Скачиваний:
43
Добавлен:
12.06.2014
Размер:
303.1 Кб
Скачать

максимальных нагрузках не должно превысить 1400 , иначе начнется разрушение кирпичной кладки топки, выполненной из огнеупоров. При снижении нагрузки не должна быть меньше 1200 °С, в противном случае начнется образование сажи и снижение КПД котлоагрегата. Образование сажи вызывает также загрязнение конвективных поверхностей нагрева (испарительной, экономайзера и воздухоподогревателя), что

ухудшает теплообмен в котлоагрегате и приводит к резкому ухудшению эффективности его эксплуатации, а также может стать причиной «сажевого пожара» в газоходе при остановке котлоагрегата.

4. Для определения предела изменения температуры газов за топкой необходимо найти её энтальпию () при . Затем при этом значении ординаты найти величину аргумента (). Из J-t- диаграммы видно, что при =1,4 =1030 °С, а при =1,8 =839 °С. Таким образом, для сохранения высокого КПД котлоагрегата необходимо постоянно следить за регулировкой подачи воздуха в топку, затем, чтобы она точно соответствовала подаче топлива и коэффициент избытка воздуха был минимальным (=1,05 – 1,15).

5. Предельно допустимая температура уходящих газов (tух) определяется, в основном, содержанием летучей серы в рабочей массе топлива (Sлр). В заданном топливе:

tухmin=130*(Sлр)0.2 =130*(0,4918)0,2 =113 0C

  1. Если в паровом котле на данном виде топлива и при номинальной нагрузке поддерживается температура tух=110-130 °С, то обычно считается, что потери тепла с уходящими газами (q2) минимальны. Однако анализ эксплуатации котла дает повод для сомнения.

Если αух=2,0, что нередко бывает при работе промышленных котлов и tух=113 0С, то при αух=1,25,то есть при оптимальных условиях, tух существенно повыситься до 174 0С.

Если tух=113°С при αух=1,25, тогда с повышением αух температура уходящих газов может снизиться до значений менее 100 0С, т.е. ниже точки росы. В этом случае будет происходить конденсация водяных паров, разрушение хвостовых поверхностей нагрева котлоагрегата сернокислотной коррозией и преждевременный выход его из эксплуатации. Поэтому поддержание tух=113 °С при минимальной величине αух=1,25 хотя и обеспечивает высокую эффективность котлоагрегата, но требует постоянного контроля коэффициента избытка воздуха. Поддержание минимальной tух при αух=2,0,т.е. при неконтролируемом расходе воздуха, существенно снижает КПД котлоагрегата.

  1. Проследить за изменением эффективности эксплуатации котла при различных коэффициентах избытка воздуха можно по величине потерь тепла с уходящими газами (q2).

.

При сжигании мазута потери тепла с химическим недожогом (q3) не превышает 0,5%, потери тепла с механическим недожогом и теплом шлаков (q4 и q6) принимаются равными 0, а потери тепла с теплообменом во внешнею среду оценивают в 2%. Таким образом, определяя изменение q2, самой большой потери тепла в котлоагрегате, можно оценить и изменение КПД-брутто парового котла. Однако, как показал расчет, q2 при различных α остается постоянной:

Причина в том, что при постоянной нагрузке котла числитель дроби остается постоянным при любом αух. И все- таки КПД котлоагрегата меняется при изменении α. Достаточно обеспечить температуру уходящих газов не выше 113 0С при αух=1,25 где .

Для этого необходимо следить за чистотой поверхности нагрева котла, регулярно проводить сажеобдувку, обеспечивать минимальный αух и поддерживать оптимальную нагрузку котлоагрегата. Таким образом при изменении αТ от 1,05 до 1,8 (αух=1,25-2,0) КПД котлоагрегата может меняться при обеспечении минимальной tух на ≈ 3%.

  1. Присосы воздуха в топке, газоходе, экономайзере и воздухоподогревателе существенно повышают αух и даже при неизменном коэффициенте воздуха в топке (αТ) существенно снижают температуры уходящих газов, что в конечном счете приводит к снижению эффективности котлоагрегата. Для оценки величины снижения КПД – брутто парового котла достаточно использовать результаты предыдущего задания. Снижение КПД котлоагрегата на 3 % происходит при повышении коэффициента избытка воздуха на 0,75. Отсюда видно, что при ∆α=0,1 ∆η = 3/7,5= 0,40%. При ∆α = 0,2 снижение КПД достигнет 2*0,40 = 0,80%. Именно такова величина суммарных присосов в газоходе и экономайзере. При плохой герметизации обмуровки котла присосы могут быть вдвое и даже втрое больше. Тогда снижение КПД котлоагрегата достигнет соответственно 1,60% и 2,40% при постоянном коэффициенте избытка воздуха в топке котла(αТ).

  1. Подогрев воздуха, подаваемого в топку согласно теории горения способствует созданию условий для более быстрого и полного сгорания топлива, особенно тогда, когда tа и t меньше допустимых. С точки зрения теплообмена увеличение температур газов в тракте котла позволяет передать на той же поверхности нагрева больше тепла, то есть увеличить нагрузку котла и, следовательно, обеспечить повышение КПД, эффективность котлоагрегата согласно нормативному методу /2/:

При подаче тепла горячего воздуха(Qгв):

, кДж/кг

Для выбранного примера при αТ=1,05 остальные характеристики:

кДж/кг; Jух=2156 кДж/кг tхв=30 0С кДж/кг

0С кДж/кг 0С кДж/кг 0С кДж/кг

КПД котла без подогрева воздуха:

КПД котла без подогрева воздуха до tгв=1300С:

КПД котла без подогрева воздуха до tгв=230 0С:

КПД котла без подогрева воздуха до tгв=330 0С:

Повышение КПД котлоагрегата при подогреве воздуха на

Получается, что при подогреве воздуха на 100 0С в среднем КПД котлоагрегата увеличивается на 0,18%. Это минимальный прирост его эффективности при оптимальных параметрах эксплуатации. Для «холодных топок» котлов небольшой производительности, подача горячего воздуха может дать прирост к КПД котлоагрегата на порядок выше.

10. Для повышения КПД-брутто котла можно порекомендовать следующие мероприятия, связанные с организацией оптимальных условия сжигания топлива:

  1. Поддержание минимально допустимого коэффициента избытка воздуха (αt = 1.05 - 1.15)

  2. Работа на режимах, обеспечивающих оптимальную температуру за топкой (tзт = 1200 – 1400 °С)

  3. Подача горячего воздуха при t, меньше допустимой

  4. Поддержание температуры уходящих газов на нижнем допустимом уровне при минимальных коэффициентах избытка воздуха

  5. Уменьшение присосов холодного воздуха через обмуровку газового тракта котлоагрегата

    1. Поддержание минимально допустимого коэффициента избытка воздуха (αt = 1.05 - 1.15)

Температура уходящих газов (tух) увеличивается при загрязнении поверхности нагрева снаружи сажей и при образовании накипи внутри. Количество газов зависит от избытка коэффициента воздуха (α) и возрастает вследствие его подсоса через неплотности в обмуровке. При этом α в уходящих газах постепенно увеличивается и становится больше чем в топке. Таким образом, если α≥ αопт приводит к увеличению потери q2.

Зависимость потерь тепла от коэффициента избытка воздуха.

Рис.4

1 – потери тепла с уходящими газами q2 и химическим недожогом q3;

2 – потери тепла с уходящими газами q2;

3 – потери тепла с химическим недожогом q3.

Зависимость потерь тепла от загрязнений поверхности: Q1 = k*H*Δt, где

k – коэффициент теплопередачи;

Н – площадь поверхности нагрева;

Δt – температурный напор.

Уравнение телового баланса: Q2 = φ*Bp*(J1 – J2), где

φ – коэффициент сохранения тепла;

Вр – расчетный расход топлива;

J1,J2 – энтальпия продуктов сгорания.

При увеличении α, Н и k не меняются, Δt снижается, а значит снижается Q1. Так как Q1 = Q2, то (J1 – J2) должна снизиться, но с увеличением α и J1=const, увеличивается J2, а значит и q2 тоже увеличивается. Для уменьшения q2 надо, чтобы производительность была больше номинальной, а для этого надо увеличить Вр. Если уменьшить α, то повысится содержание СО, содержащихся в продуктах горения, а значит будут потери тепла от химического недожога q3

    1. Обеспечение оптимальной температуры за топкой (tзт = 1200-1400 ˚С)

Скорость горения wг зависит от температуры. При относительно низкой температуре горения t = 1000-1200 °С скорость горения кинетическая. Если t уменьшится на 15-20°С, то wг уменьшится в 1,5-2 раза а значит топливо будет гореть в 2 раза дольше. Скорость диффузионного горения растет с увеличением относительной скорости газового потока w и уменьшением размеров частиц d. С увеличением t3T растёт экспоненциально пропорционально росту константы химической реакции к = к0 * eE/RT скорость горения и

переходит в диффузионную зону, где основное количество времени идёт на создание смесеобразования. При tзт < tопт резко снижается wг, что приводит к увеличению q2. чтобы этого избежать, необходимо увеличить tзт.

10.3 Влияние присосов воздуха котлоагрегата на его эффективность.

Присосы воздуха сильно снижают температуру в топке и газоходах котлоагрегата и увеличивают потери тепла q4, что снижает КПД-брутто. При суммарной величине присосов в экономайзере и газоходе Δα = 0,1 снижение КПД достигает 0,40 %. Чтобы не происходило снижение КПД при Δα = 0,2-0,3 необходимо свести к минимальному присосы воздуха через обмуровку котла.

Зависимость КПД-брутто от присосов

∆α=0,1 ∆η = 0,40%.

∆α=0,2 ∆η = 0,80%.

∆α=0,3 ∆η = 1,60%.

∆α

10.4 Влияние на КПД котлоагрегата горячего воздуха, подаваемого в топку

При подогреве воздуха, относительно холодного на 100, 200, 300 ˚С – КПД увеличивается в среднем на 0,18%. С точки зрения теплообмена увеличение температуры газов в тракте котла позволяет передать той же поверхности нагрева дольше тепла, т.е. увеличить нагрузку котла и, следовательно, обеспечить повышение КПД.

Зависимость КПД котлоагрегата от температуры горячего воздуха

Рис.6

Из графика, построенного по результатам расче6тов (рис.8) видно, что при увеличении на 300 , относительно холодного, КПД увеличивается до 95,17%

    1. Влияние загрязнений поверхности нагрева котла на его КПД

По уравнению теплового баланса Q = φ*Bp*(J1 – J2) определяется тепловосприятие Qт, а по уравнению теплопередачи Q = k*H*Δt – величина тепловосприятия поверхности нагрева Qσ. Точка пересечения на графиках Qт и Qσ будет Qном и tном;

Загрязнения уменьшают тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в топке и повышают температуру сгорания на выходе из топки, что может привести к нарушению нормального гидродинамического режима работы экранов и ширм. В результате повышения температуры уходящих газов, увеличиваются потери q2 и расход электроэнергии на тягу. Так же при уменьшении тепловосприятия уменьшается нагрузка котла (от Qном до Q’, Q’’, Q’’’), что ведет к снижению КПД.

Тепловое сопротивление наружного загрязнения поверхности нагрева δнн существенно снижает значение коэффициента теплопередачи к. влияние загрязнений конвективных поверхностей нагрева на теплопередачу количественно оценивается коэффициентом загрязнения ε=δнн. При сжигании твердого ε в поперечно омываемых пучках заметно уменьшается с увеличением скорости омывания и увеличивается с возрастанием диаметра труб.

По мере увеличения ε от 0,005 к уменьшается, а, следовательно, уменьшается величина тепловосприятия поверхности нагрева. Таким образом, Q уменьшается до Q’, и КПД уменьшается. чтобы Q = Qном, надо увеличить расход топлива. При увеличении температуры газов Q станет равно Qном, но придется считаться с уменьшением КПД на номинальной нагрузке

при ε = 0,005 м2*К/Вт Вт/м2

при ε = 0,01 м2*К/Вт Вт/м2

при ε = 0,02 м2*К/Вт Вт/м2

при ε = 0,03 м2*К/Вт Вт/м2

Зависимость количества теплоты от температуры

Рис.7.

КР.140101.65.04.000.ПЗ