Расходная часть теплового баланса

Q₁ – полезно используемая теплота.Полное количество полезно использованной теплоты для производства водяного пара расходуется на подогрев, испарение воды и перегрев пара.Полезная теплота определяется по формуле:Q₁ = (h_п.п. - h_п.в.) + ^нас (h_н.п. – h_п.в.) + ^пр(h^I – h_п.в.)Если есть расход пара или воды на другие нужды котла, то они тоже добавляются к полезной теплоте. Тепловые потери Q₂ – потери теплоты с уходящими газами. Это наибольшие потери теплоты в котлоагрегате они составляют 5 – 10 % и являются следствием того, что температура уходящих газов выше температуры окружающей среды.Q₂ = (Н_ух – Н_х.в.)(1 - ⁴)Н_ух – энтальпия уходящих газов:Н_ух = α_ухL₀с_псt_ух, где с_пс – теплоемкость продуктов сгорания.Н_хв – энтальпия холодного воздуха:Н_хв = α _тL₀с_вt_хв, где α _т – коэффициент избытка воздуха в топке.1 - ⁴ – поправка, учитывающая уменьшение количества продуктов сгорания из–за физической неполноты сгорания топлива.С понижением температуры уходящих газов на 12-15⁰С потери теплоты уменьшаются на 1⁰С.Пути снижения температуры уходящих газов: 1) уменьшение α_т и α_ух, то есть совершенствование процесса горения и ликвидация присосов холодного воздуха, 2) увеличение хвостовых поверхностей теплообмена (экономайзер и воздухоподогреватель).Предельно минимальная температура уходящих газов определяется условием предотвращения возможности низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей нагрева, и зависят от содержания окислов серы в уходящих газах. Поэтому обычно температура уходящих газов составляет 110…170⁰С. Кроме того уменьшение коэффициента избытка воздуха в топке α _т приводит к увеличению потерь от химической неполноты сгорания Q₃, поэтому оптимальное α _т определяется из условия минимума q₂+q₃.Оптимальный коэффициент избытка воздуха в уходящих газах и оптимальная температура уходящих газов определяются из условия минимума приведенных затрат.

При увеличении t_ух возрастает удельный расход топлива, так как снижается КПД котла, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат, при этом увеличение t_ух позволяет уменьшить поверхности нагрева котла, его габариты, тем самым снижая капитальные затраты.В процессе эксплуатации котла, поверхности нагрева загрязняются, что приводит к ухудшению условий теплообмена и соответственно к увеличению величины Q₂. Таким образом, для обеспечения паспортного КПД котла необходимо проводить систематическую очистку поверхностей нагрева.

Q₃ – потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных веществ: CO, Н₂, С_mH_n. Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть: 1) общий или местный недостаток воздуха, 2) плохое перемешивание топлива и воздуха, 3) малые размеры топки, 4) низкая температура в топочной камере, 5) слишком высокая температура, что может привести к диссоциации продуктов сгорания.Величина Q₃ сильно зависит от значения α (смотри предыдущую диаграмму), так же Q₃ зависит от расхода топлива (от нагрузки котла).

I – зона малого расхода топлива и низкой температуры в топкеII – оптимальная зонаIII – зона большого расхода топлива и нехватки объема топки В основе расчета Q₃ лежит уравнение:Q₃ = Q_COV_CO+ Q_H2V_H2+Q_CH4V_CH4+…V_i - объем горючего газа в продуктах сгорания;Q_i – теплота сгорания горючего газа.При определении неполноты сгорания и разработке мероприятий по снижению величины Q₃ следует иметь в виду, что в продуктах сгорания в первую очередь появляется СО, это наиболее трудносжигаемый компонент среди возможных продуктов неполноты сгорания. Затем появляется Н₂ и другие газы. Если в продуктах сгорания отсутствует СО₂, то нет и других горючих газов и величина Q₃=0. Q₄ – потери от физической неполноты сгорания. Q₄=Q₄^пр +Q₄^шл +Q₄^унQ₄^пр – потери тепла с провалом через холостниковые решетки;Q₄^шл – потери тепла со шлаком;Q₄^ун – потери тепла с уносом топлива с продуктами сгорания.Эти потери характерны для твердого топлива и могут достигать для промышленных котельных 10…12%. Для газообразного и жидкого топлива Q₄=0. При проектировании величину Q₄ выбирают из справочной литературы в зависимости от вида топлива и месторождения. При эксплуатации Q₄ определяется путем анализа шлака и провала.Количество уноса определяется из золового баланса: А^р – (пр+шл), где А^р – зольность топлива.

Q₅ – потери от наружного охлаждения. Возникают вследствие разности температур наружной поверхности и окружающей среды. Зависят от паропроизводительности агрегата.

1 – собственно котел;2 – котел вместе с хвостовыми поверхностями.Потери на наружное охлаждение пропорциональны площади наружной поверхности котла. Так как паропроизводительность котла, которая пропорциональна объему топочного пространства, возрастает примерно в 1.5 раза быстрее, чем площадь наружной поверхности, то соответственно потери на наружное охлаждение с увеличением паропроизводительности будут уменьшаться. При проектировании Q₅ определяется из справочников при номинальной паропроизводительности котла. Если фактическая паропроизводительность отличается от номинальной, то q₅= q_5н ^нQ₆ – потери с физической теплотой шлаков. Потери Q₆ возникают при удалении из топочной камеры шлаков имеющих высокую температуру. Эти потери характерны для топок с жидким удалением шлаков.Q₆ = а_шл с_зл t_ш ^ра_шл – доля золы топлива в шлаке;с_зл – средняя теплоемкость золы;t_ш – температура шлака.Q₆ значительна для высокосернистых топлив и с высокой зольностью. Величина Q₆ составляет 1 – 5%. При зольности менее 10% в котлах с камерными топками Q₆ < 0.2% и в тепловом балансе не учитывается.

Теплообмен в элементах котла. Интенсивность теплообмена в элементах котла зависит от соотношения радиационного и конвективного теплообмена. Это соотношение по ходу газов уменьшается,то есть уменьшается влияние радиационного и увеличивается влияние конвективного теплообмена. К экранным трубам, расположенным в области высоких температур перенос тепла радиацией составляет более 90%.В ширмовых поверхностях нагрева, расположенных на входе из топки,тепловосприятие за счет радиации составляет от 60% до 70%. Далее по мере снижения температуры газов отношение доли теплоты, передаваемой конвекцией увеличивается и составляет пароперегревателе 70-80%, а в воздухоподогревателе более95%.По определяющему способу передачи теплоты принято условно разделять поверхности нагрева на: радиационные полурадиационные и конвективные.К радиационным относятся – экраны, фестоны, и ступени пароперегревателя, расположенные в топке.К полурадиационным относятся - ширмовые поверхности и испарительные поверхности нагрева, расположенные за топкой.К конвективным поверхностям относятся поверхности пароперегревателя, расположенные за топкой, экономайзер и воздухоподогреватель

Теплообмен в топке. Цель расчета: определение температур продуктов сгорания на выходе из топки, заданной конструкции или определения площадей тепловоспринимающих поверхностей нагрева, при которых обеспечивается заданная температура в конце топки.В топке одновременно происходят процессы горения и сложный радиационно-конвективный теплообмен.В общем, виде тепловосприятие поверхностей нагрева определяется из уравнения теплообмена, которое исходя из закона Стефана-Больцмана может быть представлена в виде: Q¢л= ;Q¢л- тепловосприятие поверхностей нагрева, кВта_т- средняя степень черноты в топке;c₀- коэффициент излучения абсолютно черного тела;c₀=5.67´10^-8Вт/м²´К⁴;ψэ- коэффициент эффективности поверхности нагрева;Fст- площадь стен, ограничивающих топку, м²;Ҭ-средняя температура сгорания в топке;Тст - средняя температура поверхности нагрева;С другой стороны Q¢л может быть найдено из теплового баланса Q¢л =φВ_р(Q_т -H_т^΄΄);j - коэффициент сохранения теплоты топкой, учитывает потери в окружающую среду В_{р –} расчетный расход топлива;Q_{т –} полезные тепловыделения в топке;H_т^΄΄ - энтальпия продуктов сгорания ;Значение разности (Q_т -H_т^΄΄), считая неизменным объем продуктов сгорания и их теплоемкости,можно найти по формуле Q_т -H_т^΄΄=(V_псС_пс)_ср (Т_а-Т_т^’’);V_пс – объем продуктов сгорания;С_пс – теплоемкость продуктов сгорания;Т_а - адиабатная температура горения;Т_т^’’ – температура продуктов сгорания на выходе из топки;Приравнивая Q¢л из теплового баланса и теплообмена в топке, получаем φВ_р(V_псС_пс)_ср Т_а(1- Т_т^’’ / Т_а )= а_т c₀ j Fст Т^-410^-3[1-(Т_ст / Т)⁴] После преобразования эту формулу можно представить _т^’’= В_о^0.6 /Мam^0.6 - В_о^0.6;В_о=jВ_р(V_псС_пс)_ср/ c₀ ψэFстТ_а³; _т^’’= Т_т^’’ / Т_а –безразмерная температура на выходе из топки;М – параметр, характеризующий температурное поле в топке и зависящий от относительного положения зоны максимальных температур топки;В развернутом виде эта формула записывается:Для определения температуры на выходе из топкиJ^’’_т= Т_т^’’-273=Т_а/М[(5.67ψFстam Т_а³/10⁸jВ_р(V_псС_пс)_ср)^0.6₊1]-273;2.При определении площади поверхности стен топочной камерыFст= В_рQ_л/5.67´10^-8 amψ_ср М Т_а³´Ö1/ М²(Т_а/ Т_т^’’ –1)²;Q_л=(Q_т -H_т^΄΄)j;Определение величин входящих в эти формулы производится по методике приведенной в нормативном методе расчета котла.

Порядок расчёта топки. Определение геометрических характеристик топки. При поверочном расчёте топки по чертежам необходимо определить:объёмы топочной камеры;степень её экранирования;площадь поверхности стен;площадь лучевоспринимающей поверхности;конструктивные характеристики труб, экранов (диаметр, шаг, взаимное расположение и т. д.).Для определения геометрических характеристик топки составляют её эскиз. Активный объём топочной камеры складывается из объёма верхней, средней призматической и нижней частей топки. Для определения активного объёма топки её разбивают на ряд элементарных геометрических фигур, охватывающих весь её объём. При этом верхняя часть объёма топки ограничивается топочным перекрытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвективной поверхности нагрева. Таким образом, при определении объёма в верхней части топки за его границы принимают потолочные перекрытия и плоскость, проходящую через ось первого ряда труб фестона или конвективные поверхности нагрева в выходном окне топки.Границами средней призматической части объёма топки являются осевые плоскости экранных труб или стены топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой. Соответственно, за границы нижней части принимаются под или условная горизонтальная плоскость, проходящая по середине холодной воронки.Площадь поверхности стен топки F_ст вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объём топочной камеры в соответствии с вышеприведёнными условиями.Определение расчётного расхода топлива.B_р=B(1-q_н/100) – для твёрдого топлива.B_р=B – для жидкого и газообразного топлива.B – расход топлива, определённый по уравнению теплового баланса котла.Определение количества теплоты, выделяемого в топке за счёт излучения: Q_л= φ[V_псc_псν_а - V_псc_псν_т^'']; Q_т= V_псc_псν_а; H_т^''= V_псc_псν_т^''.Расчёт коэффициента сохранения теплоты φ= 1-q₅/(η_бр+ q₅).Полезные тепловыделения в топке: Q_т= Q_р^р(100-q₃-q₄-q₆)/(100-q₄)+Q_в-Q_фв Q_в – теплота, вносимая в топку с воздухом и присосами.Q_фв – теплота воздуха, подогретого вне котла.Q_в= (α_т-Δα_т-Δα_пл)H⁰_гв+(α_т+Δα_пл)H⁰_хв α_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки. Δα_т – присосы воздуха в топку. Δα_пл – присосы воздуха в систему переприготовления. H⁰_гв, H⁰_хв – энтальпия горячего (холодного) воздуха.Энтальпия продуктов сгорания на входе H_т^'' из топки. Определяется по Ht – диаграмме продуктов сгорания при заданном α_т и температуре на выходе t_т^'' из топки.Определяется коэффициент тепловой эффективности экрана φ_ср. Этот коэффициент вводится для оценки влияния на теплообмен, труб экранов слоя отложений продуктов сгорания. Падающий тепловой поток частично поглощается, а частично отражается трубами экранов. Отражённый тепловой поток называется эффективным. Он состоит из собственного излучения слоя отложений и отражённого потока.q_эф= q_с+q_отр.В зависимости от вида топлива и конструкции экранов эффективный поток составляет от 35 до 90 процентов велечины падающего потока. Разность между величиной падающего и отражённого потока называют воспринятым тепловым потоком. q_л= q_п-q_эф.В свою очередь коэффициент тепловой эффективности экрана является отношением воспринятого потока к падающему. Ψ= q_л/q_п.Величина Ψ рассчитывается по формуле Ψ= ζx. ζ- коэффициент, учитывающий наличие отложений, который принимается по таблице в зависимости от вида топки и от вида топлива;x – угловой коэффициент экрана. Он показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел.

S – шаг труб экранов;

d – диаметр труб;e – расстояние до обмуровки.Если экраны имеют разный угловой коэффициент или ими покрыта только часть стен топки, то средний коэффициент тепловой эффективности рассчитывается по формуле: Ψ_ср= ∑ Ψ_iF_стi/F_ст.То есть суммирование ведётся по участкам, в пределах которых Ψ= const. Для неэкранированных участков стен (горелки, лазы, лючки, гляделки) коэффициент Ψ= 0. Средняя полная теплоёмкость продуктов сгорания: (V_псc_пс)_ср= (Q_т-H_т'')/(T_а-T_т^'').Параметр M. Этот параметр учитывает положение максимальных температур (ядра факела) по высоте топки: M= A-Bx_т.A и B – коэффициенты, зависящие от вида топлива и способа сжигания. При сжигании газа и мазута в камерных топки коэффициент M рассчитывается по формуле: M= 0,54-0,2x_т.При подовом расположении горелок, M=0,4. Независимо от величины x_т – относительного положения максимума температур, для камерных топок M принимается не более 0,5. Относительное положение максимума температуры практически совпадает с уровнем расположения горелок. Поэтому x_т рассчитывают по формуле: x_т= h_г/H_т, где h_г – высота размещения горелок, определяемая от пода или от середины холодной воронки до оси горелок; H_т – расчётная высота заполняющего топку факела, определяемое как расстояние от пода или от середины холодной воронки до середины выходного окна топки.Степень черноты топки: a_т. Определяется для камерных топок при сжигании газа и жидкого топлива по формуле: a_т= a_ф/(a_ф+(1- a_ф)φ_ср); a_ф – степень черноты факела. Для жидкого и газообразного топлива a_ф= a_свm(1-m)a_г.m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненной светящейся частью факела. Он принимается по таблице в зависимости от вида топлива или теплонапряжения топочного объёма: q_v= B_рQ_р^р/V_т.V_т - объём топки; a_св – степень черноты светящейся части факела; a_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов; a_св= 1-e^-(k_г^r_п^+k_с^)pS; a_г= 1-e^-k_г^r_п^pS;k_г, k_с – коэффициенты ослабления лучей трёхатомными газами и сажестыми частицами;r_п – суммарная доля трёхатомных газов;p – давление в топочной камере;S – эффективная толщина излучающего слоя в топке;S= 3,6 V_т/F_ст.

Поиск по сайту: