Котельные установки

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

При сжигании топлива в топочной камере необходимая мощность котлоагрегата достигается выработкой (или подогревом) определенного количества пара (или воды) С заданными параметрами.

Расход сжигаемого топлива должен обеспечивать получение необ­ходимого количества теплоты для образования пара (или подогрева воды) и восполнения тепловых потерь, сопровождающих работу ко­тельной установки.

В котельном агрегате степень использования теплоты топлива, или экономичность работы, характеризуют коэффициентом полез­ного действия (к. л.д.) агрегата.

При испытаниях котельной установки определяют величины отдель­ных потерь при установившемся состоянии агрегата или установки и со­ставляют баланс теплоты, а при проектировании выбирают величины потерь и также составляют тепловой баланс установки на 1 кг или 1 м3 топлива, внесенного в агрегат.

В тепловом балансе учитывается количество теплоты, поступившей в котлоагрегат (или установку) с горячим воздухом, при подогреве воз­духа вне котлоагрегата и установки — QBH, физическая теплота, внесен­ная топливом при его подогреве вне установки, и теплота, внесенная паром при распыливании им жидкого топлива или при подаче пара под

КОЛОСНИКОВУЮ решетку — Q<f)H3.

Суммарное количество теплоты, внесенное в котельный агрегат, на­зывают располагаемой теплотой, и оно подсчитывается по форму­ле, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

Располагаемая теплота расходуется на получение некоторого коли­чества рабочего тела с нужными параметрами, которое называют использованным и обозначают через Qi, кДж/кг, кДж/м3 (ккал/кг, (ккал/м3).

Для 1 кг твердого, жидкого или 1 м3 газообразного топлива, кДж/кг, кДж/м3 (ккал/кг, ккал/м3), уравнение теплового баланса име­ет вид: -- --------- —

Qg + Q3 Qs+(2-60)

В уравнении:

Q2 — потеря теплоты с уходящими газами из. агрегата или уста­новки; —

Q3 — потеря теплоты от омической неполноты сгорания топлива;

(?4 — потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

Qb — потеря теплоты агрегатом в окружающую среду;

Qe — потеря теплоты с физической теплотой шлака.

Если отнести все слагаемые баланса к теплоте сгорания QpH 1 кг или 1 м3 топлива и выразить их в процентах, уравнение (2-60) при­мет вид:

100=^1 + #2+*7з+<74+*75+Cjq. (2-61) %

Количество теплоты, вносимое в котельный агрегат воздухом, по­догретым за счет постороннего источника теплоты, кДж/кг, кДж/м3 (ккал/кг, ккал/м3), определяется из следующего выражения:

СС, = а(1°г-1°У (2-62)

В формуле:

А — коэффициент избытка воздуха на входе в воздухоподогрева­тель, а при отсутствии его на входе в топочную камеру за вычетом при - • coca в ней;

1° 1 и 1° — энтальпии теоретически необходимого количества возду­ха, подогретого вне котельного агрегата, и холодного воздуха, темпера­тура которого принимается равной 30°С.

62

, Q физ=с т • (2-63)

В формуле:

Ст — теплоемкость топлива, кДж/(кг-К), кДж/(м3-К); или ккал/(кг-°С), ккал/(м3-^С) (см. табл. 2-10 и 2-7); и — температура топлива, °С.

Таблица 2-10

Теплоемкость сухой массы твердого и жидкого топлива, кДж/(кг-К),

Ккал/(кг°С)

Эта теплота учитывается в тех случаях, когда температура жидкого или газообразного топлива превышает 30°С, твердого топлива — 20°С,

Пр

А его влажность У?*' .

Если топливо поступает смерзшимся, на его размораживание по [Л. 12] приходится расходовать некоторое количество теплоты. Отме­тим, что количество теплоты, внесенное с топливом, обычно невелико и им в учебных расчетах можно пренебречь.

Количество теплоты, внесенное с паром при распыливании жидкого топлива или подаче пара под решетку, кДж/кг (ккал/кг), составляет:

ОфЮ=С? ф («"—600). (2-64)

В формуле:

Бф — расход пара, кг/кг топлива, принимаемый при распыливании жидкого топлива равным от 0,3 до 0,4 кг/кг, а при подаче пара под ре­шетку— 0,7—0,8 кг/кг топлива;

I"— энтальпия пара, кДж/кг(ккал/кг) (табл. 2-11).

Так как при сжигании твердого топлива подача пара под решетку применяется редко, а паровые форсунки в стационарных установках для жидкого топлива, в частности мазута, не всегда рациональны, для боль­шей части установок это количество теплоты обычно равно нулю. Ис­пользованная теплота складывается из теплоты, пошедшей на подогрев воды, ее испарение и перегрев пара — первичный и вторичный, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

С?1г=Спод фисп г Р^гер "Ь ч^пер - (2-65)

В водогрейных котлах и теплофикационных водяных экономайзе­рах количество теплоты, пошедшее на подогрев воды, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3, составляет:

Та блица 2-11

(?в и В — расходы воды и топлива, кг/с, м3/с (кг/ч, мэ/ч);

1Г2 и /' 1 — энтальпия горячей и холодной воды, кДж/кг (ккал/кг); для температур воды до 150°С она может быть принята равной темпе­

Ратуре, так как теплоемкость воды в этой области близка к единице (см. табл. 2-11).

В водяном экономайзере даровых котлоагрегатов возможны только подбгрев воды или подогрев воды - и частичное ее испарение, т. е. во­дяной экономайзер может быть некипящего и кипящего типа» ..Кроме того, в водяных экономайзерах паровых котлоалрёгатов с барабанами нагревается дополнительное количество воды, с помощью которой уда­ляются из котла накапливающиеся во время работы соли и шлам, т. е.

Фпод = Фв. эк = -£-|У — г'п. вН £Г~ — *'„,)] • (2-66)

В формуле:

И — количество пара, образовавшегося в котлоагрегате, кг/с (кг/ч);

В — расход топлива:

Г и Гп. в — энтальпии воды при давлении в котле и питательной во­ды, кДж/кг (ккал/кг);

£>пр — количество воды, ушедшее на продувку, кг/с (кг/ч).

Для давления до 1 МПа (—'10 кгс/см2) выражение для определе­ния количества теплоты, пошедшей на подогрев воды, принимает вид:

<3В. эк=4- [* - <* - «] •

При наличии поверхностного регулятора температуры перегретого пара энтальпия воды и температура ее перед водяным экономайзером ]растут за счет теплоты, полученной в регуляторе:

* П. В1 ~=' ^ п. в‘Ь^р. п*

Если вода в экономайзере кипит, то энтальпия на выходе из него будет выше энтальпии котловой воды и количество пара, образовавше­гося в экономайзере, %, можно найти из выражения

Х= -.100»/»-

Количество теплоты, пошедшее на испарение, кДж/кг, кДж/м3 (ккал/кг, ккал/м3), будет:

<2'67>

Где и V — энтальпии насыщенного пара при давлении в барабане котла и воды при температуре насыщения.

Количество теплоты, пошедшее на перегрев пара в первичном или вторичном перегревателе, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3, мож­но подсчитать по выражению

-П. (2-68)

Где Г, пе1 и V — энтальпии пара после и до перегревателя, кДж/кг, ккал/кг (табл. 2-12); при установке одного перегревателя энтальпия

Пара до него равна энтальпии за барабаном. •

Суммируя слагаемые, входящие в величину использованной тепло­ты топлива, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3, можно получить:

Qг=-w[rП':-i'n. в+-^r(i'-*'«.*)] ■ (2-69)

При отсутствии перегревателя вместо энтальпии перегретого пара г"пе в формулу (2-69) ставят энтальпию насыщенного пара I". Отнеся величину <21 к расчетному количеству теплоты, внесенному в котлоагре - гат, и умножив его на 100%, получим:

*,= §-• 100 = ЧЙ,

Или к. п. д. брутто °/0. Далее, если обозначить через Дг разность

Энтальпий пара, выходящего из агрегата, и питательной воды, то можно

Написать, что ф, — М; но, с другой стороны, ^г - = т1^ или

.шиї яріииі. „

<21 = (}РНГ1£1. Приравнивая первое и последнее выражения для Q1, кДж «ли ккал/ч, можно написать что

-|-Л*=СРнаР или = (2-70)

Эти выражения позволяют по заданному расходу теплоты при извест-

«ом топливе и к. п. д. агрегата определить расход топлива или во время испытаний,

Зная расход топлива, и А/, найти к. п. д. брутто котлоагрегата. Величину

Называют видимой испарительностью топлива, так как она показывает ко­личество, кг, пара, полученное в данном агрегате при сжигании 1 кг топлива. Для со­поставления эффективности работы котлоагрегатов с разными приращениями энталь­пий принято пересчитывать последние в условную величину Агн = 2680 кДж/кг, или <540 ккал/кг, которую назвали «нормальным» паром. В этом случае испарительность но «нврмальному» пару, кг/кг, будет:

° “ (2-71,

В 2680 В 640'