Тепловий баланс котельного агрегату. Прибуткові статті теплового балансу

Тепловой баланс заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла называемым располагаемым теплом (Q^р_р) и суммой полезно используемого тепла Q₁ и величиной тепловых потерь Q₂,Q₃,Q₄,Q₅,Q₆,Q_7. На основании теплового баланса вычисляется кпд котлоагрегата и необходимый расход топлива. Баланс рассчитывается на1 кг или 1 м³ топлива для установившегося теплового состояния.

Общее уравнение баланса записывается в таком виде:

Q^р_р= Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄₊Q₅+Q₆+Q₇ (кДж/кг)

Q₁- полезно используемое тепло;

Q₂- потери тепла с уходящими газами из котлоагрегата;

Q₃- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅- потери тепла агрегатом в окружающую среду;

Q₆- потери тепла с физической теплотой шлака;

Q₇- потери тепла на аккумуляцию котлоагрегатов при пусках;

Q^р_р- располагаемая теплота 1 кг (1 м³) топлива.

Приходные статьи т.б.

Суммарное количество тепла внесенное в котлоагрегеат, т.е. максимальное количество теплоты, которое может выделятся в топке нвзывается располагаемой теплотой.

Q^р_р = Q^р_н+ Q^в_ф+ Q^т_ф+ Q_пар+(Q_экз- Q_энд)+ Q_эл (1)

Q^р_н- Теплота сгорания топлива.

Q^в_ф- физическое тепло воздуха поступившее в котлоагрегат через подогреватель и присосанное через неплотности. Тепло учитывается только при подогреве его вне агрегата за счет постороннего источника (подогрев воздуха в автономном подогревателе при сжигании дополнительного топлива).

Q^в_ф =β(I_г.в- I_х.в)α_в.п V_в C_в (t_г.в- t_х.в) (кДж/кг)

β-отношение количества воздуха не входе в подогреватель к теоретически необходимому количеству воздуха.

I_г.в= V_в C_в t_г.в (кДж/кг)

I_х.в= V_в C_в t_х.в (кДж/кг)

Q^т_ф - учитывает физическое тепло топлива

Q^т_ф= C_т t_т (кДж/кг); (кДж/м³)

Жидкое топливо мазут перед сжиганием для снижения вязкости и улучшения распыла подогревают паром до температуры = 80-130⁰С. Или твердое топливо подсушивают в паровых сушилках. Особенно важно учитывать Q^т_ф при отоплении котлоагрегата газовым топливом с низкой теплотой сгорания(доменный газ, ферогаз, попутные газы). Эти газы обычно подогревают до температуры= 200-350⁰С.

При сжигании природного газа он обычно не подогревается из-за повышенного соотношения массы воздуха и газа и разложения природного газа при подогреве на тяжелые углеводороды.

Учет тепла вносимого в агрегат при паровом распыливании мазута или при подаче пара под решетку.

Для улучшения теплообмена при слоевом сжигании топлива

Q_пар=G(I_п- I_ух); (кДж/кг).

G-количество пара в кг/кг топлива, принимаемое при сжигании жидкого мазута равным

G=0,3-0,4 кг/кг топлива. А при подаче под решетку G=0,7-0,8

I_п,I_ух- энтальпия пара и уходящих газов.

I_п берется по температуре пара; I_ух –по температуре уходящих газов.

(Q_экз- Q_энд) - Учитывают при работе котла в некоторых технологических процессах. Например при обжиге колчедана в кипящем слое.

Экзотермические реакции имеют узконаправленное применение в технике, а в энергетике используются в основном эндотермические реакции при сжигании сланцев и бурых углей. При этом выделяющаяся часть тепла должна затрачиваться на разложение карбонатов.

Q_энд= Q_кар=4,05 К (СО₂^р)/100; (кДж/кг).

4,05- теплота разложения 1 кг карбонатной золы, (кДж/кг)

К – коэффициент разложения карбонатов. Зависит от способа сжигания топлива.

При камерном сжигании сланцев К=1. При слоевом К=0,7;

СО₂^р- углекислота карбонатов (%)

Q_эл - учитывается при выработке пара с использованием электрической энергии. В этом случае Q_прих=Q_эл

Таким образом для конкретного случая ряд слагаемых в уравнении (1) может отсутствовать. Если учесть незначительность величин других составляющих приходной части баланса, то часто принимают

Q_прих= Q^р_р = Q^р_н

35. Тепловий баланс парогенератора. Витратні статті теплового балансу. Визначення q₂ і q₃. Фактори, які впливають на величину q₂ і q₃.

Тепловой баланс заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла называемым располагаемым теплом (Q^р_р) и суммой полезно используемого тепла Q₁ и величиной тепловых потерь Q₂,Q₃,Q₄,Q₅,Q₆,Q_7. На основании теплового баланса вычисляется кпд котлоагрегата и необходимый расход топлива. Баланс рассчитывается на1 кг или 1 м³ топлива для установившегося теплового состояния.

Общее уравнение баланса записывается в таком виде:

Q^р_р= Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄₊Q₅+Q₆+Q₇ (кДж/кг) (1)

Q₁- полезно используемое тепло;

Q₂- потери тепла с уходящими газами из котлоагрегата;

Q₃- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅- потери тепла агрегатом в окружающую среду;

Q₆- потери тепла с физической теплотой шлака;

Q₇- потери тепла на аккумуляцию котлоагрегатов при пусках;

Q^р_р- располагаемая теплота 1 кг (1 м³) топлива.

Расходные статьи

Если все слагаемые баланса выразить в относительных величинах, т.е. отнести к располагаемой теплоте и представить это в %, то уравнение (1) примет следующий вид:

q_і= Q_і/ Q^р_р*100

100=q₁₊ q₂₊ q₃₊ q₄₊ q₅₊ q₆₊ q_7;

При тепловом расчете котлоагрегат работающий на твердом топливе полезно используемую теплоту q₁ прямым путем определить нельзя, так как заранее неизвестен расход твердого топлива, поэтому при подсчете теплового баланса q₁ находят как остаточный член после определения всех потерь.

q₂ - потери тепла с уходящими газами. Они могут составлять до 15% теплоты топлива. Это основные тепловые потери в котлоагрегате.

q₃ - потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Они возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих (СО, Н₂, СН₄, СмНn). Что связано с неполным горением топлива в пределах топочной камеры. Их догорание в пароперегревателе или экономайзере становится невозможным из-за низкой температуры и нехватки О₂.

q₄ -потери теплоты от механического недожога топлива.

Состоят из 3 составляющих: 1. Потери с провалом топлива сквозь решетку.

2. потери с несгоревшим топливом в шлаке.

3. потери с унесенными несгоревшими частицами топлива золой.

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅ 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

6.25

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.

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

6.27

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, где Q^Р_Н выражено в МДж/кг). 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.

Определение q₂

Q₂= f(V₂⁰/Q_н^р,α_ух,t_ух);

V₂⁰/Q_н^р- это отношение характеризующее качество топлива, показывает относительный выход продуктов сгорания (при α=1) на 1 теплоты сгорания топлива и зависит от содержания балластных составляющих (W^р, A^р, N^р, CO₂^р, O₂^р). С увеличением балласта в топливе величина V₂⁰/Q_н^р увеличивается и растут потери тепла с уходящими газами. α_ух – зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и величины присосанного воздуха. α_ух = α_т+ Δα.

С уменьшением α_т потери тепла Q₂ снижаются, однако при этом возможно появление другой потери тепла- от химической неполноты сгорания топлива.

Факторы, влияющие на потерю теплоты с уходящими газами ( O₂ ).

1. температура уходящих газов

Для снижения υ_ух размещают дополнительные поверхности нагрева.

2.

В области низких температур, даже незначительное снижение υ_ух требует значительного количества поверхностей нагрева, поэтому оптимальную υ_ух определяют технико-экономическими расчетами.

С ростом υ_ух, растет J₂, а значит, снижается КПД, поэтому растет В, а значит и затраты на топливо.
Для снижения υ_ух, требуется увеличение Н_нагр, что требует денежных затрат.

1. Присос холодного воздуха
   

С ростом ∆α, растет объем и температура уходящих газов, соответственно возрастает их энтальпия, а значит, растет потеря с теплотой уходящих газов.

1. Влажность топлива.
   С ростом влажности, растет содержание воды в топливе, а значит, растет q₂.
2. Загрязнение поверхностей нагрева.
   С увеличением толщины загрязненного слоя снижается коэффициент теплопередачи k, снижается Q_отд, растет υ_ух = > растет q₂.
3. паропроизводительность котла.

С ростом D, растет Q_выд пропорционально D¹.

С ростом D, растет Q_отд пропорционально Dº^.6.

Меры борьбы с q₂:

1. чистота поверхностей нагрева;

устранение присосов.

Определение q₃

При сжигании топлива, кроме СО₂, Н₂О и SО₂ образуются СО, Н₂ и СН₄ сжигание которых за пределами топки невозможно в виду низких температур. Та теплота, которая выделилась бы при их сжигании, называется потерей от химического недожога.

q₃ для

1. природного газа равно 0, 1-1%;
2. слоевого сжигания газа 0, 5-5%;
3. факельного сжигания угольной пыли 0-0, 5%.

Факторы, влияющие на q₃:

1. коэффициент избытка воздуха α_Т. При α_Т < α_кр появляются зоны с недостатком окислителя = > образуются СО, Н₂ СН₄.
   Для природного газа и мазута α_кр = 1, 03, а для угольной пыли α_кр = 1, 15.

1. Температура в топке
   При υ_Г < 1000 снижается скорость реакции горения, растет содержание СО, Н_2, СН₄ и растет q₃. Если υ_Г > 2000 идет процесс диссоциации (продукты полного сгорания распадаются на более простые).

1. тепловые напряжение топочного объема
   
   q_V характеризует время пребывания топлива в топочной камере.
   q_V ~
   При q_V < 0,1 снижается В, при этом снижается υ_Г, соответственно снижается W_гор, а значит, растет q₃.
   А если q_V > 0,4, то растет В, а значит, растет v_Г, при этом растет W_Г, следовательно снижается τ_преб, поэтому растет q₃.
   
2. паропроизводительность котла.
   
3. скорость вторичного воздуха.
   При снижении скорости вторичного воздуха = > снижается скорость смесеобразования, а значит, растет СО, Н₂ и СН₄, соответственно растет q₃.
   

36. Тепловий баланс парогенератора. Витратні статті теплового балансу. Визначення q₄; q₅; q₆. Питомі витрати палива і вироблення пари.

Тепловой баланс заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла называемым располагаемым теплом (Q^р_р) и суммой полезно используемого тепла Q₁ и величиной тепловых потерь Q₂,Q₃,Q₄,Q₅,Q₆,Q_7. На основании теплового баланса вычисляется кпд котлоагрегата и необходимый расход топлива. Баланс рассчитывается на1 кг или 1 м³ топлива для установившегося теплового состояния.

Общее уравнение баланса записывается в таком виде:

Q^р_р= Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄₊Q₅+Q₆+Q₇ (кДж/кг) (1)

Q₁- полезно используемое тепло;

Q₂- потери тепла с уходящими газами из котлоагрегата;

Q₃- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅- потери тепла агрегатом в окружающую среду;

Q₆- потери тепла с физической теплотой шлака;

Q₇- потери тепла на аккумуляцию котлоагрегатов при пусках;

Q^р_р- располагаемая теплота 1 кг (1 м³) топлива.

Расходные статьи

Если все слагаемые баланса выразить в относительных величинах, т.е. отнести к располагаемой теплоте и представить это в %, то уравнение (1) примет следующий вид:

q_і= Q_і/ Q^р_р*100

100=q₁₊ q₂₊ q₃₊ q₄₊ q₅₊ q₆₊ q_7;

При тепловом расчете котлоагрегат работающий на твердом топливе полезно используемую теплоту q₁ прямым путем определить нельзя, так как заранее неизвестен расход твердого топлива, поэтому при подсчете теплового баланса q₁ находят как остаточный член после определения всех потерь.

q₂ - потери тепла с уходящими газами. Они могут составлять до 15% теплоты топлива. Это основные тепловые потери в котлоагрегате.

q₃ - потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Они возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих (СО, Н₂, СН₄, СмНn). Что связано с неполным горением топлива в пределах топочной камеры. Их догорание в пароперегревателе или экономайзере становится невозможным из-за низкой температуры и нехватки О₂.

q₄ -потери теплоты от механического недожога топлива.

Состоят из 3 составляющих: 1. Потери с провалом топлива сквозь решетку.

2. потери с несгоревшим топливом в шлаке.

3. потери с унесенными несгоревшими частицами топлива золой.

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅ 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

6.25

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.

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

6.27

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, где Q^Р_Н выражено в МДж/кг). 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.

Поиск по сайту: