10 Тепловой баланс и кпд котлагрегата

В процессе парообразования неизбежны потери, поэтому степень экономического совершенства котла характеризуется его коэффициентом полезного действия (КПД), для определения КПД составляют тепловой баланс, под которым понимают распределение выделившейся при горении теплоты на полезную часть для получения пара требуемых параметров а на тепловые потери. Располагаемая теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле

Здесь - располагаемая теплота 1 кг (или 1 м3) топлива, МДж/кг или МДж/м3; - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, МДж/кг пли МДж/м3; -теплота, внесенная в топку воздухом при подогреве его вне агрегата (например, в калориферах паром из отбора турбины), МДж/кг или МДж/м³; - физическая теплота топлива, получаемая при внешнем его подогреве, МДж/кг или МДж/м³ (например, при сжи­гании мазута и подогреве его до по­ступления в топку); - теплота, внесенная с паровым дутьем, МДж/кг (учитывается только при паровом распылении мазута); - теплота, затраченная на разложе­ние карбонатов, МДж/кг (учитывается при сжигании сланцев). Обычно располагаемая теплота равна низшей теплоте сгорания ( ). Такое количество теп­лоты могло бы быть выделено и использовано, если бы в котле не было потерь. Часть теплоты, кото­рая затрачивается на подогрев и испарение воды, а также на пере­грев пара, составляет использо­ванную теплоту. Часть распо­лагаемой теплоты, которая по ус­ловиям процесса не может быть использована, составляет тепло­вые потери. Запишем уравнение теплового баланса:

Для повышения доли исполь­зуемой в котле теплоты требуется сведение до минимума тепловых потерь, перечень которых приведен в табл. 4.2.

Связь между абсолютной л от­носительной величинами потерь теплоты выражается формулой

Используя относительные вели­чины потерь теплоты, уравнение теплового баланса можно записать:

11. Показатели тепловой экономичности паротурбинных электростанций

Основным показателем работы тепловой электрической станции являются затраты первичной энергии на единицу полу­ченной электрической энер­гии; в технической термоди­намике этот показатель трансформируется в КПД установки. В тех­нике часто пользуются также вели­чинами расхода условного топлива: на единицу произведенной электрической энергии- Так или иначе все эти показатели идентичны друг другу и математически связаны между собой простыми соотноше­ниями. По законам термодинамики пре­образование тепловой энергии в ме­ханическую даже в идеальной теп­ловой машине не может быть экви­валентным,. так как всегда имеют место потери части теплоты в «хо­лодном источнике»; кроме того, В общей технологической схеме преоб­разования энергии на любой элек­тростанции возникают дополнитель­ные потери в отдельных элементах электростанции - котле, турбине, трубопроводах, на привод механиз­мов собственных нужд электростан­ции и т. д. Таким образом, для опре­деления общей тепловой экономич­ности необходимо установить взаи­мосвязь этих величин и их влияние на результативные показатели. Рассмотрим такую взаимосвязь, выраженную в показателях тепло­вой экономичности, применительно к паротурбинной электростанции, ра­ботающей на органическом топливе. Для конденсационной электростанции баланс меж­ду затраченной энергией, получен­ной электроэнергией и энергетиче­скими потерями, складывается в следующем виде:

12.

ТЭЦ отпускает два вида энергии — электрическую и тепловую. По­этому для оценки качества работы ТЭЦ необходимо иметь также два показателя.Первым показателем является коэффициент полезного использования тепла топлива. Если у конденсационных ТЭС России он не превышает 40 %, то для ТЭЦ он может достигать 85 % (а 15 % составляют потери с уходящими газами энергетических и водогрейных котлов, с конденсацией той части пара, которая проходит в конденсатор, собственные нужды).Вторым показателем является выработка электроэнергии на тепловом потреблении  = N_э/Q_т. Ясно, что если, например, две ТЭЦ отпускают одинаковое количество тепла Q_т и имеют одинаковый коэффициент использования топлива, то из них лучше та, которая отпускает больше электроэнергии.Эти два показателя полностью характеризуют экономичность работы ТЭЦ. Однозначно не могут охарактеризовать преимущества и недостатки на рынке.суммарный расход топлива делится между видами продукции условно,процесс непрерывен и взаимозависим.

13.

Регулирование отпуска теплоты может осуществляться несколькими путями. Основной из них – посредством изменения давления в нижнем (при отключенном ВСП) или верхнем (при включенных ВСП и НСП) отборах за счет изменения степени открытия РД ЧНД. Регулирующая диафрагма при своем закрытии позволяет при увеличении тепловой нагрузки (за счет роста давления в регулируемом отборе) также уменьшить пропуск пара в конденсатор, что приводит к уменьшению потерь теплоты в холодном источнике и повышению за счет этого тепловой экономичности турбоустановки. Однако при полном закрытии РД расход пара в конденсатор нельзя уменьшить до нуля как в связи с конструкцией самой этой диафрагмы, так и для обеспечения вентиляционного пропуска пара в конденсатор, необходимого для отвода теплоты, выделяющейся ступенями ЧНД при работе в режиме потребления мощности (при малых пропусках пара). При прочих равных условиях прикрытие РД предопределяет рост давления в нижнем и верхнем отборах и увеличение отопительной нагрузки.

Изменение отопительной нагрузки может произойти и при фиксированной степени открытия РД по следующим причинам.Во-первых, это значительный рост давления в конденсаторе. Как правило, такой режим приводит к снижению надежности работы ступеней ЧНД, и режим при кПа при работе данной турбины является недопустимым. Для других теплофикационных турбин ограничение по давлению в конденсаторе еще ниже.Во-вторых, это увеличение расхода пара на турбину или через последние ступени ЦСД. Последнее возможно, если частично отключена система регенерации, прежде всего последние (по ходу питательной воды) подогреватели высокого давления или вся система ПВД.В-третьих, отопительная нагрузка и давление в отборах могут увеличиться при обводе части сетевой воды помимо ВСП или НСП. Это также может привести к росту отопительной нагрузки, но электрическая мощность турбины в случае постоянства расхода пара при этом обычно снижается, а потери теплоты в конденсаторе даже при полностью закрытой РД возрастают (в этом последнем режиме расход пара в конденсатор прямо пропорционален давлению в нижнем отборе). Кроме того, максимальная величина допустимого давления для регулируемого отбора ограничена.В-четвертых, отопительная нагрузка меняется при изменении расхода и температуры обратной сетевой воды, подаваемой на сетевые подогреватели.В-пятых, наконец, тепловая нагрузка меняется при включении или отключении по пару верхнего сетевого подогревателя при включенном нижнем (при полном отключении обоих подогревателей турбина переходит на конденсационный режим).

14.

Перенос теплоты может осуществляться 3 способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Перенос теплоты теплопроводностью происходит м/у непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Этот перенос зависит от физических свойств тела, от его геометр размеров, а также от разности температур м/у различными частями тела.

Конвекция происходит только в газах и жидкостях. Осуществл при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых ж-ти или газа. Конвекционный перенос теплоты зависит от ск-ти течения ж-ти или газа. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью наз конвективным теплообменом, он может быть вынужденным и свободным. Если движение раб тела вызвано искусственно, то вынужденный; если движение раб тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей ж-ти от нагревания, то свободный.

Процесс передачи теплоты излучением происходит в 3 стадии: превращение части внутр энергии одного из тел в энергию электромаг волн, распространение волн в пр-ве, поглощение энергии излучения другим телом.

Тепловым потоком или мощностью теплового потока наз кол-во теплоты переносимое в единицу времени чере произвольную пов-ть.

Град т-ры есть вектор, направленный по нормали к изотермической пов-ти в сторону возрастания температуры и численно равный частной производной от температуры по этому направлению.

Отношение кол-ва теплоты , проходящего через заданную поверзность, ко времени называют тепловым потоком. Тепловой поток обозначают Qф и выражают в ваттах. отношение теплового потока к площади пов-ти наз поверхностной плотностью теплового потока(или вектором плотности тепл потока), обозначают q и выражают в Вт/м².

Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к изотермической пов-ти в сторону убывания темп.

16.

Процесс теплообмена м/у пов-ю ТВ тела и жидкостью наз теплоотачей(конвекцией), п пов-ть тела,чере которую переносится теплота-пов-ю теплообмена или теплоотдающей поверхностью.

З-н ньютона-рихмана: тепловой поток в процессе теплоотдачи пропорционален площади поверхности теплообмена и раности температур поверхности и жидкости.коэф пропорциональности альфа наз коэф теплоотдачи(Вт/м2К). он характеризует интенсивность процесса теплоотдачи.

Частицы соприкасающиеся с пов-ю адсорбируются к ней.соприкасаясь с неподв слоем у повти силами вязкости тормозятся и более удаленные слои, поэтому ск-ть их течения меньше чем у набегающего потока. Зона потока в кот за счет взаимод-я с повю w<wж, наз гидродин погр слоем. За толщину гидр слоя приним рассояние от повти на кот w=0,99wж.на начальном слое слой очень тонок и течение в нем ламинарн-струйки жидк движ парал неперемешиваясью при удалении погр слой растет.в погр слое нач появляться вихри.перех зона, Турб зона.

Ламинарным наз движение ж-ти, в котором ж-ть движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. При турбулентном движении происходит перемешивание всех слоев ж-ти. Характер движении ж-ти в круглой трубе определяется числом Рейнольдса.

Число Рейнольдса величина безразмерная.

Физ св-ва ж-тей.

На теплообмен оказывают влияние следующие величины: теплопроводность, удельная теплоемкость, плотность, температуропроводность и динамическая вязкость. Чем больше вязкость тем меньше текучесть ж-ти.

Тонкий слой ж-ти вблизи пов-ти телаа, в котором происходит изменение ск-ти ж-ти от значении ск-ти невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке , наз динамическим пограничным слоем. Толщина этого слоя возрастает вдоль по потоку. С увеличением ск-ти потока толщина динамического пограничного слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. С увеличением вязкости толщина слоя увеличивается.

Если температура стенки и жидкости неодинаковы, то вблизи сстенкки образуется тепловой пограничный слой, в кот происходит все изменение температуры ж-ти. Соотношение толщин теплового и динамического слоев определяется число Прандтля.

Для вязких ж-тей с низкой теплопроводностью число>1 и толщина дин слоя больше толщины теплового. Для газов число приблизительно=1 и толщины слоев приблизительно одинаковы. Для жидких металлов число меньше 1 и тепловой слой проникает в область динамического невозмещенного потока. Е сли движение внутри тепл слоя ламинарное, то теплота передается теплопроводностью. У внеш границы слоя, где темп по нормали к стенке меняется незначителььно, преобладает перенос теплоты конвекцией вдоль стенки. притурбулентном течении в тепл слое перенос теплоты обусловлен турбулентным перемешиванием ж-ти. Интенсивность теплообмена м/у ж-тью и стенкой зависит от температуры.

17.

Т п- учение о подобных явлениях. Условием подобия физических величин является пропорциональность начений этих величин в сходственных точках.

Теория подобия позволяет делать из диф ур-ий и из условий однозначности существенные выводы , не прибегая к интегрированию, т.е. дает базу для оптимальной постановки опытов и наиболее одекватной обработке эксперим данных.

Группа явлений – сов-ть процессов, кот описываются одинак по форме и содержанию диф уравнениями и условиями однозначности. Критериальное Ур-е будет справедливо для всех процессов группы. Явления, кот входят в группу, наз подобными.

В основе теор подобия 3 теоремы:

1.(т.ньютона)подобные явления имеют равные числа подобия(временные, гидродинамические,тепловые).

2.(т.Букингема)решение системы диф Ур-й м б представлено как функция чисел подобия.

3.т.Кирпичева-гухмана: подобны те явления, у кот условия однозначности подобны и определяющие числа подобия равны.

Для явлений заданной группы выделяют безразмерные комплексы величин,кот у подобных явлений будут иметь численно одинаковые значения. При исследовании теплоотдачи используют 5 чисел подобия:

1) число Нуссельта-безразмерный коэф теплоотдачи,выражающий отношение термического сопротивления теплопроводности слоя жидкости толщиной л к термическому сопротивлению теплоотдачи;альфа-коэф температуропроводности, лямбда-к теплопроводности.

2) число Рейнольдса-выражает отношение сил скоростного напора к силам вязкого трения;

3) число Прандля-характеризует теплофизические св-ва вещества;

4) число Грасгофа;(ха-ет отношение подъемной силы к силам вязкости)бета-к обьемного расш воздуха.

5) число Эйлера-хар-ет отношение перепада давлений к скоростному напору.

Общий вид безразмерной зависимости.

18.

в поверхностных теплообменниках,широко применяемых в энергетических установках, теплота от греющей среды передается обогреваемой среде чере стенку.этот процесс наз теплопередачей.

Вначале теплота передается от горячго теплоносителя к одной из поверхностей стенки пуьем конвективного теплообмена,кот-й может сопровождаться узлучением.интенсивность теплоотдачи характеризуется коэф теплоотдачи альфа.

Затем теплота теплопроводностью переносится от одной стенки к др.термическое сопротивление теплопроводности Р.

И теплота опять путем конвективного теплообмена передается от поверхности стенки к холодной жидкости.

К-(Вт/м2К) коэф теплопередачи –численно равен количеству теплоты, переданной от одной греющей среды к другой через стенку поверхностью 1м2 при разности температур между средами 1С.

19.

Теплообменные аппараты-теплообменное устройство предназначенное либо для передачи теплоты от одного теплоносителя другому,либо для смешивания потоков теплоносителей, имеющих разную температуру,разделение рабочего тела на теплоносители в объеме аппарата.

Устр-во, предназнач для передачи теплоты теплоносителю. Теплоносители бывают нагреваемые и греющие.

4 типа теплообменников:

1) смесительные(смешивающие или разделяющие-получают разные вещества или разные агрегатные состояния): подогрев нагреваемой среды происходит при непосредственном контакте с греющим агентом(деаэраторы(удаление газов), просто смешивающие подогреватели, расширители-для разделения потоков).

2) рекуперативные(поверхностные): передача теплоты происходит через стенку( сетевые подогреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели).

3) регенеративные - одна и та же поверхность нагрева омывается поочередно то греющим, то нагреваемым теплоносителем.При этом тепло, аккумулированное стенками аппарата при охлаждении греющего носителя, отдается нагреваемому теплоносителю(регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, которые применяются для подогрева воздуха отходящими дымовыми газами).

4) с промеж теплоносителем-возможна хим реакция м/у теплоносителями.

Уравнение теплового баланса. Изменение энтальпии теплоносителя вследствие теплообмена определяется соотношением dQ=Gdh, - где G — расход массы, кг/с; h — удельная энтальпия, Дж/кг; dQ измеряется в Дж/с или Вт.

Уравнение теплопередачи. Чаще всего для определения поверхности теплообмена используют следующее уравнение:Q=КDtF, где k — коэффициент теплопередачи; Dt-соответственно температуры первичного и вторичного теплоносителей; F — площадь поверхности теплопередачи.

20.

2типа:

Конструктивный расчет-основной:

Задаются исх параметры:

а) нач и конеч т-ры обоих теплоносителей;

б) схема движения теплоносителей;

в) уд теплоемкости теплоносителей;

г) расход одного из теплоносителей.

Задача расчета:

а) определить пов-ть теплообмена F;

б) опр-ть осн конструктивные размеры, а именно: проходное сечение, кол-во трубок и их диаметр, длина аппарата.

Порядок проведения расчета:

1) (КПД аппарата чаще 1)из ур-я теплового баланса определяют тепловой поток Q, кот нада передать теплоносителю;

2)определяют расход теплоносителя, который не был задан, либо температуру.

3) пользуясь справочником задают ск-ти течения теплоносителей и диаметры трубок, после чего рассчитывают проходное сечение для каждого теплоносителя;

4) рассчитывают по соотв критериальным Ур-ям( справочник) коэф-ты теплоотдачи греющий и нагреваемый. определяют коэффициент теплопередачи k;

5) определяют значение среднелогарифмического напора ;

6) находим F;

7) зная сечение, а также диаметры и кол-во трубок определяют длину аппарата.

Второй тип: поверочный-осуществляют как конструктивный для заданной конструкции принимая одну из температур как неизвестную(последовательное приближение).чный-осуществляют как конструктивный для залн, либо температуру.ые состоянияв объеме аппарата.о для смешивания потоков т

При рассмотрении теплообменных аппаратов с непрерывно изменяющейся температурой теплоносителей следует различать аппараты:

1) прямого тока; 2) противоточные; 3) перекрестного тока; 4) со сложным направлением движения теплоносителей (смешанного тока).

Средний температурный напор.

Если усреднение температурного напора проводится по всей поверхности теплообмена

Формула может быть использована как при прямотоке, так и при противотоке.

Полученная средняя разность температур называется среднелогарифмическим температурным напором. Формула справедлива для простейших схем аппаратов при условии постоянства массового расхода теплоносителей и коэффициента теплоотдачи вдоль всей поверхности теплообмена.

21.

Паровые и газовые турбины – это тепл двигатели, в кот кинетическая энергия потока пара или газа, имеющего высокие давление и темп, преобразуется в мех эн-ю вращения ротора. Преобр-е энергии происходит последовательно по ступеням, причем каждая ступень состоит из двух элементов :

а) неподвижные отн-но земли сопловые каналы, кот образуются кольцевыми сопловыми лопатками. Совокупность сопловых лопаток наз сопловой решеткой;

б) вращающиеся вместе с валом рабочие решетки, кот образованы рабочими лопатками, закрепленными по окр-ти дисков, связанных с валом турбины или установлены в пазах ротора барабанной конструкции. В криволинейных каналах, образованных лопатками рабочего колеса под воздействием поворота раб тела и изменения его скорости возникают усилия, кот приводят рабочее колесо вместе со всем ротором во вращение с частотой , определяемой моментом сопротивления нагрузки. Если нагрузкой является синхронный Эл генератор, то такая турбина наз энергетической, предназначена для выработки электроэнергии. Быстроходные (п=50, одна пара полюсов), тихоходные( п=25, две пары полюсов). Ротором наз вращ часть турбины, кот включает вал, диски, раб колеса и вспомог детали. Проточной частью турбины наз совокупность ступеней турбины. (ЦВД, ЦСД, ЦНД)

Если преобр-е потенц энергии раб тела в кинетич происходит в сопловых решетках, то такую ступень наз активной. Если преобр происходит в равной доле как в сопл решетках так и в раб решетках, то такую ступень наз реактивной.

Классификация паровых турбин.

По хар-ру тепловых процессов подразделяются:

а) конденсационные- отработавший пар при давлении ниже атмосферного направляется в конденсатор и выделяющаяся при конденсации теплота полностью теряется;

б) теплофикационные- предназначены для выработки электроэнергии и тепла. Они делятся на турбины с противодавлением(отработавший пар используется для технологических целей) и т-ны с регулируемыми отборами пара.

По цели использования:-энергетические(служат для привода электрического генератора с постоянной частотой вращения и отпуска итеплоты);-промышленные(предназначены для обеспечения паром различных видов технологических процессов м Метлург,хим пром-ти, про-во электроэнергии не основная задача. Чаще работают на маломощную индивидуальную электрическую сеть);-вспомогательные(служ для обеспечения технологического процесса производства Эл энергии. Напр для привода питательных насосов,воздуходувок котла).

По начальн параметрам пара:Низкого, среднего, высокого, сверхвысокого,сверхкритич давления.

По числу часов использования в году:Базовые(>5000ч в году-сам мощные и совр конденсац турб),полупиковые(остан на ночь на вых праздники, когда уменьш потребл Эл эн),пиковые(<2000ч для покрытия утренних и вечерних пиков нагрузки).

По конструктивным особ:одноцилиндровые(все ступени в одном цилиндре)и многоцил(нескко корпусов), одновальные(роторы всех цил-в соед м/у собой муфтами и имеют один генератор)и двухвальные(им 2 генератора).

Спец маркировка указыв тип и назнач турбины:

К-конденсационная; Т-теплофикационная турбина с регул теплофикац отбором пара и конденсационным потоком пара; П- теплофикационная турбина с регулируемым промышленным отбором пара; ПТ-теплофик Турб с промышл и теплофик регулируемыми отборами и пропуском пара в конденсатор; Р-с противодавлением; ПР- с противодавл и промышл отбором пара. Перв число:номин мощность турбины в МВт,макс м б указана ч-з /. След:номинальн давл пара перед турбиной в кгс/см2.далее м б Модификация заводская.