и с учетом зависимости q5	=	Q5100	получить q5QHP B ≈ q5'			QHP B' , откуда
			QHP
				q5'	q5 B		(4.22)
					B'

Таким образом, относительные значения тепловой потери в окружающую среду будут изменяться примерно обратно пропорционально расходу топлива (нагрузке котла). Из формулы (4.22) с учетом опытных данных могут быть получены более точные зависимости

	q5' = 0,5q5 (1+	DK	(4.23)
		DK'
	или

q5' = 0,5q5 (1+ BB')

где: q5, DK, B - соответственно потеря теплоты в окружающую среду, паропроизводительносгь и расход топлива при нормальной нагрузке котла;

q’, DK’, B’ - те же величины при измененной нагрузке котла.

Тепловые потери в окружающую среду в условиях эксплуатации могут увеличиваться вследствие пропусков воды и пара арматурой. Увлажнение изоляции совершенно недопустимо, так как это вызывает ее разрушение и увеличивает тепловую потерю q5.

Распределение общей потери теплоты в окружающую среду по отдельным элементам (топка Q5T , парообразующие трубы Q5KP , пароперегреватель Q5ПЕР , экономайзер Q5BP и воздухоподогрева-

тель Q5ВП ) не влияет на точность теплового расчета, а лишь усложняет его, поэтому тепловые

потери от наружного охлаждения для упрощения расчетов принимают пропорциональными тепловосприятиям поверхностей нагрева. Это, кроме того, позволяет учитывать тепловую потерю q5 введением в уравнение теплового баланса по газовому тракту каждого элемента одинакового множителя - так называемого коэффициента сохранения теплоты.

	ϕ =1−		q5	(4.24)
		100

где: q5 – потеря теплоты в окружающую среду через наружные стенки всего котла в целом.

Итак, с учетом изложенного (см. пп. 4.1, 4.2) тепловой баланс главного котла с газовым подогревом воздуха можно для наглядности представить в виде схемы (рис. 4.3), на которой, кроме известных, имеются обозначения:

- энтальпии газов теоретическая Ia, на выходе из топки IЗТ, на выходе из парообразующего пучка труб I”КП, пароперегревателя I”ЗП, водяного экономайзера IВЭ и воздухоподогревателя I”ВП =

IУХ.

- полезно использованная теплота в экранных поверхностях нагрева QПР конвективном парообразующем пучке труб QКП, пароперегревателе QПЕР, и экономайзере QВЭ.

4.3. УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА УТИЛИЗАЦИОННОГО КОТЛА

Для утилизационных котлов уравнения теплового баланса могут быть составлены с использованием зависимостей, которые выведены для главных и вспомогательных котлов. Можно также применить основное уравнение (4.1), в котором будет равно количеству теплоты от газов, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива в дизеле или газовой турбине, т.е

QПОД = I1c

(4.25)

где I1 - энтальпия газов при входе в утилизационный котел (рис. 4.4); c ≤ 1 - коэффициент, учитывающий протечки или перепуск газов помимо утилизационного котла через специальное

газоперепускное устройство. Уравнение прямого теплового баланса утилизационного котла составляют также для пароводяного тракта.

Рис. 4.3. Содержание уравнения теплового баланса котла с газовым воздухоподогревателем..

На рис. 4.4 приведена одна из схем утилизационного котла дизельной установки с паровым турбогенератором. Особенность этой схемы состоит в том, что циркулирующая вода забирается насосом 4 из сепаратора 5 и попадает в экономайзер 1, который включен последовательно с парообразующей поверхностью 2. Насыщенный пар из сепаратора направляется в пароперегреватель 3 и трубопровод 6 к вспомогательным потребителям.

Рис. 4.4. Принципиальная схема утилизационного котла

сэкономайзером, включенным последовательно

спарообразующей поверхностью (к расчету теплового баланса).

Полезно использованное количество теплоты в пароводяном тракте в соответствии с принятыми на схеме обозначениями можно записать в форме, аналогичной формуле (4.9):

Q1 =	DПЕР	(iПЕР −iПВ )+	DH	(ix −iПВ )	(4.26)
	B		B

где: Dпер.и DH - паропроизводительность по пару соответственно перегретому и насыщенному, кг/с; В - расход топлива в двигателе, кг/с;

iПЕР, iX, iПВ - энтальпия перегретого и насыщенного пара и питательной воды, кДж/кг.

Подставив в формулу (4.7) величины QПОД и Q1 из уравнений (4.25) и (4.26), получим зависимость для условного КПД утилизационного котла согласно уравнению прямого теплового

баланса		= DПЕР (iПЕР			−iПВ )+ DH (iX				−iПВ )
η
	K						cBI1			(4.27)
Для котлов, генерирующих только насыщенный пар, формула (4.26) может быть упрощена:
			Q1 =	DK			(iX −iПВ )		(4.28)
					B
Тогда уравнение (4.27) запишется в виде
			ηK =			DK (iX −iПВ )			(4.29)
							cBI1
Уравнение обратного теплового баланса может быть составлено согласно общему уравнению
(4.1) с использованием зависимости (4.25):							i=5
			cI1 = cQ1 + c∑Qi						(4.30)
							i=2
			I1 = Q1 + Q2 + Q5						(4.31)

где Q1 - полезно использованная теплота в пароводяном тракте, отнесенная к 1 кг топлива, сжигаемого в главном двигателе кДж/кг;

Q2 Q5 - тепловые потери соответственно с уходящими из котла газами и в окружающую среду, отнесенные к 1 кг топлива, кДж/кг.

Здесь можно также получить уравнение, которое будет аналогично равенству (4.6). Разделив левую и правую части уравнения (4.31) на I, и умножив на 100, можно записать уравнение обратного теплового баланса утилизационного котла:

								ηK + q2 + q5 =100			(4.32)
где: ηK =	Q1	100;	q2	=	Q2	100;	q5	=	Q5	100
					I				I
	I1

Сопоставляя зависимость (4.32) с формулой (4.6), следует отметить естественное отсутствие в утилизационном котле тепловых потерь q3 и q4 связанных с процессом сжигания топлива. Эти потери имеются в двигателе, поэтому их нет в уравнении теплового баланса (4.32), однако они оказывают влияние на эффективность работы утилизационного котла по условиям низкотемпературной коррозии (точка росы газов) и загрязнения поверхностей нагрева. Таким образом, в утилизационном котле имеются две тепловые потери – q2 и q5.

Потеря теплоты с уходящими газами q2 может быть условно определена по формуле (4.14),

	которая запишется в виде	I2
	q2 =		100	(4.33)
		I1

где I2 - энтальпия газов, уходящих из утилизационного котла при температуре t2 (см. рис. 4.4), кДж/кг.

Для уменьшения потери q2 необходимо снижать температуру t2. Ограничениями к снижению t2 являются рабочее давление пара при обычной утилизации теплоты и условия, исключающие низкотемпературную коррозию хвостовой поверхности нагрева котла в установке с утилизационным турбогенератором.

Потеря теплоты в окружающую среду q5 в утилизационном котле также учитывается введением в уравнение теплового баланса по газовому тракту множителя - коэффициента сохранения теплоты φ, определяемого по формуле (4.24). Величина q5 в этой формуле может выбираться равной 1-3 % (меньшие значения относятся к котлам с более высокой паропроизводительностью).

В зависимости (4.31) величина Q1 может быть определена также из уравнения теплового баланса по газовой стороне (см. рис. 4.4):

Q1 = (I1 − I2 )ϕ						(4.34)
После подстановки Q1 из формулы (4.34) в формулу (4.32) можно написать уравнение для
КПД по обратному тепловому балансу:
				I2		(4.35)
ηK	=		−
		1		I1	ϕ

Необходимо отметить, что КПД утилизационного котла согласно уравнению (4.35) следует рассматривать как некоторую условную величину, характеризующую степень использования теплоты в агрегате.

Контрольные вопросы и задания

1.Пояснил, содержание выражений прямого и обратного тепловых балансов.

2.Дать определение температуры точки росы дымовых газов.

3.Выполнить анализ тепловых потерь и указать пути их снижения в эксплуатации.

4.Каковы особенности уравнения теплового баланса утилизационных котлов?