Главная » 2013 » Ноябрь » 1 » Тепловой баланс котельной установки - расчет и его составные части.
21:30
Тепловой баланс котельной установки - расчет и его составные части.
СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Распределение тепла, выделившегося при сжигании топлива, на полезное и на потери, сопровождающие работу котлоагрегата, называется тепловым балансом котельного агрегата. За величину прихода тепла принимают тепло, внесенное в топку о рабочим топливом, т. е. низшую теплоту сгорания топлива. При сжигании твердого и жидкого топлива тепловой баланс котельного агрегата составляют в килоджоулях (килокалориях) и относят к 1 кг израсходованного топлива, а при сжигании газообразного топлива баланс составляют также в килоджоулях (килокалориях) и относят к расходу газа, введенного в топку. В обоих случаях тепловой баланс можно представить также в процентах. Уравнение теплового баланса котельного агрегата в килоджоулях при сжигании 1 кг твердого или 1 м3 газообразного топлива можно представить следующим образом: 100% = Q1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6, (44) где Qр — располагаемое тепло, введенное в котельный агрегат; Ql — тепло, полезно использованное в котле на получение пара или горячей воды; Q2 — потери тепла с дымовыми газами, уходящими из котельного агрегата; Q3 ~ потери тепла от химической неполноты сгорания топлива; Q4 —потери тепла от механической неполноты сгорания топлива; Q5 ~ потери тепла в окружающую среду; Q6 — потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки. В располагаемое тепло бр, приходящееся на 1 кг или 1 м3 топлива, входит тепло, вносимое в топку самим топливом, но так как g4 величина физического тепла топлива исключительно мала и не превышает 0,1 — 0,2% теплоты сгорания топлива, ее обычно исключают и принимают Разделив каждый член левой и правой частей уравнения (44) на Qр и умножив его на 100.
где I'х = 100% и т.д. При сжиганий жидкого и газообразного топлива потери тепла д4 и ^б отсутствуют, и уравнение теплового баланса котельного агрегата в процентах: 100 = 31+32 + 33+35- (46) Рассмотрим составные части теплового баланса. Схема теплового баланса котельного агрегата показана на рис. 13. Полезно использованное тепло Полезно использованным считается тепло, затраченное на получение пара заданного давления и температуры, начиная от температуры питательной воды, поступающей в водяной экономайзер. При нагреве воды в котле упругость образующеюся в нем пара и давление возрастают, одновременно увеличивается и температура кипения воды (выше 100°С), которая зависит от давления; чем выше давление, тем выше температура кипения. Пар, находящийся в котле вместе с кипящей водой, называется ■насыщенным, температура, при которой происходит кипение жидко-сти (при данном давлении), — температурой кипения или температур рой насыщения и обозначается Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре называется степенью сухости пара, обозначается буквой х и выражается в долях или процентах. Влажность пара в паровых котлах составляет от О до 0,1%, а при неблагоприятных условиях достигает больших значений. Если в насыщенном паре нет капелек воды, он называется сухим насыщенным паром (х = 1 или л = 100%).
Количество тепла, расходуемое для нагрева 1 кг воды от 0°С до температуры кипения при постоянном давлении, называется теплотой или энтальпией жидкости и обозначается I'. Количество тепла, которое требуется для того, чтобы при неизменном давлении и температуре превратить 1 кг кипящей воды в , пар, называется скрытой теплотой парообразования и обозначается буквой I. Общее теплосодержание сухого насыщенного пара, кДж/кг (ккал/кг), складывается из теплосодержания жидкости при температуре кипения и скрытой теплоты парообразования Ь. При степени сухости пара, равной х, теплосодержание влажного пара I = 1' -Ь Iх, так как в пар превращается не вся кипящая вода. Параметры водяного пара приведены в табл. 15.
Таблица 15. Параметры водяного пара
Пар, температура которого выше температуры насыщения при данном давлении, называется перегретым. Количество тепла, расходуемое для получения 1 кг перегретого пара из воды при 0°С; называется энтальпией (теплосодержанием) перегретого пара и обозначается I. Параметры перегретого пара, вырабатываемого в котлах низкого и среднего давления, приведены в табл. 16.
Таблица 16. Параметры перегретого пара, вырабатываемого в котлах низкого и среднего давления
Потери тепла Дг с уходящими газами в окружающую среду. Эти потери в процентах определяются как разность энтальпий продуктов сгорания, уходящих из котельного агрегата, и холодного воздуха, поступающего в агрегат.
При сжигании твердого топлива
Дг = (Iух - Iв)(100 - дз), (47) где Iух — энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха за агрегатом ах и температуре уходящих газов, кДж/кг (ккал/кг); Iв — энтальпия воздуха, теоретически необходимого для горения, при температуре, с которой он поступает в котельный агрегат, кДж/кг (ккал/кг). Множитель 100 — вводится в формулу потому, что энтальпия дымовых газов и воздуха, необходимого для горения, определяются для 1 кг действительно сожженного топлива, а не для І кг топлива, поступившего в топку.
При сжигании жидкого и газообразного топлива
При сжигании твердого топлива в слое в котельных установках низкого давления величина q2 составляет 10 — 15%, а в современных котельных агрегатах среднего давления при сжигании пылевидного жидкого и газообразного топлива — 6—8%. Для понижения температуры уходящих газов и уменьшения потерь тепла с уходящими газами за котлом устанавливают водяной экономайзер, воздухоподогреватель или оба устройства. Температура уходящих газов при проектировании установок выбирается с учетом очень многих факторов: вида и стоимости сжигаемого топлива, способа его сжигания, точки росы, мощности котельного агрегата и при нормальной нагрузке современных агрегатов составляет 120—150°С. Температура газов, при которой начинается конденсация водяных паров, называется точкой росы. В небольших установках при отсутствии экономайзеров она составляет 300— 400°С. Температура уходящих газов и потеря тепла (72 в значительной степени зависят от режима работы и состояния качества эксплуатации котельного агрегата. Например, потери тепла с уходящими газами в котлоагрегатах, оснащенных топками с ручным обслуживанием, бывают велики из-за периодичности загрузки топлива, неравномерного выделения тепла и расхода воздуха. Потери тепла от химической неполноты горения. При сжигании твердых топлив показателем химической неполноты горения является присутствие в уходящих дымовых газах окиси углерода, а при сжигании газообразного топлива — окиси углерода и метана, Зная содержание окиси углерода в отходящих дымовых газах, определяют потерю от неполноты горения. Обычно потеря составляет 3—7% в зависимости от рода топлива, а при большом недостаче воздуха может быть до 25% и больше. Например, 1% окиси углерода в уходящих газах соответствует примерно 6—7% потери тепла топлива. Для полного сжигания топлива в топке нужно необходимое количество кислорода для горения летучих горючих веществ, соответствующая температура в топке (при пониженных температурах углерод не вступает в реакцию), достаточное время пребывания горючих частиц в топке и хорошее перемешивание топлива с воздухом. При наиболее экономичной работе котельного агрегата содержание двуокиси углерода в дымовых газах в зависимости от рода топлива должно быть 13-15%. При большем коэффициенте избытка воздуха содержание двуокиси углерода за счет разбавления его воздухом в продуктах сгорания может снизиться до 3-5%, однако резко возрастет потеря тепла с уходящими газами. При нормальном ведении режима горения 53 = 1% для слоевых и 0-0,5% для пылеугольных топок. Потери тепла от механической неполноты горения. Потери тепла от механической неполноты горения состоят из потерь от провала несгоревших частиц топлива через колосники в зольник и уноса мелких частиц топлива в газоходы котла. Эти потери зависят от конструкции колосниковой решетки, силы тяги, размеров кусков топлива и его спекаемости. Потери с уносом могут быть значительными при слоевом сжигании, если дутье слишком сильное и тяга излишне велика. В этом случае происходит большой вынос мелких частиц топлива, которые представляют собой несгоревший кокс. Особенно нежелательна смесь крупного топлива с мелочью. В этом случае горение слоя получается неоднородным: мелочь выгорает быстрее и потоком воздуха выдувается из слоя, образуя кратеры, через которые в топку поступает лишний воздух, охлаждая ее. Крупные куски покрываются шлаковой коркой и полностью не вьпгорают. В среднем потери с механической неполнотой сгорания для пылеугольных топок составляют 1%, а для слоевых от 5 до 7,5%. Потери тепла qs в окружающую среду. Потери тепла нагретыми внешними поверхностями в окружающую среду зависят от типа Я паропроизводительности котла, его конструшри, качества обмуровки и нагрузки котлоагрегата. Если в процессе эксплуатации котлоагрегата будут часто и на продолжительное время открывать дверки и лючки, то потери на лучеиспускание в окружающую среду возрастут. Возрастут потери также при сквозняках в котельном помещении. Потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки. Эти потери учитывают только при сжигании твердых топлив как в кусковом, так и в пылевидном состоянии. Они зависят от зольности топлива и системы шлакозолоудаления. С увеличением заданости потеря тепла возрастает.
