Котельные установки

ПОТЕРИ ТЕПЛОТЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Любом топочном устройствЕ при сжИгании твердого Топлива име-

--- М^СТО^Д^Пеф-И-^Г^ГГГЛ1ТТы~ О Т М~РЛГГТГИ-гп*тГ-1ГТТг5^

Топлива. ^4, Эхи потери принято Разделять на три составлЯющие: потери теплоТы с провалом топлива, например, сквозь решетку. О^

•с Несгоревшим топлИвом, в шлаке <2“л и с унесенныЖИ недогоревщимя частицами топлива 0^.

Если взвешиванием определять количество провала, шлака и уноса, то потеря теплоты с каждым слагаемым,-кДж/кг или ккал/кг, составит:

= (2-72)

В формуле:

(3х— масса провала, шлцка или уноса, кг/с или кг/ч.

— теплота сгорания провала, шлака »или уноса, кДж/кг или ккал/кг.

Вместо определения массы провала, шлака и уноса проще отобрать пробы шлака, провала и уноса и определить в них содержание горючих.

Считают, что теплота сгорания части топлива в провале, шлаке и уносе близка к теплоте сгорания углерода и равна 32 600 кДж/кг или 7800 ккал/кг.

Содержание горючих Гх в любой из слагающих потерь теплоты от механической неполноты горения связайо с его зольностью Ах следующим образом: Гх = 100— —Лх-100%. Тогда величина каждой из слагающих, кДж/кг или ккал/кг, будет:

0х Гх (?х Гх

<2х4 = -§--32 бОО-^од, или <2 ж» “в-7800 щ. (2-73)

Общее количество золы в топливе равно содержанию золы в провале, шлаке и уносе, взятых вместе; это позволяет написать, что

АРВ АфСпр АшлС™ Лн^ун 100 ~ 100 100 100 *

А*В

Разделив каждый из членов написанного выражения (2-74) на величину и

Обозначив частное через а с соответствующим индексом, получим:

1 =аПр+Сшл+Ауа, (2-75)

Выражение, которое называют золовым балансом. Если известны два из трех слагаемых золового баланса, то третье может быть найдено как остаточный член; им обычно бывает доля золы в уносе, определение которой наиболее сложно. Зная долю золы в провале, шлаке и уносе из выражения

1 = ^, (2-76)

Можно определить массу провала, шлака или уноса. Теплота же сгорания каждого из них, кДж/кг, ккал/кг, может быть определена следующим образом:

(Зх = 32 600 или <3Х = 7800 щ. (2-77)

Тогда, пользуясь выражениями (2-72), (2-73), (2-76) и (2-77), напишем:

0=Т^=326^»|-Ш=326^м&ТГ'4'- <2'78>

Или

= Ш^Т7АК

Потери теплоты с провалом и шлаком могут быть записаны анало­гичным путем, и полная потеря теплоты от механической неполноты горения топлива, кДж/кг (ккал/кг), составит:

= + <ЇГ + = 326Лр[ апр 100^;-+ а,

Гун 1 - Гаун100 — Гун]’

TOC o "1-5" h z ИЛИ V

= 78АР [ а"Р 100 —Гпр 100 —Гщл + аУн 100 —Гун] • (2-79)

(Выше было сказано, что потери теплоты принято считать в процен­тах от теплоты сгорания топлива и обозначать через %, тогда

П ___ Ф* ігїгї__ 32 600-ДР Г Лір. Гшл гун 1

Ч* <ЭРН [апр 100 — гпр 100 — Гшл + аУн 100 — Гун] •

Пр 1 шл ' 1 ун J

П _________ 78°- [ ^ПР I п Г ШЛ, Гук 1 ,0

0РН [^ПРЮО—Гпр ‘ шл 100 —Гшл У* 100 — Гун]*

Величина потерь теплоты от механической неполноты горения топ­лива и ее составляющих зависит от типа топочных устройств, интенсив­ности их работы — форсировки, рода и сорта топлива и некоторых других факторов. Суммарная потеря теплоты от механической непол­ноты горения топлива может составлять для слоевых топок от 1—2 до 18%, для камерных топок от 1 до 5%. Их величины определяют во время испытаний котлоагрегата, а для расчетов, принимают из [Л. 12 или 13],.

Поскольку часть топлива из-за механической неполноты горения не сгорает, фактическое количество сгоревшего топлива Вр, кг/с или кг/ч, необходимое для подсчета объема дымовых газов и потерь теплоты

100 — <7*

С уходящими газами, определяется введением величины —щ— :

ВР = В-!Т-- <2-81)

Если образовавшиеся в процессе сжигания твердого топлива иди входящие в состав газообразного топлива горючие газы — окись углеро­да СО, водород Нг, метан СКЦ и тяжелые углеводороды СпНт — не про­бе

Реагировали с кислородом и выходят из котельного агрегата, возникает потеря теплоты от химической неполноты горения топлива фз.

Величина потери теплоты <23 связана с выходом летучих веществ, процессом горения, подготовкой топлива к сжиганию, подачей воздуха в топочное устройство и рядом других факторов. При испытаниях вели­чину С? з определяют отбором пробы газов и ее анализом.

Опыты показали, что потеря теплоты от химической неполноты го­рения топлива при сжигании его в слое лежит обычно в пределах от 0,5 до 3,0%, а при сжигании в камере — от 0,5 до 1,5%. При сжигании газообразных топлив с недостатком воздуха или при недостаточном перемешивании газа и воздуха эта потеря возрастает.

Если из анализа газов известны объемы СО, Нг, СН4 и СгНб, то, зная величину теплоты сгорания каждого из них, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3, можно найти потери <3з:

Ф» = @ео + Фн,+ Фен. + Фол,-

Обычно при подсчете потери теплоты <Эз принимают, что все угле­водороды в продуктах сгорания топлива представляют собой метан,

= @оо + @н,+Фен, + Фс„нт ^ Фен,.

Тогда, воспользовавшись уравнениями (2-39), (2-41), можно преоб­разовать последнее выражение в следующий вид, кДж/кг, ккал/кг, если расчет вести на 1 кг топлива:

(2-83)

Потерю теплоты <3з принято относить к расчетной теплоте сгора­ния данного топлива. Давая ее в процентах, получим:

(2-84)

При проектировании котлоагрегатов значения величины потерь теп­лоты <73 принимают по опытным данным [Л.! 12—14].

Потеря теплоты с уходящими газами происходит из-за того, что из котлоагрегата продукты сгорания выходят в атмо­сферу с температурой, превышающей температуру окружающей среды.

Величина потери теплоты с уходящими газами равна разности энтальпий 'продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и энтальпии окружающего воздуха, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

Ух-М0-

Эту разность относят <к (2рн топлива и выражают в процентах:

Для уменьшения потерь теплоты с уходящими газами устанавли­вают водяные экономайзеры и воздухоподогреватели, принимая спе­циальные меры для защиты поверхностей нагрева, работающих при низких температурах, от коррозии. При этом Для котлоагрегатов малой производительности температура уходящих газов составляет 150 — 210°С, для котлов средней производительности температуру уходящих газов выбирают 110—170°С.

Таблица 2-13

При отсутствии хвостовых поверхностей температуры уходящих га­зов существенно выше и составляют от 250 до 400°С, увеличиваясь с уменьшением единичной производительности агрегата, понижением давления пара и упрощением установки. Наиболее высокие температу­ры уходящих газов имеют котлоагрегаты и котлы с жаровыми трубами вертикального и горизонтального типа, чугунные водогрейные котлы, работающие обычно с естественной тягой.

Для вЬзможности выбора темпе­ратуры уходящих газов для паровых и водогрейных котлоагрегатов неболь­шой производительности и определе­ния типа хвостовых поверхностей на­грева— водяного экономайзера, и воз­духоподогревателя приведена табл. 2-13.

При определенных размерах по­верхностей нагрева у работающего котлоагрегата потери теплоты с уходя­щими газами будут зависеть от степе­ни наружного загрязнения поверхно­стей нагрева; с увеличением загрязне­ния температура уходящих газов и по­тери теплоты <72 будут расти. Потери теплоты <72 увеличиваются с ростом нагрузки котлоагрегата, увеличением объема газов из-за роста избытка воз­духа в топочной камере и увеличения присосов воздуха по газоходам ко­тельного агрегата. Следовательно,

Избыток воздуха в топочной камере необходимо выбирать таким обра­зом, чтобы сумма потерь теплоты от химической, механической неполно­ты сгорания топлива и с уходящими газами была минимальной.

Потеря теплоты в окружающую с р е д у или от наруж­ного охлаждения происходит из-за того, что при работе котельного агрегата наружные поверхности, ограждающие элементы котлоагрега - та, даже будучи покрыты изолирующими материалами, отдают теплоту окружающему воздуху конвекцией и радиацией. Эта потеря теплоты зависит от качества изолирующих материалов, их толщины, состояния и величины наружных поверхностей, приходящихся на единицу тепло - производительности агрегата. Чем больше производительность агрегата, тем меньше приходится на единицу теплопроизводительности ограж­дающих поверхностей и тем ниже потери. Их определяют испытаниями, и по ним построены кривые, приведенные на рис. 2-7.

Более просто можно определять потери теплоты в окружающую среду при обработке результатов опытов как остаточный член тепло­вого баланса, однако в этом случае в него войдут и все неувязки ба­ланса проведенных испытаний, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

<г.=<грр-[<г,+в.+<г.+<г*+<и-

Потери теплоты от наружного охлаждения принято, так же как и все остальные потери, относить к расчетному количеству теплоты, вно­симой в котлоагрегат, и выражать в процентах:

(2-88)

При проектировании котлоагрегатов потери теплоты находят с помощью графика, приведенного на рис. 2-7. В тех случаях, когда надо определить величину qь при нагрузках агрегата, отличающихся от номинальной более чем на 25%, эту потерю пересчитывают по формуле

(2-89)

Где В*— нагрузка, меньшая номинальной.

Принято, что потери теплоты от наружного охлаждения распреде­ляются по элементам котлоагрегата следующим образом: на топочное устройство приходится 50%, а на каждый другой элемент или газоход

(2-90)

Где I — число элементов или газоходов котлоагрегата.

Принимая для упрощения, что величина дъ данного газохода или элемента пропорциональна количеству теплоты, передаваемому поверх­ностям нагрева в этом газоходе, ввели понятие коэффициента сохране­ния теплоты

При камерном сжигании твердых топлив с жидким удалением шла­ка, а иногда при камерном и слоевом сжигании и сухом шлаке, удаляе­мом при высоких температурах, имеет место потеря £~физической теплотой шлака. Величина этой потери может быть определена из выражения

?ешл=ашл|нА) Лр. о/0, или 96ШЛ=-§^--1007в. (2-92)

В этом выражении сшл=1—ащ,—аун, величина, определяемая из золового баланса [см. уравнение (2-75)], при слоевом сжигании топли­ва и оШл+«пр=1—%н при камерном сжигании. Величина Сз^з опреде­ляется из выражения (2-58) или из табл. 2-8. При слоевом и камерном сжигании твердого топлива с сухим удалением шлака эта величина мо-

Жет не учитываться, если /4Р<. °/ф.

Температура шлаков при их удалении в сухом виде принимается равной 600°С; в жидком — равней 4+100°С, где '4— температура жид­коплавкого состояния золы.

Иногда у слоевых топок имеются панели и балки, охлаждаемые во­дой, которая в них нагревается. Если эта теплота. не используется, то величина потери теплоты на охлаждение панелей и балок равна:

?6охл=--9:-^охл-Ю0%, или 9бохл=-|^.100»/,. (2-93)

В формуле:

#охл — суммарная поверхность нагрева балок и панелей, обращен­ная в топку, м£;

Фка — полное количество теплоты, воспринятое в котлоагрегате.

Сумма потерь теплоты с шлаком и водой дает величину де— = *7бшл +!<7бОХЛ, %*

Суммарная потеря теплоты котельным агрегатом будет равна:

^Я = Я 2 + Я Ж + Я А I Я 5 + <76ОХЛ + 9бШЛ> °/ в - (2-94)

Для сравнения разных способов сжигания топлива и 'сопоставле­ния топочных устройств используют коэффициент полезного действия топки:

7]т= 100 —- [<73 +#4 + #5 + <7вшл + <7вдхл]» э/в» (2-95)

Где все входящие в данное выражение величины и способы их нахож­дения были рассмотрены ранее. Использованная в котельном агрегате теплота 1 кг или м3 топлива дает к. п. д. бру ттф:

£=тйг 100100*/о

Иногда из количества теплоты, которое передано в котлоагрегате, вычитают количество теплоты, пошедшее на собственные нужды ко­тельного агрегата, которое обозначают через (2С. Н, кДж/с или ккал/ч. Если отнести это количество теплоты к 1 кг или 1 м3 топлива и пересчи­тать электроэнергию в теплоту, отнеся ее к теплоте сгорания топлива, то получим величину теплоты, пошедшей на собственные нужды, %:

9с. н=-|^-100в/о - (2-96)

Вычтя из к. п. д. брутто величину теплоты, пошедшей на собствен­ные нужды котельного агрегата, <7с. н получают к. п. д. неттб котель­ного агрегата, %:

<2-97>

Величину, требующуюся при оценке разных конструкций котлоагрегатов.

-- /0>. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ,

В котельных агрегатах, применяют два основНых типа топОчныХ удЬойет^гоШЗ^оВвЕггохжйгакЙя тОпливаМи' для клмзрно г о,_ Оба типа. топочных устройств могут быть весьма разными по конструктив­ному оформлению, связанному с характеристиками топлива — выходом :тучих, зольностью, влажностью, величиной кусков, свойствами шлака, ^©держанием в топливе серы и т. д.

/1 Слоевое сжигание кусков твердого топлива осуществляется на колосниковой решетке, размещенной в объеме топки, а воздух, не­обходимый для горения топлива, поступает под решетку.

Камерное сжигание топлива осуществляется во взвешенном состоянии в потоке воздуха (твердого в пылевидном состоянии), а воз­дух, необходимый для горения, подают в этот же объем. Объем, пред­назначенный для сжигания всего или части топлива, называют топоч­ным пространством (камерой) и обозначают через Ут. Топочное устройство принято характеризовать его тепловой мощностью, пло­щадью колосниковой решетки /? и объемом топочной камеры. Количе­ство теплоты, выделяющееся в топочном устройстве в течение часа, на­зывают мощностью, МВт иди ккал/ч, и определяют из выражения

(?=5С)рн. (2-98)

В слоевых топках различают полную площадь колосниковой решет­ки Я и «зеркала горения» Л3.т. В топках с неподвижной колосниковой решеткой обычно /?=/?3.г; у топок с цепными, наклонно переталкиваю­щими решетками плошадь зеркала горения меньше полной площади

Из-за наличия различных устройств.

Работа слоевой топки может быть оценена величиной видимого теп­лового напряжения колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2 или ккал/(м2-ч):

€ _ £<Зрн нтш <1 .... В(?а

Или ТГ7-ЖГ’ (2‘99)

Т. е. количеством теплоты, выделившимся в единицу времени на едини­це площади.

Количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема топочной камеры, называют видимым тепловым напря­жением топочного пространства и определяют из выражения, кВт/м3 или ккал / (м3-ч):

(2-! 00)

Для камерных топок пользуются также понятием видимого тепло­вого напряжения сечения топочной камеры. Ртоп, МВт/м2 или Мкал/(м2-ч), определяемого как

Ф в о>„ п

1 топ 1 топ 7

Где /7Топ — горизонтальное сечение камеры на уровне осей горелок, м2.

Ргдд-в-^шшнпм Трп. гшво зажигает£а_ от лежащЕго ш реШ£1Ке-Ле^ подвИжного горящего слоя, это зажиГаниЕ назывАют Нижним. Если за­ЖигаНие топЛива происхОдит за~Счет “излУЧения: пламени над Горящим""' слоем, *а такое зажигание называют верхНим.____________________ ' '

В топках с неподвижной колосниковой решеткой имеют место оба вида зажигания топлива; при движении колосниковой решетки преоб­ладает менее эффективное верхнее зажигание топлива.

Топочные устройства для слоевого сжигания топлива разделяют в зависимости от способа подачи, характера перемещения топлива по колосниковой решетке, перемещения решетки и состояния слоя топли­ва. При неподвижном слое топлива, отсутствии Механизмов Пля Его пео'емешениятюГ Длине шпГ'шиРиНе1шлоСниковой решетки топочное устроиства_ябЛяется прОстейшим: обЫчно оно Загружается "Топливом

Вручную и называетсЯ..... ручной топкЖ~ ТакОе тоПочноЕ устройство (

Исполвзуют только. для аеб13^цих1кодЛ6В 'с мощностью" до 1,Ш_МВх (1 Г кал/ч).

В соответствии с правилами Госгортехнадзора все котло- агрегаты с производительностью более 1,16 МВт (2 т/ч или более 1 Гкал/ч), предназначенные для сжигания твердого топлива, должны иметь механизированные топочные устройства. Этой механизацией мо­гут быть охвачены подача топлива в бункер, расположенный выше топочного устройства, подача топлива на решетку и перемещение его по последней.

Промежуточными между слоевыми и камерными топками для сжи­гания твердого топлива являются топки с псевдоожиженным или «ки­пящим» слоем топлива. В них на мелкозернистые частицы топлива действует поток воздуха и газов, в силу чего частицы топлива перехо­дят в подвижное состояние и совершают движение — циркуляцию в слое и объеме. Скорость воздуха и выделившихся газов не должна превышать определенной величины, по достижении которой начинается унос частиц топлива из слоя. Скорость потока, при которой начинается движение частиц — «кипение», называют критической. Такие топки требуют одинакового размера кусков топлива.’ Слоевые топки применя­ют для агрегатов с теплопроизводительностью до 30—35 МВт (25—

30 Гкал/ч); для более крупных котлоагрегатов приняты топочные устройства с камерным сжиганием и предварительной подготовкой топ­лива. Топливо до поступления в камерные топки измельчается до раз­мера частиц в несколько микрометров. Первичный воздух, транспорти­рующий твердое топливо, имеет меньшую по сравнению с рторичным температуру, а его количество меньше потребного для сгорания. Топ­ливо и воздух в камерные топки подают через специальные горелки, расположение которых на стенах топочной камеры может быть различ­ным. Иногда часть вторичного воздуха подают в виде острого дутья через сопла с повышенными скоростями для изменения положения фа­кела в топочной камере.

Для сжигания жидкого топлива применяют камерные топки, на стенах которых размещают с фронта или встречно форсунки с механи­ческим, воздушным, паровым или смешанным распыливанием топлива. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подают в устройство для установки форсунки с тем, чтобы он поступал по возможности ближе к основанию (корню) факела и чтобы иметь минимальный избыток воз­духа; мазут иногда сжигают в топочных камерах с предтопками — цик­лонами.

Газообразное топливо сжигают в камерных топках, применяя го­релки различных типов. Последние различают по ряду признаков: дав­лению газа перед горелками — низкому, среднему и высокому; конст­руктивным особенностям; характеру смешения — частичному или пол­ному— газа и воздуха в горелках; по способу подвода газа и воздуха: однопроводные—с подводом только газа и двухпроводные — когда в горелку введены газ и воздух по специальным трубам и коробам; по характеру пламени — светящемуся или слабосветящемуся и по длине факела — длинного или короткого.

Обычно в камерных топках требуется обеспечить сжигание двух видав топлива — твердого и жидкого, жидкого и газообразного, твердо­го и газообразного. Вследствие этого горелки конструктивно выполняют большей частью таким образом, чтобы иметь возможность устанавли­вать их минимальное количество, т. е. делают их комбинированными для двух и даже трех видов топлива. Камерные топки выполняют для котлоагрегатов практически любой производительности.

Все топочные устройства по положению относительно котельного агрегата прежде было принято делить на внутренние, нижние и вынос­ные. В современных агрегатах топочные камеры выполняются с макси­мально возможным экранированием.