ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ

В топочной камере парогенератора химическая энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическое тепло нагретых про­дуктов сгорания. Кроме того, в парогенераторе используется физическое тепло топлива, а в некоторых случаях и тепло внешних источников, рас­ходуемое на подогрев воздуха, необходимого для горения. Это тепло в парогенераторе воспринимается поверхностями нагрева и использует­ся на нагрев воды до температуры кипения, ее испарение и перегрев первичного и вторичного пара и частично расходуется на тепловые поте­ри, сопутствующие работе установки.

При сжигании топлива в парогенераторах, так же как и в других топливосжигающих устройствах, выделяющееся тепло соответствует низшей теплоте сгорания, так как водяные пары в продуктах сгорания не конденсируются. Поэтому общее располагаемое для использования

Тепло С2РР, МДж/кг, на 1 кг твердого или жидкого топлива составляет:

~ Фрн~Ь фв. вн + £*ТЛ 4" <3ф (3- 1 )

А на 1 м3 газового топлива

<3рр==<3сн+<3в. вн + 4л - (3-2)

В формулах (3-1) и (3-2):

(Зрн и (3ен — низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива и сухой массы газового топлива, МДж/м3;

Рв. вн=Р/[ (/°хв)'—/°в]—тепло, внесенное воздухом, подогретым вне парогенератора;

Р' — отношение количества воздуха на входе в парогенератор к теоретически необходимому;

(/°в)' и /°х. в — энтальпия теоретически необходимого количества воз­духа на входе в парогенератор и холодного воздуха;

*тл — физическое тепло топлива;

С1ф = 6ф(1ф—2,5)—-тепло, вносимое паром, распиливающим мазут;

(Зф и — расход и энтальпия распыливающего пара, кг/кг и МДж/кг;

(2к=40,6- 10_^(С02)рк — тепло, расходуемое на разложение карбо­натов при сжигании сланцев;

(С02)рк — содержание углекислоты карбонатов в рабочей массе сланцев, %.

Коэффициент разложения карбонатов принимается при слоевом сжигании сланцев равным & = 0,7, а при камерном &=1.

Физическое тепло топлива

^'тл = Стл^тл, МДж/кг, кДж/м3. (3‘3)

В формуле:

Стл — теплоемкость топлива, МДж/(кг-°С) или МДж/(м3-°С);

^тл — температура топлива, °С.

Теплоемкость рабочей массы твердого топлива

О ]УР, „ 100 —ГР.. п „

С тл = "ШГ + ^тл—Гоо—’ мДж/(кг-°С), (3-4)

Где сстл — теплоемкость сухой массы твердого топлива, принимается по данным табл. 3-1 [Л. 3].

Таблица 3-1

Теплоемкость мазута стл, кДж/кг, определяется по формуле

TOC o "1-5" h z стл = 0,415 + 0,0006^, (3-5)

Где і — температура мазута.

Теплоемкость газового топлива, отнесенная к 1 м3 сухого газа, Сг. тл, кДж/(м3-°С) определяется по формуле:

Сг. тл = 0,01 (с На Н2 -}- СсоС О -- СснСН< 4" ССОа СОг +

1- 0,00124сНіО^г. тл. (3-6)

В формуле:

Сн2 ’ ссо* Ссн4* ссо, » сн2о ~ соответственно теплоемкости водорода«

Окиси углерода, метана, углекислого газа и водяного пара, ■ кДж/ (м3-°С);

Нг, СО, СН4, СОг — процентное содержание водорода, окиси угле* рода, метана, углекислого газа в 1 м3 сухого газового топлива, %;

^г. тл — содержание влаги в расчете на 1 м3 сухого газового топли­ва, г/м3.

Значения теплоемкостей негорючих составляю/цих газов приведены в табл. 2-1, а горючих газов — в [Л. 3].

Полное количество полезно использованного тепла фпг, МВт, в па­рогенераторе составляет:

(Зпг-— -^Пв (Іпе і'п. в) ”Ь 2/)вТ (^ ВТ І вт) +

+ Ан. п(*н. п - і'п. в) +^пр(ікип - *п. в) + фот - (^’7)

В формуле:

Аге — производительность парогенератора (расход первичного пара), кг/с;

^вт — расход вторичного пара, кг/с;

Ai. ii — расход насыщенного пара на сторону, кг/с;

Аф — расход продувочной воды, кг/с;

-Овт — расход пара через вторичный пароперегреватель, кг/с (при более чем одном промежуточном перегреве тепловосприятия промпе - регревателей нужно суммировать);

І'пе, і'вт и і"вт, ін. п, іпр и іц. в — энтальпии перегретого пара у главной парозапорной задвижки, на входе и выходе из промежуточного паро­перегревателя, насыщенного пара (определяемая по давлению в бара­бане парогенератора), продувочной воды (подсчитываемой по давлению в барабане, а при прямоточных сепарационных парогенераторах — по давлению в сепараторе), питательной воды, МДж/кг;

(Зот — тепловосприятие воды или воздуха, подогреваемых в паро­генераторе и отдаваемых на сторону, МВт.

Воздух, £3

'г.0

А-

Топливо

Продукты Сгорания

Вп

Рис. 3-1. К тепловому балансу парогенератора.

Распределение тепла, вносимого в парогенератор, на используемое тепло и на отдельные потери называется тепловым балансом парогенератора.

При составлении теплового баланса для парогенератора в целом (рис. 3-1) тепло, воспринятое воздухом в воздухоподогревателе и вне­сенное в топку, представляет собой внутреннюю рециркуляцию между воздушным подогревателем и топочной камерой и при выбранной си­стеме расчета не должно вноситься ни в располагаемое, ни в исполь­зуемое количество тепла. Полезно используемым является тепло, вос­принятое экранными поверхностями, расположенными в топке, и конвективными поверхностями, расположенными в газоходах: паропе­регревателе и водяном экономайзере. Тепло холодного воздуха и присо - сов в величину располагаемого тепла условно не вносят, учитывая его соответственным уменьшением потерь с уходящими газами.

Продукты сгорания, пройдя весь парогенератор, при коэффициенте избытка воздуха аух и температуре газов Фух через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

При установившемся тепловом режиме работы парогенератора уравнение теплового баланса записывается в виде

ФРр=ф1+(?2+фз+ф4+ф5+фб - (3-8)

Если располагаемое тепло принять за 100%, то

100=<71 + <724-<7з+<74+<754-<76. (3-9)

В уравнениях (3-8) и (3-9):

100 == ЮО— полезно использованное тепло, %;

<?Рр ~ В(рР

В — расход топлива, кг/с;

($2 и <72, Яз и <7з, С}4 и <74, и <75, (?б и <7б— соответственно потери тепла с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения парогенератора и потери с физическим теплом шлаков и на охлаждение панелей, не включенных в циркуляцию парогенератора, МДж/кг или МДж/м3, и %.

Из тепловых потерь наибольшими являются потери с уходя­щими г а з а м и <72, %,

Ч,= /у’1~^/Чв (100-<?.), (3-10)

Где /ух — энтальпия уходящих газов при соответствующих избытке воз­духа аух и температуре Фух.

Потери тепла с уходящими газами обычно составляют 5—8% рас* полагаемого тепла.

При разомкнутой схеме пылеприготовления и сушке топлива га­зами, отбираемыми за промежуточной поверхностью нагрева, потеря тепла <72, %, определяемая при расчете парогенератора на подсушен­ном топливе, составляет:

Д,= Г,<М + (1 ~ ^ ~ (100 - ?<), (3-11)

Где г и /отб — доля отбираемых на сушку газов, и их энтальпия.

В связи с тем, что значения энтальпии даны на 1 кг топлива,

В формулы (3-10) и (3-11) включен сомножитель (100—<74), учитываю­щий механический недожог и выражающий процент сгоревшего топлива.

С понижением температуры уходящих газов на 12—15°С потери тепла уменьшаются примерно на 1%. Поэтому желательно иметь воз­можно низкую температуру уходящих газов, рационально допустимую с точки зрения развития дополнительных поверхностей нагрева. С уве­личением ат и дрисосов воздуха в газоходы парогенератора объем и температура газов возрастают, что приводит к увеличению <72.

Потери тепла от химической неполноты сгора­

Ния (?з, МДж/кг, МДж/м3, когда в составе продуктов сгорания содер­жатся СО, Н2, СН4, подсчитываются по уравнению:

^ У^со "Ь ^ Фн, ^сн* Фсн4* (3-12)

В уравнении:

^со»^на»^сн* ~ объемы СО, Н2 и СН4, м*/кг или м*/м*;

^со» » ^сн4 — теплота сгорания СО, Н2, СН4, МДж/м*.

В связанном состоянии в 1 м3 СО или СН4 находится 0,54 кг угле­рода, т. е. столько же, сколько расходуется его на образование 1 м3' СОг. Поэтому суммарный объем СОг, БОг, СО и СН4 также определя­ется по формуле (2-7), а объем сухих газов при неполном горении составляет:

Т/ 1,866 (Ср -}- 0,3755Рор+к) /<з 1 о

С-г“ К0г + С0+СН4 ‘ ^ '

Выразив в уравнении (3-12) объемы отдельных продуктов сгорания 1ерез объем сухих газов, определенный по (3-13), и учитывая значения теплот сгорания продуктов неполного сгорания согласно табл. 1-4, по­лучим:

N __ (Ср-f - 0.375Sp0p+к) (0.236СС) + 0,202Нг + 0,668СН4) 100 — ,Q л

Чг~~ С02 + S02 + СО + СН4 100 * '

= (3-15)

Небольшая часть топлива не выгорает и выпадает в холодную во­ронку или уносится из топки продуктами сгорания. Тепло, которое мо­жет быть получено при дожигании этой части топлива, составляет п о - терю тепла от механической неполноты сгорания.

По количеству недогоревшего топлива в шлаке и провале и в уносе ложно определить потери тепла от механической неполноты сгорания, f4, %, как

А ____ Q4 1 пп (п _ Лпл+пр, Гун > 32,7АР /о i

QPp 100 “ уашл+пр ЮО-Гшл+пр юо-Гун; QPp • ^ ^

В формуле:

&шл+пр и аун — доли золы топлива в шлаке и провале и в уносе;

Лпл+пр и Гун — содержание горючих в шлаке и провале и в уно - %;

32,7 — теплота сгорания горючих в шлаке и провале и в уносе, МДж/кг.

Потери тепла от химической и механической не­полноты сгорания <7з+<74 зависят от вида сжигаемого топлива, от коэффициента избытка воздуха, от способа сжигания и совершенства организации топочного процесса. Вследствие недостаточно совершенной организации сжигания в топочном объеме агрегатов со слоевым сжига­нием в них <7з больше, чем в камерных топках. В камерных топках при сжигании твердых топлив qz не превышает 0,5%. При сжигании жидких ш газообразных топлив q3 может достигать 1—1,5% и более, особенно "ари сжигании низкокалорийных газов.

Для камерных топок при сжигании твердых топлив q4 в основном «вязано с уносом несгоревших частиц топлива продуктами сгорания и заходится в пределах 0—5%, причем верхний предел относится к сжи­ганию низкореакционных топлив с малым выходом летучих, а именно к антрацитовому штыбу и полуантрацитам. При углях с большим вы­ходом летучих механическая неполнота сгорания меньше и составляет 0,5—1,5%. Вследствие интенсификации процесса горения при сжигании топлив в топках с жидким шлакоудалением механический недожог сни­жается по сравнению с величиной q4 в топках с гранулированным шла­коудалением.

Потери тепла в окружающую среду q5 зависят от раз­мера и температуры наружной поверхности парогенератора и темпера­туры окружающего воздуха. Поверхность охлаждения, приходящаяся ма единицу мощности парогенератора, уменьшается с увеличением его яяропроизводительности. Поэтому q*, тем больше, чем меньше произво­дительность агрегата. На основе обобщения опыта работы большого количества парогенераторов получены значения потерь тепла от наруж­ного охлаждения в зависимости от их паропроизводительности. Так, например, для агрегата паропроизводительностью 55 кг/с q$ составляет 44
€,5%; для 110 кг/с—0,4%, а для 250 кг/с и более — 0,2%. Для упро­щения в тепловых расчетах принимают, что потери тепла от наружного охлаждения распределяются между отдельными газоходами пропорцио­нально воспринимаемому теплу в каждом из них. Поэтому при опре­делении количества тепла, воспринимаемого поверхностями нагрева, <75 учитывается введением коэффициента сохранения тепла

?=1-------------- (3-17)

"^ПГ Я 5

Потери с физическим теплом шлака <7б)Шл, %,

__ ^ШЛ-4РСшЛ^ШЛ

<7в, щл •

В формуле:

/Шл и сШл — температура и теплоемкость шлаков;

Яшл — доля золы топлива в шлаке.

При твердом шлакоудалении температура шлаков достигает 600— 700°С, при жидком температура шлаков превышает температуру нача­ла жидкоплавкого состояния золы примерно на 100°С.

Потеря тепла на охлаждение панелей и балок <7б, охл, %, не вклю­ченных в циркуляционную схему парогенератора,

<?.. охл= 100, (3-19)

Где Нохл — лучевоспринимающая поверхность панелей, обращенных в топку.