КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Распределение тепловосприятия между поверхностями нагрева. Тепловая схема котла

В понятие «Тепловая схема котла» входит распределение общего теп­ловосприятия рабочей среды в котле между поверхностями нагрева и уста­
новление последовательности их размещения вдоль газового тракта. Эта задача решается для котла с заданной паропроизводительностью и па­раметрами входа рабочей среды (температура и давление питательной воды) и выхода (то же — перегретого пара) и для установленного ви­да сжигаемого топлива. В этом случае выбирается температура уходя­щих газов из котла, определяется расчетный КПД котла, что позволяет установить полную тепловую мощность котла и расход топлива для ее обеспечения.

Оптимизация расположения поверхностей нагрева и создание условий надежности их работы связаны с установлением тепловосприятия каждой из поверхностей нагрева, что возможно путем перебора ряда промежуточ­ных вариантов. Рассмотрим принципы определения тепловосприятия по­верхностей на примере барабанного парового котла (рис. 6.9, а) без про­межуточного перегрева и прямоточного котла (рис. 6.9,6). Прежде всего, по теплоте, отданной топочными газами радиацией настенным экранным поверхностям и другим поверхностям в пределах топочного объема (дву­светные экраны, разреженные ширмы, потолочный экран), определяется ра­диационное (лучистое) тепловосприятие поверхностей топки QiU кДж/кг:

Qn = {QTrH?)<p, (6.28)

Где QT — полное тепловыделение в зоне горения топлива, кДж/кг; опре­деляется в основном теплотой сгорания топлива и теплотой поступающего в топку горячего воздуха; Н" — энтальпия газов на выходе из топки, кДж/кг; находится по принятой температуре газов — коэффициент сохранения теплоты в котле по (6.3.4).

Тепловосприятие поверхностей топки Qn включает также частичный перегрев пара в перегревательных поверхностях. На барабанном котле это, как привило, поверхности потолочного экрана и ширм на выходе из топки, размеры которых известны из принятой конструкции топки. Их тепловос­приятие от газового потока находят по формуле

П пег) ,,

<Ул. пе = -------- 5------- > (6.29)

Где дл. г — удельный воспринятый тепловой поток, кВт/м2; FnQi — расчетная радиационная поверхность, м2. Тогда тепловосприятие остальной части па­роперегревателя за пределами топочной камеры (называемой конвективной) составит

<2пе = <2пе-3лпе, (6.30)

Где Qne ~~ полное тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг.

В прямоточном котле поверхности перегрева пара в топочной камере более развиты, а при СКД нельзя четко выделить состояние, с которого начинается перегрев пара. Поэтому здесь определяют энтальпию среды на выходе из топки:

Ц = (6.31)

Где Gr — расход среды через экраны топки, кг/с; h'T — энтальпия среды на входе в коллектора топочных экранов, кДж/кг. В результате тепловосприя­тие пароперегревателя за пределами топки составит

Qne = + (6 32)

Здесь hn п — энтальпия перегретого пара, кДж/кг; AhpQr — регулируемый теплосъем в пароохладителях, кДж/кг.

При расположении конвективных поверхностей перегревателя непо­средственно за топкой устанавливают энтальпию газов за пароперегревате­лем:

К = щ - ^ + аа„еях°в, ' (6.33)

Где Аапе — доля присоса холодного воздуха; Н®в — энтальпия теоретиче­ского объема холодного воздуха, кДж/кг. Температуру газов по известной энтальпии Н" находят, используя связь д и Н из (4.51).

В барабанном котле не имеет ограничений значение энтальпии воды (или даже пароводяной смеси до паро содержания х < 0,3) на выходе из экономайзера, известной является только энтальпия питательной воды на входе в него, поэтому тепловосприятие экономайзера находят как для за­мыкающей поверхности в тепловом балансе котла. Для этого из общего балансового уравнения определяют энтальпию газов за экономайзером:

К = Qt - QppVк, (6.34)

А затем по разности энтальпий газов до и за экономайзером устанавливают его тепловосприятие:

<2эк = ¥>(Я"е - Н"к + ДаэкЯх°в). (6.35)

Полученное значение Q3K позволяет определить энтальпию и температуру воды на выходе из экономайзера.

При этом с позиции оптимизации размеров поверхности экономай­зера следует проверить, чтобы разность температур (д"к — tnB) была не менее 40°С.

В прямоточном котле задается значение энтальпии воды на входе в то­почные экраны h'T из условия обеспечения надежности работы металла экра­нов топки в зоне фазового перехода, поэтому тепловосприятие экономайзера можно определить прямо по рабочей среде (воде):

ПжЩк-1гпв) Q зк = Б * (6.36)

А энтальпию газов за ним Щ'к находят из (6.35).

Часто между экономайзером и входом в топочные экраны находятся подвесные трубы, охлаждаемые водой после экономайзера. В этом случае оценивается тепловосприятие этих труб ДЛпт» и тогда /і"к — h'T - А/?,,,.

Тепловосприятие воздухоподогревателя С? вп, кДж/кг, определяется по нагреваемой среде — воздуху, так как значения температур воздуха на входе
в него t'BU и горячего на выходе £пв установлены при выборе исходных расчетных характеристик котла:

QIи = (/5в1, + 0,5Аавп)(Я° - н'°). (6.37)

Здесь /?"п — относительный избыток воздуха на вых. оде из воздухоподогре­вателя; определяется по избытку воздуха в горелках (см. § 4.4); Аавп — доля перетока воздуха в газовую сторону; #в„ — соответственно энтальпии теоретического объема воздуха при температурах tTB и t'Bn, кДж/кг.

На основании значения Н"к и тепловосприятия QBn находят расчетное значение энтальпии уходящих газов #уХ, кДж/кг:

Нух = К + Д«впЯп°рс, (6.38)

Где Яп°рс — средняя теоретическая энтальпия присосанного в поток газов воздуха, кДж/кг; находится по средней температуре воздуха между входом и выходом его воздухоподогревателя.

В итоге расчетное балансовое значение энтальпии НуХ сравнивается со значением #ух, соответствующим заданной (принятой) температуре уходя­щих газов. Разность этих значений (по модулю), отнесенная к располага­емой теплоте, не должна превышать

* AQ = |#Рх - Яух | < 0,005QP (6.39)

И характеризует правильность выполненного распределения тепловосприя - тий по поверхностям. Этому же условию проверки правильности распреде­ления тепловосприятий по поверхностям отвечает уравнение

QpVK = (Qn + Ql + QKne + Qn. ne + <2зк)(і - о, oi qA). (6.40)

Невязка баланса не должна превышать ±0,5% располагаемой тепло­ты Qp. В прямоточном котле дополнительно сводят второй баланс — по рабочей среде. Для этого находят удельное теплоприращение рабочей сре­ды в каждой поверхности нагрева:

А/г,; - Ml,' (6.41)

Где Qi, Di — тепловосприятие и расход среды в каждой из поверхностей нагрева. Затем производят суммирование теплоприращений по всем поверх­ностям последовательно от входа в экономайзер до выхода из перегревателя:

Hu R 4 Alii - АДpcr = /?,„.„.

Я

Рис. 6.10. Тепловая схема барабанного пылеугольного котла: 1 — топочные экраны; 2 — ширмовый перегреватель; 3,4 — пакеты конвективного пароперегревателя; 5,7 — вторая и первая ступени экономайзера; 6,8 — вторая и первая ступени трубчатого воздухоподогревателя; Б — барабан; ПО — пароохладитель.

По завершении расчета тепловосприятия поверхностей становятся из­вестными также все температуры газов и рабочей среды перед, и после каждой поверхности нагрева. На основании полученных данных строится тепловая схема котла. По оси абсцисс откладываются тепловос­приятия поверхностей нагрева в той последовательности, в какой они раз­мещены вдоль газового тракта (в соответствии с компоновкой), а по оси ординат — температуры газов и рабочей среды на границах каждой поверх­ности (рис. 6.10). В данном примере поверхности конвективной шахты вы­полнены в две ступени, а пакеты пароперегревателя с учетом оптимизации компоновки и надежности работы металла выполняются по схеме проти - вотока («холодный» пакет) или прямотока («горячий» пакет). Построенная тепловая схема позволяет определить температурные напоры в каждой по­верхности (пакете), и затем на их основе находят необходимую поверхность нагрева і^, м2, а для пакетов с наибольшей температурой рабочей среды проверяется значение максимальной температуры стенки металла и надеж­ность его работы.