОД =
* = 54 • 103 руб/год, заработная плата обслуживаемого пер-
сонала С3,„ — 38 • 103 руб/год, амортизация зданий и обо-
рудования котельной Сам = 22 • 103 руб/год, затраты
На текущий ремонт оборудования С,г.р = 4 • 103 руб/год и
ррочие расходы С„р = 14 • 103 руб/год.
Решение: Годовую выработку теплоты в котель-
ной определяем по формуле (8.8):
Qro„ = 23,760 [ (1п.п- /,,.„) + (Р/100) (/к.в - i.I B) =
= 23,76 • 5,56 [ (3280 — 546) + (4/100) (1087,5 — 546)1 =
= 364 611 ГДж/год.
235
Эксплуатационные затраты на выработку теплоты нахо-
дим по формуле (8.7):
С-од “ 4-Сэ э 4-СВ0Д + С3.п4-Сам 4-Ст,р + Спр =
==3,6-106 4- 19-103 + 54.103 + 38-103 +
+ 22-103 + 4-103 + 14-103 = 511 • 103 руб/год.
Себестоимость 1 ГДж теплоты, вырабатываемой в ко-
тельной, определяем по формуле (8.6):
Sq = Сгод/ргод = 511 000/364 611 = 1,4 руб/ГДж.
Задача 8.9. Определить трудоемкость 1 ГДж теплоты,
вырабатываемой в котельной паропроизводительностью
D — 7,22 кг/с, работающей на газообразном топливе, если
давление перегретого пара рп п = 4 МПа, температура пе-
регретого пара /п п = 425 °C, температура питательной
воды /п в = 130 °C, величина непрерывной продувки Р =
= 3 %, установленная мощность котельной по выработке
теплоты Qy = 72 ГДж/ч и коэффициент штатного персона-
ла пшт = 0,39 чел • ч/ГДж.
Ответ-. Tq = 6 • 10~5 чел • год/ГДж.
Задача 8.10. Определить себестоимость и трудоемкость
1 ГДж теплоты, вырабатываемой в котельной паропроизво-
дительностью D = 4,16 кг/с, работающей на малосернистом
мазуте, если давление перегретого пара рп п = 1,4 МПа,
температура перегретого пара /п.п = 280 °C, температура
питательной воды /ц.в = 100 °C, величина непрерывной
продувки Р = 3 %, установленная мощность котельной по
выработке теплоты Qy = 40 ГДж/ч, коэффициент штатного
персонала пшт — 0,53 чел • ч/ГДж и эксплуатационные
затраты Сгод = 4,6 • 10s руб/год.
Ответ: Sq — 1,8 руб/ГДж; 7q = 8 • 10~8 чел • год/ГДж.
ГЛАВА 9
ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ
§ 9.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ
КОТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ
ВОДЫ И ПАРА
Важным источником для добавочного получения тепло-
ты являются уходящие котельные газы. Уходящие котель-
ные газы используются в водяных утилизаторах (экономай-
236
зерах) и в котлах-утилизаторах для получения горячен во-
ды и пара.
Расход (м3/с) уходящих газов из котельной определя-
ется по формуле
Vr = пВр [/? + (ау - 1)И°] 1(9 + 273)/273),	(9.1)
где п — число котлоагрегатов; Вр — расчетный расход
топлива, кг/с; V? — теоретический объем газов, м3/кг (м3/м3);
ау коэффициент избытка воздуха за утилизатором;
V® — теоретически необходимый объем ' воздуха, м3/кг
(м3/м3); Ф — температура газов на входе в утилизатор, °C.
.Количество теплоты ^кДж/с), отдаваемой уходящими
котельными газами утилизатору, находится по формуле
QT = vr.cpC;.cP (* - а'),	(9.2)
‘где Уг.ср — средний расход уходящих газов при их охлаж-
дении в утилизаторе от а до а', м3/с; сг'.ср — средняя объем-
ная теплоемкость газов, кДж/(м3 • К); а'— температура
газов на выходе из утилизатора, °C.
Задача 9.1. Определить количество теплоты, отдаваемой
уходящими газами котельной спиртового завода водяному
экономайзеру (утилизатору) для получения горячей воды,
если температура газов на входе в экономайзер а = 320 °C,
температура газов на выходе из экономайзера а' = 200 °C,
коэффициент избытка воздуха за экономайзером ау =
= 1,4, средняя объемная теплоемкость газов сг'.ср =
= 1,415 кДж/(кг • К) и расчетный расход топлива одного
котлоагрегата Вр = 0,25 кг/с.
В котельной установлены два одинаковых котлоагрегата,
работающих на донецком каменном угле марки Д состава:
О’ = 49.3 % Нр = 3,6 %; Sp = 3,0 %; Np = 1 %; О₽ =
= 8,3 %; Ар = 21,8 %; Wp = 13,0 %.
Решение: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.27):
V° = 0,089Ср + 0,266Нр + 0,033 (S₽ — Ор) =
= 0,089 • 49,3 + 0,266 • 3,6 + 0,033 (3,0 — 8,3) =
; = 5,17 м3/кг.
Теоретический объем газов находим по формуле (1.36):
V? = 0,0187 (Ср + 0.375SP) + 0,79/° + 0,8№/100+
+ 0,0124 (9Нр + R7P) + 0,0161	= 0,0187 (49,3 +
+0,375 • 3) + 0,79 -5,17 + 0,8	+ 0,0124 (9-3,6+13) +
+ 0,0161 - 5,17 = 5,67 м3/кг.
237
Расход уходящих газов перед экономайзером определя-
ем по формуле (9.1):
Vr = nBp [V? + (ау— 1) V0] «Ж =
-2-0,25 [5,67 + (1,4 —1).5,17]^^ = 8,4 м3/с.
Расход уходящих газов за экономайзером находим по
формуле (9.1):
v; = „в, [^ + (», -1) V] =
= 2-0,25 [5,67 + (1,4 — 1) 5,17] 200 + 273- = 6,7 м3/с.
Средний расход уходящих газов при их охлаждении в
экономайзере от б' до б'
,, Vr + Vr 8,4-1-6,7	_ CR ,,
Vr cn —-------= — л — 7 55 м3/с.
г.ср	2	2
Количество теплоты, отдаваемой уходящими котель-
ными газами водяному экономайзеру, определяем по фор-
муле (9.2):
QT = VV.cpCr'.cp (б — O') = 7,55 • 1,415 (320 — 200) =
= 1282 кДж/с.
Задача 9.2. Определить количество теплоты, отдаваемой
уходящими газами котельной спиртового завода водяному
экономайзеру (утилизатору), для получения горячей воды,
если температура газов на входе в экономайзер б1 = 350 °C,
температура газов на выходе из экономайзера-б' = 200 °C,
коэффициент избытка воздуха за экономайзером ау =
= 1,3, средняя объемная теплоемкость газов Сг.ср =
= 1,415 кДж/ (м3 • К) и расчетный расход топлива одного
котлоагрегата Вр = 0,3 м3/с. В котельной установлены два
одинаковых котлоагрегата, работающих на природном газе
Дашавского месторождения состава: СО2 = 0,2 %; СН4 =
= 98, 9 %; С2Н6 = 0,3 %; С3Н8 = 0,1 %; С4Н10 = 0,1 %;
N2 = 0,4 %.
Ответ: QT = 3437 кДж/с.
Задача 9.3. Определить количество теплоты, отдаваемой
уходящими газами котельной спиртового завода водяному
экономайзеру (утилизатору), для получения горячей воды,
238
если температура газов на входе в экономайзер = 340 °C,
температура газов на выходе из экономайзера = 200 °C,
теоретический объем газов V® = 11,48 м3/кг, теоретически
необходимый объем воздуха V0 — 10,62 м3/кг, коэффициент
избытка воздуха за экономайзером ау = 1,4, средняя
объемная теплоемкость газов сг'.ср = 1,415 кДж/ (м3 • К) и
расчетный расход топлива одного котлоагрегата Вр ==
= 0,2 кг/с. В котельной установлены три одинаковых кот-
лоагрегата, работающих на малосернистом мазуте.
Ответ: QT = 3714 кДж/с.
§ 9.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ
ПЕЧНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА
Количество выработанной теплоты (кДж/с) в виде пара
в утилизаторе за счет теплоты уходящих газов определяет-
ся по формуле
QT = Вр (/г -/;)₽(!- £).	(9-3)
где /г — энтальпия газов на выходе из печи, кДж/кг
(кДж/м3); /г — энтальпия газов на выходе из утилизатора,
кДж/кг (кДж/м3); 0 — коэффициент, ‘ учитывающий несо-
ответствие режима и числа часов работы утилизатора и агре-
гата — источника вторичных энергоресурсов; £ — коэф-
фициент потерь теплоты утилизатора в окружающую среду.
Экономия» условного топлива (кг/с) за счет вторичных
энергоресурсов находится по формуле
где т|к.у — к. п. д. замещаемой котельной.
Задача 9.4. Определить количество выработанной теп-
лоты в виде пара в котле-утилизаторе за счет теплоты ухо-
дящих газов трех хлебопекарных печей, если температура
^азов на выходе из печей О’ = 700 °C, температура газов на
выходе из котла-утилизатора О'' = 200 °C, коэффициент
i избытка воздуха за котлом-утилизатором ау = 1,3, рас-
/ четный расход топлива трех печей Вр = 0,05 м3/с, коэффи-
циент, учитывающий несоответствие режима и числа часов
работы котла-утилизатора и хлебопекарных печей 0 =
; = 1,0 и коэффициент потерь теплоты котла-утилизатора в
; окружающую среду £ = 0,1. Хлебопекарные печи рабо-
239
тают на природном газе Ставропольского месторождения
состава: СО2 = 0,2%; СН4 = 98,2 %; СаНв = 0,4 %;
С3Н8 = 0,1 %; С4Н10 = 0,1 %; Ы2 = 1,0 %;
Решение: Теоретически необходимый объем возду-
ха определяем по формуле (1.28):
У° = 0,0478 (0,5 (СО + Hg) + l,5HaS + 2CH4 + S (т +
+	— Оа1 = 0,0478 (2 • 98,2 + 3,5 X
X 0,4 + 5 • 0,1. + 6,5 • 0,1) = 9,51 м3/м3.
Объем трехатомных газов находим по формуле (1.39):
Pro, = 0,01 (СО2 + СО + HaS + S/nCmHn)=0,01 (0,2 +
+ 98,2 + 2 • 0,4 + 3 • 0,1 + 4 • 0,1) = 1,0 м3/м3.
Теоретический объем азота определяем по формуле (1.38):
Vft2 = 0,791/° +N2/100 = 0,79 • 9,51+1/100=7,52 м3/м3.
Теоретический объем водяных паров находим по фор-
муле (1.41):
Рй.о = 0,01 (H2S + Н2 + S |CmHn + 0,124+) +
+ 0,01611/° = 0,01 (2 • 98,2 + 3 • 0,4 + 4 -0,1+5-0,1) +
+ 0,0161 • 9,51 = 2,13 м3/м3.
Энтальпию газов на выходе из печей определяем по фор-
муле (1.60):
/г = 7° + (ау - 1) 7° = VRO, (с#)со, + Vft2 (^)n2 +
+ Уй2о (сО)н2о + (ау -1) V» (^)в =1-1461 +
+ 7,52-946+ 2,13-1147+ (1,3 — 1).9,51-979 =
= 13 811 кДж/м3.
Значения (с&)со2, (cft)N,, (+>)н.о, (сО)в взяты из табл. 1
(см. Приложение).
Энтальпию газов на выходе из котла-утилизатора нахо-
дим по формуле (1.60):
< = <° + («у-1) 7»= Pro. (с#')со. +
+ П. (с«Х + ^,о (^'1н.о + (ау- 1) V» (с#')в =
1.357+ 7,52-260+ 2,13-304+ (1,3—1)9,51-266=	-
= 5489 кДж/м3.
Значения (сО')со2, (cO-^n., (с$')н2о, (с^^в взяты из табл. 1
(см. Приложение).
240
,,.. Количество выработанной теплоты в виде пара в котле-
утилизаторе за счет теплоты уходящих газов определяем
по формуле (9.3):
'	= Вр (7Г - /;)₽ (!-□== 0,005 X (13 811 -5489) X
X 1 (1 — 0,1) = 375 кДж/с.
• Задача 9.5. Определить количество выработанной теп-
лоты в виде пара в котле-утилизаторе за счет теплоты ухо-
дящих газов двух хлебопекарных печей, если энтальпия
газов на выходе из печи 7Г = 9800 кДж/м3, температура
газов на выходе из котла-утилизатора О1' = 200 °C, коэф-
фициент избытка воздуха за котлом-утилизатором ау  =
= 1,3, расчетный расход топлива двух печей Вр —
= 0,025 м3/с, коэффициент, учитывающий несоответствие
режима и числа часов работы котла-утилизатора и печей
Р = 1,0 и коэффициент потерь теплоты котла-утилизатора
в окружающую среду £ = 0,1. Хлебопекарные печи рабо-
тают на природном газе Саратовского месторождения
состава: СО2 = 0,8 %; СН4 = 84,5 %; С2Н6 = 3,8 %;
С3Н8 = 1,9 %; С4Н10 = 0,9 %; С5Н12 = 0,3 %; N2 =
= 7,8 %.
Ответ: QT = 138 кДж/с.
Задача 9.6. Определить, экономию условного топлива
„ при использовании выработанной теплоты в виде пара в
котле-утилизаторе за счет теплоты уходящих газов двух
хлебопекарных печей, если температура газов на выходе из
печей О' = 700 °C, температура газов на выходе из котла-
'утилизатора О' = 200 °C, коэффициент избытка воздуха за
котлом-утилизатором ау = 1,35,’расчетный расход топли-
ва двух печей Вр = 0,036 м3/с, коэффициент, учитывающий
несоответствие режима и числа часов работы котла-утили-
затора и хлебопекарных печей (3 = 1,0, коэффициент по-
терь теплоты котла-утилизатора в окружающую среду
£ — 0,12 и к. п. д. замещаемой котельной т)к.у = 0,86.
Хлебопекарные печи работают на природном газе Шебе-
линского месторождения состава: СН4 = 94,1 %; С2Нв =
. = 3,1 %; С3Н3 = 0,6 %; С4Н10 = 0,2 %; С5Н12 = 0,8 %;
. N2 = 1,2 %.
Решение: Теоретически необходимый объем возду-
•ха определяем по формуле (1.28):
V° = 0,0478 [0,5 (СО + Н2) + 1,5H2S + 2СН4 + 2 (т +
I + n/4)CmH„ — О21 = 0,0478 X (2 • 94,1 + 3,5 • 3,1 + 5 X
I X 0,6 + 6,5 • 0,2 + 8 • 0,8) = 9,98 м3/м3.
Объем трехатомных газов находим по формуле (1.39):
241
VROt = 0,01 (CO2 + co + H2s + SmCmHn) = 0,01 X
X (94,1 +2 • 3,1 4-3 • 0,64-4 • 0,2 4- 5 • 0,8) = 1,07 m3/m\
Теоретический объем азота определяем по формуле (1.38);
Vft. =0,79V° 4- N2/100=0,79 • 9,98 4-1,2/100= 7,9 м3/м3.
Теоретический объем водяных паров находим по форму-
ле (1.41):
УЙ,О = 0,01 (H2S 4- н2 4- s (n/2)CmHn + 0,124dr) +
4- 0,0161V0 = 0,01 (2 • 94,1 + 3 • 3,1 4- 4 • 0,6 +5 • 0,2+
4- 6 • 0,8) 4- 0,0161 • 9,98 = 2,22 м’/м3.
Энтальпию газов на выходе из печей определяем по фор-
муле (1.60):
/г = /? 4- (®у — IX? — Vяо2 (с‘9')со1+ ^n2 X
4- (cfr)Na + V&1O (с&)Нго + (ау-1) V° (сО)в= 1,07.1461 +
+ 7,9-946 + 2,22-1147 + (1,35 —1) 9,98-979 =
= 15 017 кДж/м3.
Значения (СО)со., (сй)н2, (сО)н2о, (с0)в взяты из табл. 1
(см. Приложение).
Энтальпию газов на выходе из котла-утилизатора нахо-
дим по формуле (1.60):
Г = /о + (ау- 1) 7» = VRO, (с0')СО2 4-
4- X (^Х + VLo Н')н2о + (ау -1) v° (с0')в =
1,07-3574-7,9-260+ 2,22-304+ (1,35 — 1) 9,98 х
X 266 = 6130 кДж/м3.
Значения (сО')со2, (c0')n2, К^')н2о> взяты из табл. 1
(см. Приложение).
Количество выработанной теплоты в виде пара в котле-
утилизаторе за счет теплоты уходящих газов определяем
по формуле (9.3):	•
QT = Вр (/г — Д)0 (1 — С) = 0,036 (15 017 — 6130) X
X 1 -(1 —0,12) = 282 кДж/с.
Экономию условного топлива при использовании выра-
ботанной теплоты в виде пара в котле-утилизаторе за счет
теплоты уходящих газов находим по формуле (9.4)г
о	Qr	282	А Л» 1	,
Вэк =-----------=------------ = 0,01 1 Кг/с,
эк 29 300г|к.у	29 300-0,86
или Ввк = 39,6 кг/ч.
242
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1. Энтальпия 1 м3 газов и-влажного воздуха
(кДж/м3) и 1 кг золы (кДж/кг)
О, °C	<с в*СО2	(г O)n„	(Г 0)Ог	О)н2о	О) в	(Г 0)3
I	2	3	4	5	6	7
100	169	130	132	151	132	80,8
200	357	260	267-	304	266	169,1
300	559	392	407	463	403	263,7
400	772	527	552	626	542	360,0
500	996	664	699	794	684	458,5
600	1222	804	850	967	830	560,6
700	1461	946	1005	1147	979	662,9
800	1704	1093	' 1160	1335	1)30	767,6
900	1951	1243	1319	1524	1281	874,0
1000	2202	1394	1478	1725	1436	984,0
1100	2457	1545	1637	1926	1595	1096,0
1200	2717	1695	1800	2131	1754	1206,0
1300	2976	1850	1963	2344	1913	
1400	3240	2009	2127	2558	2076	
1500	3504	2164	2294	2779	2239	
.1600	3767	2323	2461	3001	2403	
1700	4035	2482	2629	3227	2566	
1800	4303	2642	2796	3458	2729	
1900	4571	2805	2968	3688	2897	
2000	4843	2964	3139	3926	3064	
2100	5115	3127	3307	4161	3232	
2200	5387	3290	3483	4399	3399	
Примечание. Энтальпия влажного воздуха (гд)в приведена при
влагосодержаиии dr=IO г/м’.
Таблица 2. Параметры сухого насыщенного пара н воды
на кривой насыщения (по давлениям)
р» МПа	и ja	V', м’/кг	v", м’/кг	i', кДж/кг	кДж/кг	S’, кДж/ (кг - К)	S*. к Дж/(кг-К)
1	2	3	V	4	5	6	7	8
0,0010	6,936	0,0010001	130,04	29,18	2513,4	0,1053	8,9749
0,0015	13,001	0,0010007	88,38	54,61	2524,7	0,1952	8,8268
0,0020	17,486	0,0010014	67,24	73,40	2533,1	0,2603	8,7227
0,0025	21,071	0,0010021	54,42	88,36	2539,5	0,3119	8,6424
0,0030	24,078	0,0010028	45,77	100,93	2545,3	0,3547	8,5784
0,0035	26,674	0,0010035	39,56	111,81	2549,9	0,3912	8,5222
0,0040	28,95	0,0010042	34,93	121,33	2553,7	0,4225	8,4737
0,005	32,89	0,0010054	28,24	137,79	2560,9	0,4764	8,3943
0,010	45,82	0,0010102	14,70	191,84	2583,9	0,6496	8,1494
0,020	60,08	0,0010171	7,652	251,48	2609,2	0,8324	7,9075
0,025	64,99	0,0010198	6,201	272,03	2617,6	0,8934	7,8300
0,030	69,12	0,0010223	5,232	289,30	2624,6	0,9441.	7,7673
0,04	75,87	0,0010264	3,999	317,62	2636,3	1,0261	7,6710
0,05	81,33	0,0010299	3,243	340,53	2645,2	1,0912	7,5923
0, 10	99,62	0,0010432	1,696	417,47	2674,9	1,3026	7,3579
0,20	120,23	0,0010606’	0,8860	504,74	2706,8	1,5306	7,1279
0,30	133,54	0,0010733	0,6055	561,7	2725,5	1,6716	6,9922
0,5	151,84	0,0010927	0,3749	640,1	2748,8	1,8605	6,8221
0,6	158,84	0,0011009	0,3156	670,6	2756,9	1,9311	6,7609
0,7	164,96	0,0011081	0,2728	697,2	2763,7	1,9923	6,7090
0,8	170,41	0,0011149	0,2403	720,9	2769,0	2,0461	6,6630
0,9	175,36	0,0011213	0,2149	742,7	2773,7	2,0945	6,6223
1,0	179,88	0,0011273	0,1945	762,4	2777,8	2,1383	6,5867
1,5	198,28	0,0011538	0,1317	844,5	2791,8	2,3148	6,4458
2,0	212,37	0,0011768	0,09961	908,6	2799,2	2,4471	6,3411
3,0	233,83	0,0012164	0,06663	1008,4	2803,1	2,6455	6,1859
4,0	250,33	0,0012520	0,04977	1087,5	2800,6	2,7965	6,0689
5,0	263,91	0,0012858	0,03943	1154,2	2793,9	2,9210	5,9739
6,0	275,56	0,0013185	0,03243	1213,9	2784,4	3,0276	5,8894
7,0	285,80	0,0013510	0,02738	1267,6	2772,3	3,1221	5,8143
8,0	294,98	0,0013838	0,02352	1317,3	2758,6	3,2079	5,7448
9,0	303,31	0,0014174	0,02049	1363,9	2742,6	3,2866	5,6783
10,0	310,96	0,0014522	0,01803	1407,9	2724,8	3,3601	5,6147
12,0	32*, 64	0,001527	0,01426	1491,1	2684,6	3,4966	5,4930
14,0	336,63	0,001611	0,01149	1570,8	2637,9	3,6233	5,3731
16,0	347,32	0,001710	0.009319	1649,6	2581,7	3,7456_	5,2478
18,0	356,96	0,001839	0,007505	1732,2	2510,6	3,8708	5,1054
20,0	365,72	0,00203	0,00586	1826,8	2410,3	4,0147	4,9280
22,0	373,71	0,00269	0,00378	2009,7	2195,6	4,2943	4,5815
244
Таблица 3. Параметры сухого насыщенного пара н воды
на кривой насыщения (по температурам)
О	р, МПа	р', м3/кг	о", м3/кг	<*, кДж/кг	кДж/кг	S-, кДж/(кг. К)	S*. кДж/(кг-К)
1	2	3	4	5	6	7	8
0	0,0006108	0,0010002	206,3	0,000	2500,8	0	9,1544
.5	0,0008718	0,0010001	147,2	21,06	2510,0	0,0762	9,0242
10	0,0012271	0,0010004	106,42	42,04	2519,2	0,1511	8,8995
15	0,001704	0,0010010	77,97 •	62,97	2528,4	0,2244	8,7806
20	0,002337	0,0010018	57,84	83,90	2537,2	0,2964	8,6663
25	0,003167	0,0010030	43,40	104,80	2546,4	0,3672	8,5570
30	0,004241	0,0010044	32,93	125,69	2555,6	0,4367	8,4523
35	0,005622	0,0010060	25,25	146,58	2564,8	0,5049	8,3518
40	0,007375	0,0010079	19,55	167,51	2573,6	0,5723	8,2560
45	0,009582	0,0010099	15,28	188,41	2582,4	0,6385	8,1638
50	0,012335	0,0010124	12,05	209,30	2591,6	0,7038	8,0751
55	0,015741	0,0010145	9,578	230,19	2600,4	0,7679	7,9901
60	0,01992	0,0010171	7,678	251,12	2609,2	0,8311	7,9084
65	0,02501	0,0010199	6,201	272,06	2617,6	0,8935	7,8297
70	0,03116	0,0010228	5,045	292,99	2626,4	0,9550	7,7544
75	0,03855_	0,0010258	4,133	313,97	2634,8	1,0157	7,6819
80	0,04736	0,0010290	3,409	334,94	2643,1	1,0752	7,6116
85	0,05780	0,0010324	2,828	355,96	2651,5	1,1342	7,5438
90	0,07011	0,0010359	2,361	376,98	2659,5	1,1924	7,4785
95	0,08452	0,0010396	1,982	398,04	2667,8	1*, 2502	7,4157
100	0,10132	0,0010435	1,673	419,10	2675,8	1,3071	7,3545
105	0,12080	0,0010474	1,419	440,20	2683,3	1,3632	7,2959
НО	0,14327	0,0010515	1,210	461,34	2691,3	1,4185	7,2386
115	0,16906	0,0010558	1,037	482,53	2698,8	1,4725	7,1833
120	0,19854	0,0010603	0,8917	503,7	2706,3	1,5278	7,1289
125	0,23208	0,0010649	0,7704	525,0	2713,5	1,5814	7,0778
130	0,27011	0,0010697	0,6683	546,4	2720,6	1,6345	7,0271
135	0,3130	0,0010747	0,5820	567,7	2727,3	1,6869	6,9781
140	0,3614	0,0010798	0,5087	589,1	2734,0	1,7392	6,9304
145	0,4155	0,0010851	0,4461	610,4	2740,3	1,7907	6,8839
150	0,4760	0,0010906	0,3926	632,2	2746,5	1,8418	6,8383
155	0,5433	0,0010962	0,3465	653,6	2752,4	1,8924	6,7939
160	0,6180	0,0011021	0,3068	675,3	2757,8	1,9427	6,7508
165	0,7008	0,0011081	0,2725	697,5	2763,7	1,9925	6,7081
170	0,7920	0,0011144	0,2426	719,3.	2768,7	2,0419	6,6666
175	0,8925	0,0011208	0,2166	741,1	2773,3	2,0909	6,6256
180	1,0027	0,0011275	0,1939	763,3	2778,4	2,1395	6,5858
185	1,1234	0,0011344	0,1739	785,4	2782,5	2,1876	6,5465
190	1,2553	0,0011415	0,1564	807,6	2786,3	2,2358	6,5075
245
Продолжсние табл. 3
О	р. МПа	V' , м’/кг	и", м’/кг	i'. кДж/кг	i". кДж/кг	S'. кДж/(кг» К)	S". кДж/(кг- К)
I	2	3	4	5	6	7	8
195	1,3989	0,0011489	0,1409	829,8	2789,7	2,2835	6,4699
200	1,5550	0,0011565	0,1272	852,4	2793,0	2,3308	6,4318
205	1,7245	0,0011644	0,1150	875,0	2795,5	2,3777	6,3945
210	1,9080	0,0011726	0,1044	897,6	2798,0	2,4246	6,3577
215	2,1062	0,0011812	0,09465	920,7	2800,1	2,4715	6,3212
220	2,3202	0,0011900	0,08606	943,7	2801,4	2,5179	6,2848
225	2,5504	0,0011992	0,07837	967,2	2802,6	2,5640	6,2488
230	2,7979	0,0012087	0,07147	990,2	2803,1	2,6101	6,2132
235	3,0635	0,0012187	0,06527	1014,0	2803,4	2,6561	6,1780
240	3,3480	0,0012291	0,05967	1037,5	2803,1	2,7022	6,1425
245	3,6524	0,0012399	0,05462	1061,8	2802,6	2,7478	6,1073
250	3,978	0,0012512	0,05005	1086,1	2801,0	2,7934	6,0721
255	4,325	0,0012631	0,04591	1110,3	2788,9	2,8395	6,0365
260	4,694	0,0012755	0,04215	1135,0	2796,4	2,8851	6,0014
265	5,088	0,0012886	0,03872	1160,2	2793,4	2,9308	5,9658
270	5,505	0,0013023	0,03560	1185,3	2789,7	2,9764	5,9298
275	5,949	0,0013168	0,03275	1210,8	2785,1	3,0225	5,8938
280	6,419	0,0013321	0,03013	1236,8	2779,6	3,0685	5,8573
285	6,918	0,0013483	0,02774	1263,2	2773,3	3,1146	5,8201
290	7,445	0,0013655	0,02553	1290,0	2766,2	3,1610	5,7824
295	8,002	0,0013839	0,02351	1317,2	2758,3	3,2079	5,7443
300	8,592	0,0014036	0,02164	1344,8	2749,1	3,2548	5,7049
305	9,213	0,001425	0,01992	1373,3	2739,0	3,3025	5,6647
310	9,869	0,001447	0,01831	1402,2	2727,3	3,3507	5,6233
315	10,561	0,001472	0,01683	1431 ,9	2714,3	3,3997	5,5802
320	11,290	0,001499	0,01545	1462,0	2699,6	3,4495	5,5354
325	12,057	0,001529	0,01417	1493,4	2683,3	3,5002	5,4893
330	12,864	0,001562	0,01297	1526,1	2665,7	3,5521	5,4412
335	13,715	0,001599	0,01184	1559,6	2645,2	3,6057	5,3§05
340	14,608	0,001639	0,01078	1594,8	2621,8	3,6605 ’	5,3361
345	15,547	0,001686	0,09771	1632,0	2595,4	3,7183	5,2770
350	16,537	0,001741	0,08805	1671,4	2564,4	3,7786	5,2117
355	17,577	0,001807	0,007869	1714,1	2527,2	3,8439	5,1385
360	18,674	0,001894	0,006943	1761 ,4	2481,1	3,9163	5,0530
365	19,830	0,00202	0,00600	1817,5	2420,8	4,0009	4,9463
370	21,053	0,00222	0,00493	1892,4	2330,8	4,1135	4,7951
375	22,087	0,00280	0,00361	2031,9	2171,7	4,3258	4,5418
246
Таблица 4 Термодинамические свойства фреоиа-12
на линии насыщения
О	р, МПа	м’/кг		кДж /кг	кДж/кг	S4, кДж/(кг • К)	S„ кДжДкс-К)
—39	0,06730	0,0006605	0,2337	384,06	554,63	4,0513	4,7797
—35	0,08076	0,0006658	0,1973	387,46	556,59	4,0655	4,7759
—30	0,10044	0,0006725	0,1613	391,73	559,06	4,0832	4,7716
—25	(f, 12369	0,0006793	0,1331	396,07	561,54	4,1007	4,7675
—20	0,15094	0,0006868	0,1107	400,44	563,96	4,1180	4,7642
—15	0,18257	0,0006940	0,09268	404,92	566,39	4,1353	4,7610
— 10	0,21904	0,0007018	0,08713	409,44	568,82	4,1525	4,7583
—5	0,16080	0,0007092	0,06635	414,00	571,16	4,1695	4,7558
0	0,30848	0,0007173	0,05667	418,65	573,51	4,1865	4,7536
4-5	0,36234	0,0007257	0,04863	423,34	578,81	4,2033	4,7515
4-10	0,42289	0,0007342	0,04204	428,11	578,07	4,2201	4,7498
4-15	0,49094	0,0007435	0,03648	432,97	580,29	4,2368	4 7481
4-20	0,56653	0,0007524	0,Q3175	437,87	582,42	4,2534	4,7466
4-25	0,65062	0,0007628	0,02773	442,81	584,48	4,2699	4,7451
4-30	0,74324	0,0007734	0,02433	447,83	586,44	4,2864	4,7437
Таблица 5. Термодинамические свойства аммиака
на линии насыщения
О о	р> МПа	И4, М3/КГ	V 1лМ3/КГ	кДж/кг	кДж /кг	s4, кДж/(кг-К)	st. кДж/(кг • К)
—50	0,0409	0,001425	2,623	193,4	1608,1	3,3000	9,6204
—45	0,0546	0,001437	2,007	215,6	1616,5	3,3767	9,5199
—40	0,0718	0,001449	1,550	237,8	1624,9	3,4730	9,4245
—35	0,0932	0,001462	1,215	260,0	1632,8	3,5672	9,3341
—30	0,1195	0,001476	0,963	282,2	1640,8	3,6601	9,2486
—25	0,1516	0,001490	0,771	304,4	[648,3	3,7514	9,1674
—20	0,1902	0,001504	0,624	327,4	1655,4	3,8410	9,0895
— 15	0,2363	0,001519	0,509	350,0	1662,6	3,9293	9,0150
— 10	0,2909	0,001534	0,418	372,6	1669,3	4,0164	8,9438
-5	0,3549	0,001550	0,347	395,6	1675,1	4,1022	8,8756
0	0,4294	0,001566	0,290	418,7	1681,0	4,1868	8,8094
5	0,5517	0,001583	0,244	441,7	1686,4	4,2705	8,7458
10	0,6150	0,001601	0,206	465,2	1691,0	4,3530	8,6838
15	0,7283	0,001619	0,175	488,6	1695,6	4,4346	8,6240
20	0,8572	0,001639	0,149	512,5	1699,4	4,5155	8,5658
25	1,0027	0,001659	0,128	536,3	1703,-2	4,5954	8,5092
30	1,1665	0,001680	0,111	581,1	1705,7	4,6746	8,4536
35	1,3499	0,001702	0,096	584,9	1708,2	4,7528	8,3991
40	1,5544	0,001726	0,083	609,2	1709,9	4,8307	8,3455
45	1,7814	0,001750	0,073	633,9	1710,7	4,9078	8,2928
50	2,0326	0,001777	О', 064	659,0	1711,1	4,9840	8,2400
247
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................................................... .3
Глава 1. Твердые, жидкие и газообразные топлива ...	4
§ 1.1.	Состав топлива...............................................J
§ 1.2.	Характеристики топлива.....................................  »
§ 1.3.	Объем воздуха. Объем и масса продуктов сгорания	.	16
§ 1.4.	Энтальпия продуктов сгорания и воздуха	.	28
Глава 2. Котельные установки	.32
.§ 2.1. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход
топлива котельного агрегата ...	.	.	.	32
§ 2.2.	Характеристики топочных устройств ...	.52
§ 2.3.	Расчет теплообмена в топочнрх устройствах	.	.	55
§2.4.	Расчет конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата 71
§ 2.5.	Золовый износ и низкотемпературная коррозия	.	.	88
§ 2.6.	Дутьевые и тяговые устройства .	.	.	.92
§ 2.7.	Расчет дымовой трубы на рассеивание в атмосфере загрязняю*
щих веществ .	.	.	.	.	. '	.102
§ 2.8.	Теплообменные аппараты .	.	.	.	.	.	106
§ 2.9.	Питательные устройства..................................109
§2.10.	Определение величины продувки и расчет расширителя (сепара-
тора) непрерывной продувки .................................... .111
Глава <3. Паровые турбины .	.	.- .....................113
§3.1.	Рабочий процесс в турбинной ступени.........................ИЗ
§ 3.2.	Потери в ступенях турбины. Коэффициенты полезного действия
ступеней турбины.............................................  .«126
§ 3.3.	Определение размеров сопл и рабочих лопаток .	.	. 137
§ 3.4.	Коэффициенты полезного действия, мощности и расход пара
турбины........................ ......................... .142
§ 3.5.	Конденсаторы паровых	турбин	.	 153
Глава 4, Газовые турбины и газотурбинные установки .159
§ 4.1.	Газовые турбины..........................................159
§ 4.2.	Газотурбинные установки	(ГТУ)............................167
Глава 5. Двигатели внутреннего сгорания .	.	..174
§ 5.1.	Параметры, характеризующие работу двигателя .	.	.	.174
§ 5.2.	Тепловой баланс двигателя................................187
Глава 6. Компрессоры, вентиляторы и холодильные установки 195
§ 6.1.	Компрессоры..............................................195
§ 6.2.	Вентиляторы .............................................206
§ 6.3.	Холодильные установки................................... 209
Глава 7. Тепловые электрические станции........................214
§ 7.1.	Показатели режима работы электрических станций .	.	.214
§ 7.2.	Показатели, характеризующие экономичность тепловых электри-
ческих станций................................................218
Глава 8. Теплоснабжение предприятий промышленности .	.231
$ 8.1. Расчет расхода теплоты при теплоснабжении предприятий . 231
§ 8.2.	Технико-экономические показатели работы системы теплоснаб-
жения ........................................... ... 234
Глава 9. Вторичные энергоресурсы........................... 2 36
§ 9.1.	Использование теплоты уходящих котельных газов для полу-
чения горячей воды и пара....................................23b
§ 9.2.	Использование теплоты уходящих печных газов для получения
пара....................................................  •	•
Приложение ....	..............................•