6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
В паровом котле при сжигании органического топлива образуются высокотемпературные продукты сгорания, обладающие большой тепловой энергией. Значительная часть этой энергии передается радиационным и конвективным теплообменом поверхностям нагрева, заполненным рабочей средой, в результате чего из котла выходит перегретый пар высокого давления и температуры, который направляется далее в паровую турбину.
При сжигании 1 кг (или 1 м3) рабочей массы топлива полное количество теплоты, которое может выделиться в топке, называется располагаемой теплотой топлива QРРкДж/кг, или кДж/м3
|
|
6.1 |
Здесь QРН- низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг; QДОП- дополнительные источники теплоты, сопутствующие организации сжигания топлива
|
|
6.2 |
где QВНШ- теплота, поступившая в котел с воздухом при подогреве его вне агрегата. Эта теплота учитывается в тех случаях, когда воздух предварительно, до поступления в воздухоподогреватель котла, подогревается от постороннего источника, например в калориферах, паром из отбора турбины; QТЛ- физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута и подогреве его перед поступлением в котел; QП- теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; QК- теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСО3и MgCO3с образованием газообразного СОК2.
Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% QРН. Обязателен учет QДОПпри сжигании мазута, когда в формуле (6.2) QДОПслагается из первых трех членов. Небольшое различие (QРР> QРН) может иметь место при сжигании углей с высокой влажностью и сернистостью, так как требуется повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель для ослабления сернистой коррозии (подвод QВНШ), а при сжигании сланцев QРР= QРН- QК. Однако в большинстве случаев при сжигании бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между QРНи QРРнезначительно и не учитывается. То же имеет место при сжигании природного газа.
Соответствующие статьи использования (расхода) выделившейся в топочной камере тепловой энергии в расчете на 1 кг (м3) сожженного топлива, кДж/кг, обычно нумеруются цифрами. Та часть теплоты, которая затрачивается на подогрев и испарение воды в трубах поверхностей нагрева, а также на перегрев пара, составляет полезно использованное количество теплоты в паровом котле QИСПили Q1и определяется повышением энтальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева
|
|
6.3 |
где DПЕ, DВТ- расход свежего и вторично перегретого пара, идущего на турбину, кг/с; DПР- расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; hП.П, hП.В,h' - энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; h'ВТ, h'ВТ- энтальпия вторично перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара на входе в него, кДж/кг; В - расход сжигаемого топлива, кг/с или м3/с.
Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепловые потери, сопутствующие работе парового котла:
Q2- потери с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания;
Q3- потери с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты);
Q4- потери с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы);
Q5- потери с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию);
Q6- потери с физической теплотой удаляемого из топки шлака.
На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще QПР- прочие тепловые потери, связанные с отдачей части насыщенного пара из барабана на нужды электростанции, с отводом теплоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетками и т.п. В итоге уравнение теплового баланса котла записывается в следующем виде:
|
|
6.4 |
Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловосприятий отдельных поверхностей нагрева котла:
|
|
6.5 |
где QТ.К- тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; QКПЕ, QВТ- тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; QЭК- тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.
Из уравнения (6.5) следует, что тепловосприятие воздухоподогревателя прямо не входит в тепловой баланс котла. Это связано с тем, что теплота, отданная продуктами сгорания воздуху в этой поверхности, возвращается снова в топочную камеру в виде горячего воздуха и дополнительно увеличивает теплосодержание газов в топке.
Теплота, отданная газами в воздухоподогревателе, рециркулирует внутри газовоздушного тракта. Вместе с тем ввод горячего воздуха в зону сжигания топлива повышает температуру газов, скорость горения топлива и глубину его выгорания, т.е. приводит к росту эффективности использования топлива.
Общий баланс между поступлением и распределением теплоты в паровом котле показан на (рис. 6.1). Здесь теплота горячего воздуха QГ.Ввыделена в виде замкнутого внутреннего контура.
|
|
Рис. 6.1. Баланс теплоты парового котла: 1 - топочная камера; 2, 3 - поверхности основного и промежуточного пароперегревателей; 4 - экономайзер; 5 - воздухоподогреватель Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению QРР, получим относительные доли затрат теплоты в процентах:
где Qi- любая из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса (6.4) можно записать так
|
