КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

6 Котельные установки

Общее уравнение теплового баланса котла

В паровом котле при сжигании органического топлива получаются высокотемпературные продукты сгорания, обладающие большой тепловой энергией. Значительная часть этой энергии передается посредством радиа­ционного и конвективного теплообмена поверхностям нагрева, в результате чего на выходе из котла получается перегретый пар высокого давления и температуры, концентрирующей в себе полезную тепловую энергию, на­правляемую далее в паровую турбину.

При сжигании 1 кг (или 1 м3) рабочей массы топлива полное количе­ство теплоты, которое может выделиться в топке, называют располагаемой теплотой топлива, Qp, кДж/кг или кДж/м3. Она включает в себя следую­щие источники поступления теплоты:

Ql = Qpn + Q* on, (6.1)

Где <Эдоп — дополнительные источники теплоты, сопутствующие организа­ции сжигания топлива:

С? доп - Овнш + Отл + Qn - Qk. (6.2)

Здееь QjJ — низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг(м3); Qbiilh — 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; QTn — физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута необходим подогрев его перед поступлением в котел; QM — теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; QK — теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСОз и MgC03, с образованием га­зообразного СО2.

Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% QЈ. Обязателен учет (5Д0П при сжига­нии мазута, когда в формуле (6.2) Qaon слагается из первых трех членов. Заметное различие (Qp > QS) 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 QBHiu)> а при сжигании сланцев Qp = QЈ - QK. Однако в большинстве случаев при сжигании ряда бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между QE и Qp незначительно и не учитывается, т. е. Qp = QE. 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(м3), обычно нумеруют 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 QHCп, или Qi, и определяется повышением эн­тальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева:

Ql = ^(Лп. п - Л||.в) + "БГ1^ - Кт) + "Б"^' - ^п. в), (6.3) £>Г п к tSK

Где Dne, DBT — расход свежего и вторично-перегретого пара на турбину, кг/с; Dup — расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; /іп. п> Лп. в> hf — энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; h"T, h'Bl. — энтальпия вторич­но-перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара и входе в него, кДж/кг; Вк — расход сжигаемого топлива, кг/с или м3/с.

Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепло­вые потери, сопутствующие работе парового котла:

Q2 — с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания;

Q3 — с химическим недожогом топлива (газовые горючие ком­поненты);

Q4 — с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы);

Q5 — с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепло­вую изоляцию);

Qo — с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Qnp — прочие тепловые потери, связанные с отдачей ча­сти насыщенного пара из барабана на нужды станции, с отводом теп­лоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетка­ми и т. п.

В итоге уравнение теплового баланса котла запишем в следующем виде:

Qpp= Qi^ +Q2 + Q3+Q4 + Q5 + Q6. (6.4)

Использованное тепло Тепловые потери

Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловоспри - ятий отдельных поверхностей нагрева котла:

Ql = Qt. k + Qne + Qbt + Зэк, (6.5)

Где QT. K — тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной ка­меры, кДж/кг; QBT — тепловосприятие пара в конвективных поверх­ностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; (Зэк — 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 газовоздушого 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 QLB выделена в виде замкнутого внутреннего контура.

Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению Qp, получим относительные доли затрат теплоты в процентах:

Юо Qi

= (6.6) Ч р

Где Q% — любая из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса (6.4) можно записать так:

100 = 4 cj2 4- q-s 4- <74 4- (/5 4- <?6- ' (6.7)