Тепловые потери парового котла

Эффективность использования топлива определяется в основном полнотой сгорания топлива и глубиной охлаждения продуктов сгорания в паровом котле.

Потери теплоты с уходящими газами Q₂ являются наибольшими и определяются как

где — энтальпия уходящих газов при температуре уходящих газов З_ух и избытке воздуха в уходящих газах а_ух, кДж/кг или кДж/м³; 1°_в — энтальпия холодного воздуха при температуре холодного воздуха /_{х в} и избытке воздуха а_ух, кДж/кг или кДж/м³; (100 — q₄) — доля сгоревшего топлива.

Для современных котлов величина q₂ находится в пределах 5−8% располагаемой теплоты, q₂ возрастает при увеличении Э _х, а_ух и объема уходящих газов. Снижение Э_ух примерно на 14— 15°cf приводит к уменьшению q₂ на 1%. Глубокое охлаждение уходящих газов требует больших поверхностей нагрева. Оптимальное значение температуры уходящих газов для каждого топлива устанавливается на основании технико-экономических расчетов, в которых составляются стоимости дополнительных поверхностей нагрева и увеличение затрат на собственные нужды (в данном случае на преодоление гидравлических сопротивлений движению газа в них) с получаемой экономией топлива.

В современных энергетических котельных агрегатах Э_ух составляет 100−120°С, производственно-отопительных — 140−180°С.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива Q_l — это теплота, которая осталась химически связанной в продуктах неполного горения и рассчитывается как

где СО, Н₂, СН₄ — объемное содержание продуктов неполного сгорания по отношению к сухим газам, %; цифры перед СО, Н₂, СН₄ — уменьшенная в 100 раз теплота сгорания 1 м³ соответствующего газа, кДж/м³.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания обычно зависят от качества смесеобразования и локальных недостаточных количеств кислорода для полного сгорания. Следовательно, q_} зависит от а_г. Наименьшие значения а_т, при которых q_} практически отсутствуют, зависят от вида топлива и организации режима горения.

Химическая неполнота сгорания сопровождается всегда сажеобразованием, недопустимым в работе котла.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄ — это теплота топлива, которая при камерном сжигании уносится продуктами сгорания в газоходы котла или остается в шлаке, а при слоевом сжигании и в провале через колосниковую решетку.

где Г_шл+пр, Г_ун — содержание горючих соответственно в шлаке, провале, уносе, определяется взвешиванием и дожиганием в лабораторных условиях проб шлака, провала, уноса, %; я_шл+пр, а_ун — соответственно доля золы в шлаке, провале и уносе, определяется взвешиванием и из золового баланса^шл + пр" *" *у_Н⁼¹'^в Д°^{лях от} единицы; 32,7 кДж/кг — теплота сгорания горючих в шлаке, провале и уносе, по данным ВТИ; А^р — зольность рабочей массы топлива, %.

Величина q₄ зависит от метода сжигания и способа удаления шлака, а также свойств топлива. При хорошо отлаженном процессе горения твердого топлива в камерных топках q₄" 0,3−0,6 для топлив с большим выходом летучих, для АШ q₄> 2%. При слоевом сжигании для каменных углей q₄- 3,5 (из них 1% приходится на потери со шлаком, а 2,5% - с уносом), для бурых -q_A= 4%.

Потери теплоты в окружающую среду Q_s зависят от площади наружной поверхности агрегата и разности температур поверхности и окружающего воздуха. На рис. 7.28 приведены данные, которые показывают, что при росте номинальной нагрузки котла q₅ уменьшается.

Потери теплоты с физической теплотой (шлака) Q₆ происходят за счет удаления из топки шлака, температура которого может быть достаточно высокой. В пылеугольных топках с твердым шлакоудалением температура шлака 600−700°С, а с жидким — 1500—1600°С.

Рис. 7.28. Зависимость потерь теплоты на наружное охлаждение котельного агрегата от его паропроизводителыюсти

Потери теплоты Q_b, кДж/кг, рассчитываются по формуле.

где, кроме указанных ранее величин, с — теплоемкость шлака, зависящая от температуры шлака t .Так, для 600 °C с = 0,930 кДж/(кг-К), для 1600°С-1,172 кДж/(кг*К).

7.5.5. Коэффициент полезного действия и расход топлива

Совершенство тепловой работы парового котла оценивается коэффициентом полезного действия брутто г^Р, %. Так, по прямому балансу.

где Q_k — теплота, полезно отданная котлу и выраженная через тепловосприятие поверхностей нагрева, кДж/с:

где 2_ст — теплота воды или воздуха, подогреваемых в котле и отдаваемых на сторону. Теплота продувки учитывается только для D > 2% D.

пр КПД котла, %, можно пассчитывать и по обпатному балансу:

Метод прямого баланса менее точен в основном из-за трудностей при определении в эксплуатации больших масс расходуемого топлива. Тепловые потери определяются с большей точностью, и поэтому метод обратного баланса нашел преимущественное распространение при определении КПД.

Кроме КПД брутто используется КПД нетто, показывающий эксплуатационное совершенство агрегата

где д_си — суммарный расход теплоты на собственные нужды котла, т. е. расход электрической энергии на привод вспомогательных механизмов (вентиляторов, насосов и т. д.), расход пара на обдувку и распыл мазута, подсчитанных в % от располагаемой теплоты.

Из выражения (7.14) определяется расход подаваемого в топку топлива В, кг/с,

Так как часть топлива теряется с механическим недожогом, то при всех расчетах объемов воздуха и продуктов сгорания, энтальпий используется расчетный расход топлива В_р, кг/с, учитывающий механическую неполноту сгорания:

Следует заметить, что при сжигании в котлах жидкого и газообразного топлив Q_a = 0 и g₆= 0.

Контрольные вопросы

• 1. Как классифицируются котельные агрегаты и их назначение?
• 2. Назовите основные виды котельных агрегатов и перечислите их основные элементы.
• 3. Опишите испарительные поверхности котла; виды пароперегревателей и способы регулирования температуры перегретого пара.
• 4. Какие виды водяных экономайзеров и воздухоподогревателей используются в котлах? Опишите принципы их устройства.
• 5. Как осуществляется подача воздуха и удаление дымовых газов в котельных агрегатах?
• 6. Опишите назначение дымовой трубы, определение ее самотяги; укажите виды дымососов, применяемых в котельных установках.
• 7. Что такое тепловой баланс котельного агрегата? Перечислите потери тепла в котле и укажите их причины.
• 8. Укажите, как определяется КПД котельного агрегата и порядок его