Тепловой баланс котла

 

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются к.п.д. и необходимый расход топлива [1].

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг твердого (жидкого) или на 1 м³ газообразного топлива при 0 °C и 101,3 кПа и имеет вид

Q_р + Q_в.вн + Q_ф = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆,

где Q_р, Q_в.вн, Q_ф, Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ – соответственно располагаемое тепло топлива Q_р; тепло, подведенное к воздуху предварительно, до входа в воздухоподогреватель, от внешних источников тепла в калориферах Q_в.вн; тепло, внесенное в топку с паровым дутьем Q_ф; полезно использованное тепло Q₁ и тепловые потери: с уходящими газами (Q₂), химическим (Q₃) и механическим (Q₄) недожогом топлива, от наружного охлаждения через ограждающие стенки газоходов котла (Q₅), с физическим теплом шлаков (Q_6шл) и на охлаждение не включенных в циркуляционную схему котла панелей и балок (Q_6охл), кДж/кг (кДж/м³) [1].

Располагаемое тепло на 1 кг топлива определяется по формуле [1]

Q_р = Q_i^r + h_тл + (1-k)·Q_крб,

где Q_i^r – низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг.

Физическое тепло топлива учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогревается посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.), а также при сушке по разомкнутому циклу. Следовательно физическое тепло топлива h_тл при замкнутой системе пылеприготовления не учитывается.

При сжигании сланцев Q_р должно определяться с учетом затрат тепла на разложение содержащихся в них карбонатов Q_крб. Так как в буром угле карбонаты не присутствуют, то тепло Q_крб не учитывается, и в итоге располагаемое тепло равно низшей теплоте сгорания

Q_р = Q_i^r = 9.04 МДж/кг.

В случае предварительного, до входа в воздухоподогреватель котла, подогрева воздуха от внешних источников (t^'_вп = 80 °C) – паром из отборов, отработанным теплом и т.п., тепло этого подогрева [1]

,

где - отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому. При рециркуляции горячего воздуха, в том числе при схеме с избыточным воздухом, доля рециркулирующего воздуха не учитывается в [1].

,

Но так как отсутствует избыточный, отдаваемый на сторону, воздух [1] то

,

где Δα_вп = 0,03 - величина присоса воздуха в воздухоподогревателе;

- отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому, при отсутствии рециркуляции газов и для пылесистемы, работающей под давлением, определяется по формуле [1]

;

Так как рециркуляция газов отсутствует (r_рц = 0), и пылесистема работает под давлением (Δα_пл = 0), определяется по формуле:

β^'_т = α_т – Δα_т,

где Δα_т = 0,02 – величина присоса воздуха для газоплотных топочных камер [1].

β^'_т = α_т – Δα_т = 1,2 – 0,02 = 1,18;

β^' = β^'_т + Δα_вп = 1,18 + 0,06 = 1.24.

Энтальпию теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт (перед калорифером, вентилятором и т.п) определяем по формуле

где кДж/(кг·К) - теплоемкость влажного воздуха при t_х.в [1]; t_х.в = 30 ºС - температура холодного воздуха [1];

кДж/кг.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздухоподогреватель определяется по формуле

,

где кДж/(кг·К) - теплоемкость воздуха при [1];

= 80°C - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель;

кДж/кг.

Так как то;

кДж/кг.

При наличии парового дутья или паровом распыливании мазута паромеханическими или паровыми форсунками в топку поступает пар из общестанционной магистрали. Но поскольку паровое дутьё или паровое распыление мазута применяется редко из-за его дороговизны, то в данном проекте паровое дутье отсутствует, и тепло, вносимое в топку паровым дутьем Q_ф = 0 [1].

 

Потери тепла с уходящими газами, %, [1]

,

где H_г.ух – энтальпия уходящих газов при избытке воздуха α_ух = 1,33 и температуре
= 150 ºС, кДж/кг, из таблицы 3;

= 582 + 5.97·(150– 100) = 880.5 кДж/кг;

H_о.прс – энтальпия воздуха, присасываемого в газоходы котла, кДж/кг, находится по формуле

,

где C_в – теплоемкость влажного воздуха при t_прс = t_х.в = 30 °C.

кДж/кг;

Потери тепла от химической и механической неполноты сгорания , % и , %, зависят от вида топлива, способа его сжигания и принимаются, исходя из рекомендаций основанных на опыте эксплуатации, равными q₃ = 0% и q₄ = 2% [1].

= = 6,612%;

Потери тепла от наружного охлаждения , %, определяются в зависимости от паропроизводительности котла q₅ = 0,45% [1].

Потери тепла с физическим теплом шлака q_6шл, %, определяются по формуле

,

где a_шл = 1 – a_ун = 1 – 0,95 = 0,05;

- энтальпия шлака, кДж/кг; определяется по таблице 8.2.

Температура золы (шлака) принимается равной 600 °C при твердом шлакоудалении [1].

.

Суммарная потеря тепла в котле

Σq = q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q_6шл = 6,612 + 0 + 2 + 0,45 + 0,077 =9,139%;

 

Коэффициент полезного действия котла брутто

η_к = 100 – Σq = 100 – 9,139 = 90,861%.

Разбивка потери тепла от наружного охлаждения котла по отдельным газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Доли этой потери, приходящиеся на отдельные газоходы, для упрощения принимаются пропорциональными количеству тепла, отдаваемого газами в соответствующих газоходах. Поэтому при определении количества тепла, отданного газами, потери тепла от наружного охлаждения учитываются введением коэффициента сохранения тепла [1]

= = 0,995.

Полное количество тепла, полезно использованное в котле [1]

,

где Д_пе – количество выработанного перегретого пара, кг/с;

Д_обв – расход питательной воды, кг/с, подаваемой в котел мимо регенеративных подогревателей с энтальпией h_обв;

h_пе – энтальпия перегретого пара, кДж/кг; определяется по давлению P_пе и температуре t_пе перед главной паровой задвижкой;

h_п.в – энтальпия питательной воды, кДж/кг; определяется по давлению
P_пв = P_б + (0,02-0,05)· P_пе и температуре t_пв на входе в первую поверхность котла;

- расходы впрысков в первичный тракт сторонней воды с энтальпией h_впр,
отличной от h_пв;

Д_н.п – количество насыщенного пара, кг/с, с энтальпией , отданного из котла до пароперегревателя и до установки для получения собственного конденсата;

Д_пр – расход воды на продувку котла, кг/с, с энтальпией кипящей воды и при давлении в барабане P_б; при величине продувки меньше 2% от паропроизводительности котла тепло продувочной воды может не учитываться;

Д_пр = (0,005 – 0,015)·Д_пе = 0,01·94 = 0,094 кг/с;

Д_пп – расходы пара на входе в промежуточные перегреватели, кг/с, с начальной энтальпией , кДж/кг;

- энтальпия пара на выходе из промежуточных перегревателей, кДж/кг;

- расходы впрысков в промперегреватели, включая впрыски питательной воды, с энтальпией ;

Q_от.в – тепло воды, подогреваемой в котле и отдаваемой на сторону, кВт;

Q_изб – тепло избыточного, отдаваемого на сторону, воздуха.

Q_изб = β_изб·(H_о.изб – H^'_о.вп)·B_р,

где ; C_в и t_изб – соответственно теплоемкость и температура избыточного воздуха, отдаваемого на сторону.

Вследствие отсутствия расхода питательной воды мимо регенеративных подогревателей (Д_отб = 0), впрысков сторонней воды в первичный тракт ( = 0), отбора насыщенного пара (Д_н.п = 0), подогретой воды (Q_от.в = 0), подогретого избыточного воздуха (Q_изб) из котла и отсутствия промперегревателя (Д_пп = 0, = 0).

Температура и давление питательной воды P_пв = 15,64 МПа; t_пв = 230⁰С и энтальпия определяется как функция этих двух параметров h_п.в = 993,4 кДж/кг.

Тогда, полное количество тепла, полезно использованное в котле

=94(3436,9 – 993,4) + 0,94(1635,7 – 993,4) = 230,292 МВт;

Расход топлива, подаваемого в топку

= =27,345 кг/с;

Для определения объемов продуктов сгорания и воздуха, а также тепла, отданного в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания

= = 26,798 кг/с.

В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количества тепла подставляется величина B_р. В величины удельных объемов газов и воздуха и их энтальпий поправка на механическую неполноту сгорания не вносится.

Расчет системы пылеприготовления, горелок и топливоподачи ведется по полному расходу топлива B, а тяги и дутья – по расчетному B_р.