Котельные установки

Член Qпap, МДж/кг, учитывает теплоту, вносимую в агрегат паром при паровом распыливании мазута или при подаче под решетку пара для улучшения ее работы при слоевом сжигании антрацита, Qпap = Gп(hп- 2,51), где Gп – удельный расход дутьевого пара кг/кг, hп – энтальпия дутьевого пара МДж/кг.

 Для котла, использующего в качестве источника теплоты энтальпию отходящих газов теплотехнологического устройства Qo.г., при отсутствии в газах продуктов неполного горения Qпpиx=Qo.г.

Qэл

Н: при сжигании газа-

 Qприх== Qр/н + Qф.т.+Qф.в

 

 

 

 

23. Перечислить составляющие расходной части теплового баланса. Как рассчитать полезное тепло, воспринимаемое паром в котле?

 

Расходная часть теплового баланса в расчете на 1 кг (м3) топлива в общем случае может содержать теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды) и различные потери: Qрасх=Qпол+Hу.г.+Qх.н.+Qм.н.+Qн.о+Qф.ш+Qохл±Qакк

В простейшем случае (без  учета продувки, возможной дополнительной выработки насыщенного пара и др.) теплота, полезно затраченная на выработку перегретого пара, МДж/кг (или МДж/м³), составит Qпол=D/B(hп.п – h’п.в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Как рассчитывается КПД котла «брутто» и «нетто» и расход топлива?

Полнота передачи располагаемой  теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия выражается как отношение количества теплоты, воспринятого рабочей средой Q1 к располагаемой теплоте, поступающей на горение рабочей массы топлива Qpp : Такой метод определения КПД, когда при испытаниях котла непосредственно устанавливаются значения Q1 и Qpp, называют методом прямого баланса. Истинный ηИК может отличаться от полученного в испытаниях (опытного) на 3…4%,      Если, например, ηИК = 0,90 (90%), то возможное отклонение опытного КПД составит Δη = 2,7…3,6%. определение КПД (брутто)котла  с большей точностью может быть сделано методом обратного баланса ηК = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6).   ΔqПОТ = 0,4…0,5%.     Зная КПД котла, воспринятую  теплоту рабочей средой в котле можно определить следующим образом        Отсюда, используя то же выражение Q1 получим расход топлива на котел B, кг/с. В самом котле в большинстве случаев сгорает не все топливо, поскольку имеются потери с механическим недожогом q4. Для определения действительных объемов образующихся продуктов сгорания вводят понятие расчетного расхода топлива, т.е. топлива, сгоревшего в топочной камере     Разность ΔB = В - Вp представляет собой количество несгоревшего топлива. При сжигании газового топлива и мазута: B = Bp, так как потери q4 невелики. Для твердых топлив, что при значениях q4 < 2% можно не вводить поправки и считать B = Bp. Коэффициент полезного  действия котла брутто характеризует совершенство работы собственно парового котла. Если вычесть из КПД котла брутто затраты энергии на собственные нужды (затраты энергии на дутьевые вентиляторы ЭД.В дымососы ЭДС , питательные электронасосы ЭПЭН, механизмы пылесистемы ЭПC и большое число электродвигателей дистанционного и автоматического управления ЭУПР.), то получим КПД котла нетто, характеризующий эффективность работы котельной установки Доля затрат энергии  на собственные нужды от общей выработки электроэнергии, приходящейся на котел при его работе в блоке с турбиной где ηЭ.C - КПД выработки электроэнергии на электростанции; τРАБ - время работы котла, ч. ЭС.Н, кВт·ч-  расход энергии на собственные нужды парового котла Значения ΔηС.Н для мощного парового котла составляет  4…5%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Как рассчитываются потери в котле с уходящими газами? От каких величин зависят эти потери тепла?

Потери теплоты с  уходящими газами определяются тем, что продукты сгорания после прохождения газового тракта не охлаждаются до температуры окружающего воздуха, а имеют достаточно высокую температуру. Превышение энтальпии уходящих газов над энтальпией поступающего в котел атмосферного воздуха представляют потери Q2 называемые потерями теплоты с уходящими газами
Формулу можно переписать в следующем виде

В этой формуле  - энтальпия теоретического объема уходящих газов при α = 1; - энтальпия избыточного воздуха в потоке газов при θ_УХ; - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, кДж/кг.

    Из формулы следует, что главными факторами, влияющими на значение потерь Q₂ являются температура θ_УХ, зависящая от размера конвективной поверхности котла и интенсивности отдачи теплоты к этой поверхности, и величина α_УХ , характеризующая превышение объема продуктов сгорания над минимальным их объемом.

Снижение температуры  уходящих газов на 15…20°С приводит к  уменьшению потерь q₂ или, что то же самое, к росту КПД котла примерно на 1%.

Оптимальная температура  существенно зависит от стоимости топлива и его качества, прежде всего от влажности. Чем выше цена топлив, тем больше стоимость сэкономленного топлива. При большой влажности растет объем продуктов сгорания топлива и их удельная теплоемкость, так как теплоемкость паров воды наибольшая. Поэтому необходимо отвести большое количество теплоты, что требует дополнительного увеличения поверхности нагрева по сравнению с сухим топливом. При более низкой стоимости влажного топлива увеличение поверхности не окупается, в результате оптимальная температура уходящих газов с повышением влажности растет.

Значение оптимальной  температуры уходящих газов зависит также от параметров пара (давления, температуры), с которыми работает паровой котел. С ростом параметров развивается регенеративный подогрев питательной воды и растет температура воды на входе в котел. В связи с этим увеличивается теплота газов на выходе из экономайзера, что приводит к некоторому росту оптимальной температуры уходящих газов.

Во время работы котла  поверхности нагрева могут существенно загрязняться шлаком и золой, что ухудшает теплообмен и приводит к росту θ_УХ, соответственно возрастают газовое сопротивление и нагрузка на дымососы.

В итоге для паровых  котлов высокого и сверхкритического давления оптимальные значения θ^ОПТ_УХ находятся в диапазоне 120…160°С.

Потери теплоты с  уходящими газами сильно зависят от α_УХ , чем выше избыток воздуха в топке и больше присос в газоходах, тем больше объем продуктов сгорания за агрегатом, что увеличивает Q₂. Кроме того, присос холодного атмосферного воздуха в газоходах охлаждает продукты сгорания и снижает теплоотдачу за счет уменьшения температурного напора. Отрицательное действие большого избытка воздуха в топке и присоса его в газоходах выражается также в увеличении нагрузки на дымососы, а, следовательно, и расхода электроэнергии на собственные нужды.

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Потери тепла в котле от химического и механического недожога.

В продуктах сгорания на выходе из топки могут находиться компоненты неполного сгорания исходного топлива СО, Н₂, СН₄ и другие газы, и их догорание за пределами топочной камеры становится невозможным из-за недостаточно высокой для этого температуры и нехватки кислорода. Теплота, которая потеряна в топочной камере в случае недогорания газообразных горючих, составляет потери теплоты с химическим недожогом топлива:

Здесь V_CO, V_H2, V_CH4 - объемы горючих газов в продуктах сгорания, м³/кг топлива; Q_CO, Q_CH2, Q_CH4 - соответственно объемная теплота сгорания горючих газов, кДж/м³.

На основе удельные тепловые потери в процентах от Q_p^p определяются по формуле

Химический недожог  при сжигании газового и жидкого топлив составляет q₃ = 0…0,5%, а при сжигании твердого топлива, принимается равным нулю и в эксплуатации определяется главным образом содержанием в продуктах сгорания СО и в меньшей мере Н₂. Наличие в составе продуктов сгорания СН₄ свидетельствует о ненормальности организации процесса горения.

Потери теплоты с  химическим недожогом сильно зависят от коэффициента избытка воздуха и нагрузки парового котла.

В реальных условиях при  полной нагрузке наличие химического  недожога при α_ГОР = 1 определяется несовершенством перемешивания топлива с воздухом. При коэффициенте избытка воздуха, названном критическим α_КР, химический недожог q₃ = 0. Обычно α_КР = 1,02…1,03 и характеризует степень аэродинамического совершенства горелочного устройства.

 

При сжигании торфа, углей  и сланцев механический недожог представляет собой коксовые частицы, которые, находясь некоторое время в зоне высоких температур факела, успели выделить летучие вещества и, возможно, частично обгорели.

Механический недожог  при сжигании мазута и газа также  представляет собой твердые частицы (коксовый остаток после испарения капель мазута и сажевые частицы). Сажеобразование возникает в высокотемпературных зонах горения при нехватке кислорода (α_ГОР < 0,6). Недополученная теплота от несгоревших твердых частиц составляет потери теплоты с механическим недожогом.

При камерном сжигании твердого топлива механический недожог состоит из потерь частиц топлива со шлаком и уносом с газами. Потери со шлаком, как правило, довольно незначительны, подавляющая часть этих потерь связана с уносом несгоревших частиц топлива потоком газов вместе с летучей золой. Частицы проходят транзитом поверхности котла и удаляются в основном из газового потока в золоуловителях.

Относительные потери теплоты  с механическим недожогом в процентах будут составлять

где Q_К.О = 32,6 МДж/кг - расчетная теплота сгорания коксового остатка в уносе; а_УН - доля уноса золовых фракций из топки с продуктами сгорания; А^Р - зольность рабочей массы топлива, %. Г_УН- общий унос несгоревших частиц.

Потери q₄ зависят от избытка воздуха и существенно меняются с изменением выхода летучих веществ. При выходе летучих более 25% значение q₄ = 0,5…4,5% и тем меньше, чем больше V^г_Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Потери тепла в котле от наружного охлаждения и с физическим теплом шлака.

Потери теплоты от наружного охлаждения определяются тем, что обмуровка и обшивка котла и его элементы (барабан, коллекторы, паропроводы, короба горячего воздуха), имея более высокую температуру, чем окружающий воздух помещений, отдают часть теплоты наружу, что составляет потери Q5 кДж/кг. В общем виде эти потери можно установить по следующей формуле

где F_СТ - площадь наружной поверхности стен котла и высокотемпературных его элементов, м²; α_К, α_Л - коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением, кВт/(м²·К); t_СТ, t_ОКР - соответственно средняя температура поверхности теплоотдающих стен и температура окружающего воздуха, °С; В_Р - расход топлива на котел, кг/с.

Согласно Правилам технической  эксплуатации (ПТЭ), внешние поверхности котла и его элементов должны иметь изоляцию, обеспечивающую температуру t_СТ не выше 55°С.

Для паровых котлов большой  тепловой мощности (при D ≥ 278 кг/с) относительные потери теплоты составляют q₅ ≈ 0,20%. Однако в абсолютных значениях эти потери приобретают другой масштаб. Так, на паровом котле электрической мощностью 800 МВт потери теплоты от внешнего охлаждения эквивалентны неиспользованной мощности 4000 кВт.

При снижении нагрузки на котле абсолютные потери теплоты через ограждающие его стены и элементы ВРQ5 = qПFСТ остаются практически такими же, так как наружная температура обмуровки и тепловой изоляции не изменяется. Поэтому потери, отнесенные к теплоте 1 кг сожженного топлива, пропорционально возрастут. Поскольку потери q5 относительно невелики, их принято распределять пропорционально тепловосприятию каждой из поверхностей нагрева котла и учитывать через коэффициент сохранения теплоты (доля полезного тепловосприятия)

При этом характеризует долю потерь на внешнее охлаждение агрегата. Так, например, если в результате прохождения поверхности пароперегревателя продукты сгорания отдали количество теплоты Q^ГА3_ПЕ, то собственно поверхность нагрева получила , а теплота потеряна газовым потоком через ограждающие газоход стены.

 

Потери теплоты с  физической теплотой шлаков Q6 характеризуются тем, что удаляемый из топки шлак, имея довольно высокую температуру, уносит определенное количество теплоты, которое передается воде, находящейся в шлаковой ванне, и безвозвратно теряется. Расчет относительных потерь (в процентах) ведется по формуле

где а_ШЛ = 1 - а_УН - доля шлакоудаления в топочной камере; (сt)_ШЛ - энтальпия удаляемого шлака, включая теплоту плавления шлака при температуре выше 1300°С, кДж/кг.

 Значение потерь q₆ существенно зависит от способа удаления шлаков из топки. При организации твердого шлакоудаления принимают долю а_ШЛ = 0,05, температура шлаков при этом составляет 600…700°С. Учет этих потерь при твердом шлакоудалении производится только для многозольных топлив (A^P > 2,5 Q^Р_Н). В случае жидкого шлакоудаления температура вытекающего шлака определяются значением температуры плавления t_ШЛ = t_C + 100°С и в среднем составляет 1400…1600°С, доля шлакоудаления также возрастает до a_ШЛ = 0,15…0,30. В этом случае потери q₆ становятся заметными (q₆ = 0,5…1,5%) и их учитывают обязательно.

 

28. Перечислить эксергетические потери в котле. Каковы пути снижения этих потерь?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29. Типы горелочных устройств для сжигания газообразного топлива. Их классификация.

Газовые горелки классифицируются ГОСТ 21204—83 по следующим основным признакам: