Определение отдельных статей тепловых потерь

1.Потери теплоты с уходящими газами определяются как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из агрегата поданного в топку и присосанного по газоходам воздуха:

Q₂=I _ух– α_ух = V _ух(сυ)_ух– α_ух (сυ)_в (4.3)

или:

q ₂= – при сжигании газа и мазута; q ₂= – для слоевого сжигания углей с учётом уменьшения объёма и энтальпии продуктов сгорания при механическом недожоге.

Здесь (сυ) – энтальпия 1 м³ продуктов сгорания или воздуха, энтальпия уходящих газов, кДж/м³ определяется по формуле (3.22);

α_ух – коффициент избытка воздуха на выходе из парогенератора;

= 40 – энтальпия холодного воздуха при 30°С, кДж/м³.

Потери q ₂, как и прочие тепловые потери, желательно иметь минимальными, а для этого и температуру на выходе из парогенератора надо иметь минимально возможную. Поэтому для более глубокого охлаждения продуктов сгорания устанавливают водяные экономайзеры и воздушные подогреватели. Обычно t _ух=120-200°С с установкой экономайзеров и t _ух=300-400°С без экономайзерной зоны. Но t _ух не может быть слишком низкой, если в продуктах сгорания имеется ангидрид SO₃, т.к. при соединении с водяными парами получаются пары серной кислоты и нельзя допустить концентрации этих паров на поверхностях нагрева. Обычно t _ух=135-140°С для углей, содержащих серу, и t _ух=150°С – для сернистых мазутов. Более конкретно температура уходящих газов t _ух, °C, принимается по рекомендации [1] или таблице:

 

Температура уходящих газов t _ух, ^оС

Топливо	При паропроизводительности
D<т/ч	D>12т/ч
Твёрдое <0,72 ≤1,50 =1,5-5,0 >5,0 Природный газ Мазут	120-130 130-140 140-150 150-160	120-130 120-140 130-150 140-160

Здесь = / – приведённая влажность топлива, %·кг/МДж.

Таблица 3.3

Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных

газов, концентрация золы, теоретические объемы воздуха

и компонентов дымовых газов

Величина	Расчёт-ная	Теоретические объёмы: =…; =…; =…; =…
форму- ла	Участки газового тракта
Топка	Конвективные пучки	Водяной экономайзер	Воздушный подогреватель	Золоуловитель
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева α Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе αср Избыточное количество воздуха , м3/кг или м3/м3 Объём водяных паров , м3/кг или м3/м3 Полный объём продуктов сгорания V г, м3/кг или м3/м3 Объёмная доля трёхатомных газов Объёмная доля водяных паров Суммарная объёмная доля r п Концентрация золы в продук- тах сгорания μ, кг/кг	(3.1) (3.2)     (3.11)   (3.12)   (3.13)   (3.14)   (3.15)     (3.16)   (3.17)   (3.18)	αт	αI	αII	αвэ	αвп	αзу

Примечание. Если котёл имеет один конвективный пучок, тогда надо взять одно значение коэффициента избытка воздуха α.

 

Таблица 3.4

Энтальпия 1 м³ воздуха, газообразных продуктов сгорания,

кДж/м³ и 1 кг золы, кДж/кг

υ,°С	(cυ;)в	(cυ;)	(cυ;)	(cυ;)	(cυ;)	(cυ;)зл

Таблица 3.5

Энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг или кДж/м³

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева, °С	, формула (3.19)	, формула (3.20)	, формула (3.21)	, формула (3.22)
Верх топочной камеры при αт
Первый конвективный газоход при αI
Второй конвективный газоход при αII
Водяной экономайзер при αэк

 

Здесь (сυ)_зл – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг. Энтальпия золы учитывается только при условии А^р ·α_ун >1,4 кг·10²/МДж.

 

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) зависит от вида топлива, содержания в нём летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента расхода воздуха в топке, от температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке и горелке. Признаком недожога является наличие в уходящих газах горючих компонентов CO, H₂, CH₄. В основном химический недожог обусловлен некачественным смешением топлива с воздухом.

Обычно q ₃ = 0,5% при сжигании газа и мазута. Для твердых топлив q ₃ выбирают по рекомендациям [1] или [2, табл.4.1, 4.2 и 4.4].

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (механический недожог) наблюдается только при сжигании твёрдых топлив в слое и обусловлена наличием твёрдых несгоревших частиц топлива в очаговых остатках. Очаговые остатки покидают топку с провалом, шлаком и уносом с дымовыми газами. Вся зола А ^р в топливе при слоевом сжигании может перейти частично в провал, шлак и унос. Следовательно, если принять количество золы, поступившей в топку, за 100%, то золовой баланс топки составит

а _пр+ а _шл+ а _ун=1.

Здесь а _пр, а _шл и а _ун – доля провала, шлака и уноса в золе.

Потери теплоты от механического недожога зависят от вида сжигаемого топлива, его фракционного состава, форсировки колосниковой решётки и топочного объёма, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента расхода воздуха в топке. При слоевом сжигании q ₄ зависит также от зольности топлива, а при факельном не зависит. При сжигании природного газа и мазута q ₄=0, а при слоевом сжигании принимается по рекомендации [2, табл. 4.1, 4.2 и 4.4].

4. Потери теплоты от наружного охлаждения (потери в окружающую среду) обусловлены передачей теплоты через обмуровку наружному воздуху и зависит от теплового сопротивления обмуровки и общей поверхности ограждающих стен.

На основании длительной эксплуатации парогенераторов выработаны рекомендации для определения q ₅ в зависимости от паропроизводительности D:

D, т/ч	2,5	4,0	6,5
q 5, %	3,8	3,0	2,2	1,8	1,3

При создании новых агрегатов обычно для первоначальных расчётов q ₅ принимают до 5%.

5. Потери теплоты в виде физической теплоты шлаков учитывают в расчётах при сжигании высокозольных углей и определяют по формуле

q ₆= а _шл(с υ)_зл А ^р/ .

Здесь а _шл = 1– а _ун – доля золы в топливе, перешедшая в шлак; а _ун – доля уноса золы с дымовыми газами по [2, табл.4.1 и 4.2]; А ^р – зольность топлива по рабочей массе, %; (с υ)_зл– энтальпия золы, кДж/кг.

Для расчёта принять температуру шлака при твёрдом шлакоудалении равной 600°С (см. табл.3.4.)

После определения всех тепловых потерь определить КПД –брутто по уравнению обратного теплового баланса:

η_бр=100 – (q ₂ +q ₃ +q ₄ +q ₅ +q₆). (4.4)

Для определения расхода топлива по уравнению прямого баланса необходимо определить полезную мощность парогенератора и располагаемую теплоту.

Полезная мощность парогенератора для случая выработки им перегретого и насыщенного пара, Вт:

Q _пг =D _п.п(i _п.п – i _п.в) + D _н.п(i _н.п – i _п.в) + D _пр(i ΄– i _п.в), (4.5)

где D _п.п и D _н.п- расходы перегретого и насыщенного пара, кг/ч; D _пр – расход воды на продувку с энтальпией i ΄при кипении, по давлению в барабане, кг/ч; D _пр= 2…5% от полной паропроизводительности котла; i _п.п, i _н.п и i _п.в – энтальпии перегретого пара, насыщенного пара и питательной воды, кДж/кг.

Располагаемая теплота при сжигании мазута складывается из химической теплоты топлива , теплоты парового дутья , физической теплоты топлива i _тл:

= + + i _тл.

=0,35(i _н.п–2520) – теплота, вносимая в топку через форсунки при паровом распыливании мазута, Дж/кг; i _тл= с _тл· t _тл – физическая теплота мазута, кДж/кг,

где t _тл – температура мазута перед форсункой, принимается в зависимости от вязкости мазута равной t _тл = 90 … 130°С;

с _тл= 1,74 +0,0025 t _тл – удельная теплоёмкость мазута, кДж/(кг·К).

В промышленных парогенераторах физическая теплота топлива учитывается только при сжигании мазутов. Твёрдое и газообразное топливо сжигают обычно без подогрева.

В расчётах при сжигании углей и природных газов принимают

= .

С учётом того, что Q _пг= B _н · Q ₁ и η_бр= Q ₁· 100/ , номинальный расход топлива, кг/ч или м³/ч, определяется из соотношения

В_н=(D _п.п(i _п.п – i _п.в)+ D _н.п(i _н.п– i _п.в)+ D _пр(i ´ – i _п.в))·100/( ·η_бр). (4.6)

Расчетный расход топлива при сжигании газа и мазута В _р= В _н, при сжигании углей В _р= В _н(1– q ₄/100).

Для последующих расчётов следует определить коэффициент сохранения теплоты:

φ=1 – q₅ / ( η_бр +q₅). (4.7)