КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Потеря теплоты с уходящими газами

Эта потеря определяется тем, что продукты сгорания после прохожде­ния газового тракта котла не охлаждаются до температуры окружающе­го воздуха, а имеют еще достаточно высокую температуру. Превышение энтальпии уходящих газов над энтальпией поступающего в котел атмо­сферного воздуха представляет потерю Q2, называемую потерей теплоты с уходящими газами:

Q2 = #ух - #х. в, (6.17)

Где ЯуХ, Нхя — соответственно энтальпия уходящих из котла газов и посту­пающего холодного воздуха, кДж/кг топлива.

Формулу (6.17) можно переписать в следующем виде:

Q2 = Яг° + (аух - 1 )ЯВ° - аухЯх°в. (6.18)

В этой формуле іїг° = Vr°crdyx — энтальпия теоретического объема ухо­дящих газов при а — 1; величина (аух — 1)і? в — энтальпия избыточного воздуха в потоке газов при $ух; Н®в = Ув0св£х. в — энтальпия теоретического объема холодного воздуха, кДж/кг.

Из формулы (6.18) следует, что главными факторами, влияющими на значение потери Q2, являются температура $ух, зависящая от размера кон­вективных поверхностей котла и интенсивности отдачи теплоты к этим поверхностям, и величина аух, характеризующая превышение объема про­дуктов сгорания над минимальным их объемом.

Связь необходимой поверхности нагрева с глубиной охлаждения газов можно получить из уравнения конвективного теплообмена, которое запи­шем в следующем виде:

F-'irkry <6Л9)

Где FK — конвективная поверхность нагрева, м2; QK — тепловосприя - тие конвективной поверхности, кДж/кг; к — коэффициент теплопередачи,
кВт/(м2-К); At — средний температурный напор между газами и рабочей средой в поверхности нагрева, °С. Снижение температуры уходящих га­зов на 15-20°С приводит к уменьшению потери q2 или, что то же самое, к росту КПД котла примерно на 1%. Однако снижение температуры не про­исходит само собой, для этого требуется отнять дополнительную теплоту от газового потока AQK за счет установки дополнительной конвективной поверхности AFK. При этом по мере уменьшения температуры газов сни­жается температурный напор At, что вызывает повышенный рост разме­ров конвективной поверхности. Графически эта зависимость изображена на рис. 6.2. Здесь видно, что в области более высоких температур газов снижение температуры на значение Д$і требует дополнительной поверх­ности AFi, заметно меньшей, чем AF2 в области более низких температур при одинаковом ее изменении (Ді? і = Аі)2, но AF2 > AFi).

При понижении температуры уходя­щих газов 1?ух одновременно возраста­ют затраты на тягу, так как растет со­противление газового тракта, возрастает интенсивность сернокислотной коррозии металла поверхностей и газового трак­та за котлом (см. разд. 7.6.2), снижается высота теплового и динамического вы­броса газов выше устья дымовой трубы, что ухудшает экологическую обстановку в зоне вокруг электростанций.

В то же время было бы неправиль­но проектировать паровые котлы с вы­сокой температурой i? yx. Это привело бы • висимости от уровня температуры к снижению эффективности использова - греющих газов, ния топлива и его неоправданному пе­рерасходу. Поэтому выбор температуры уходящих газов является задачей технико-экономической. Она решается на основании определения мини­мума годовых расчетных затрат. Таким образом, дополнительные затраты, руб/год, связанные, например, с понижением температуры уходящих газов при сохранении температуры горячего воздуха, можно выразить в следую­щем виде:

3 = А5ВП + Д5ЭК + Д5тд - Д5ТЛ + Д5тр, (6.20)

Где Д5ВП, А5ЭК — дополнительные затраты на увеличение поверхностей воз­духоподогревателя и экономайзера; А5ГД — то же на оплату дополнительной электроэнергии в связи с увеличением сопротивления тягодутьевого тракта; Д5гр — то же в связи с необходимостью увеличения высоты дымовой трубы; ASrn -- снижение затрат на оплату топлива ввиду снижения его расхода.

Условие оптимума температуры определяется минимумом расчет­ных затрат, его находят путем решения уравнения

Характерные зависимости оптимальной температуры уходящих газов от определяющих факторов приведены на. рис. 6.3. Оптимальная температу­ра существенно зависит от стоимости топлива и его качества, прежде всего от влажности. Чем выше цена топлива, тем при прочих равных условиях больше стоимость сэкономленного топлива, что окупает более развитую по­верхность нагрева и тем самым позволяет иметь более низкую температуру уходящих газов (рис. 6.3, а).

При большой влажности растет объем продуктов сгорания топлива и их удельная теплоемкость, так как теплоемкость паров воды наибольшая. Поэтому при охлаждении газов на одинаковое число градусов А0ух при большой влажности необходимо отвести большее количество теплоты, что требует дополнительного увеличения поверхности нагрева по сравнению

С сухим топливом. При более низкой стоимости влажного топлива уве­личение поверхности не окупается, в результате оптимальная температура уходящих газов с повышением влажности растет (рис. 6.3,6).

Значение оптимальной температуры уходящих газов зависит также от параметров пара (давления, температуры), с которыми работает паровой котел. С их ростом развивается регенеративный подогрев питательной воды и растет ее температура на входе в котел (см. рис. 6.3,6). В связи с этим увеличивается доля теплоты газов на выходе из экономайзера, что приводит к некоторому росту оптимальной температуры уходящих газов. В итоге для паровых котлов высокого и сверхкритического давления оптимальные значения находятся в диапазоне 120-160°С.

Для полу пиковых котлов с "ограниченным сроком эксплуатации только в периоды повышенных электронагрузок системы более существенным ста­новится уменьшение стоимости котла. Поэтому этот тип котлов отличается использованием пониженных параметров пара и более высокой температу­рой уходящих газов ($ух = 160 - f - 200°С).

Потеря тепла с уходящими газами сильно зависит от аух. Чем выше избыток воздуха в топке и больше присос в газоходах, тем больше объем продуктов сгорания за агрегатом, что увеличивает Кроме того, присос холодного атмосферного воздуха в газоходах охлаждает продукты сгора­ния и снижает теплоотдачу за счет уменьшения температурного напора. Отрицательное действие большого избытка воздуха в топке и присоса его в газоходах выражается также в увеличении нагрузки на дымососы, а сле­довательно, и расхода электроэнергии на собственные нужды.

Расчетные значения потери q2 достигаются лишь при эксплуатацион­но-чистых поверхностях нагрева. Во время работы котла поверхности на­грева могут существенно загрязняться шлаком и золой, что ухудшает тепло­обмен и происходит рост |?уХ, соответственно возрастают газовое сопротив­ление и нагрузка на дымососы. Для достижения в эксплуатации проектных режимов работы котла его поверхности нагрева подвергаются систематиче­ской очистке с использованием различных механизмов (паровая и водяная обдувка, дробеочистка, виброочистка, импульсная термоочистка). Большое значение для уменьшения потерь теплоты q2 имеет создание газоплотных настенных поверхностей.