ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
При составлении теплового баланса котельного агрегата устанавливается равенство между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом 
, и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2-6. На основании теплового баланса вычисляются КПД котельного агрегата и необходимый расход топлива.
Тепловой баланс составляется на 1кг твёрдого (жидкого) или 1м3 газообразного топлива при установившемся тепловом состоянии котельного агрегата.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид
= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , кДж/кг или кДж/м3 .
Располагаемая теплота 1 кг твердого (жидкого) топлива определяется по формуле
, кДж/кг ,
где 
- низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг; iтл - физическая теплота топлива, кДж/кг; Qф - теплота, вносимая в топку с паровым дутьем или при паровом распылении мазута, кДж/кг; Qв.вн - теплота, внесенная в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/кг.
Для большинства видов достаточно сухих и малосернистых твёрдых топлив принимают Qр = 
, а для газового топлива принимается 
. Для сильно влажных твёрдых топливи жидких топливучитывается физическая теплота топлива iтл , которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива
iтл = стл tтл .
Для твёрдых топлив в летний период времени принимают tтл = 20 °С , а теплоёмкость топлива рассчитывают по формуле
, кДж/(кг· К) .
Теплоёмкость сухой массы топлива 
составляет:
- для бурых углей - 1,13 кДж/(кг∙ К);
- для каменных углей - 1,09 кДж/(кг·К);
- для углей А, ПА, Т - 0,92 кДж/(кг·К).
В зимний период принимают tтл =0 °С и физическую теплоту не учитывают.
Температура жидкого топлива (мазута) должна быть достаточно высокой для обеспечения тонкого распыла в форсунках котельного агрегата. Обычно она составляет 
= 90-140 °С.
Теплоёмкость мазута
, кДж/(кг ·К) .
В случае предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах перед его поступлением в воздухоподогреватель котельного агрегата теплоту такого подогрева Qв.вн включают в располагаемую теплоту топлива и рассчитывают по формуле
, кДж/кг ,
где bгв - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому; Δαвп – присосы воздуха в воздухоподогревателях; 
- энтальпия теоретического объема холодного воздуха; 
- энтальпия теоретического объема воздуха на входе в воздухоподогреватель.
При использовании для распыла мазута паромеханических форсунок в топку котельного агрегата вместе с разогретым мазутом поступает пар из общестанционной магистрали. Он вносит в топку дополнительную теплоту Qф , определяемую по формуле
Qф = Gф (iф – 2380) , кДж/кг ,
где Gф – удельный расход пара на 1 кг мазута, кг/кг; iф - энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг.
Параметры пара, поступающего на распыл мазута, обычно составляют 0,3-0,6 МПа и 280-350 °С ; удельный расход пара при номинальной нагрузке находится в пределах Gф = 0,03 - 0,05 кг/кг.
Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:
- для водогрейного котла
Q = Dв 
, кВт ,
где Dв - расход воды через котел, кг/с; 
, 
- энтальпия воды на входе и на выходе из котла, кДж/кг;
- для парового котла
, кВт ,
где Dпе - расход перегретого пара, кг/с; Dпр - расход продувочной воды (под непрерывной продувкой понимают ту часть воды, которая удаляется из барабана котла для снижения солесодержания котловой воды), кг/с; iпе - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; iпв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; iкип - энтальпия кипящей воды, кДж/кг.
Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котельного агрегата.
Расход продувочной воды из барабанного парового котельного агрегата составляет
, кг/с ,
где р - непрерывная продувка котельного агрегата, % ; при р < 2 % теплота продувочной воды составляет менее 0,4 % полезного тепловыделения и может не учитываться.
Коэффициент полезного действия проектируемого парового котельного агрегата определяется из обратного баланса
h = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) , %.
Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котельного агрегата и сжигаемого топлива.
Потери теплоты с уходящими газами q2 (5-12%) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) 
газов, покидающих котел, превышает теплоту поступающего в котел воздуха 
и определяется по формуле
, % ,
где Iух- энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м3, определяемая по Jух при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем первой ступени; Iохв - энтальпия холодного воздуха.
Потери теплоты с уходящими газами зависят от выбранной температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха, так как увеличение избытка воздуха приводит к увеличению объема дымовых газов и, следовательно, возрастанию потерь.
Одним из возможных направлений снижения потерь теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, величина которого зависит от коэффициента избытка воздуха в топке 
и присосов воздуха в газоходы котла 
aух = + 
.
Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке. Для различных топлив и способов сжигания топлива рекомендуется принимать определенные оптимальные значения αт.
Увеличение избытка воздуха (рис. 2) приводит к росту потерь теплоты с уходящими газами ( q2 ), а снижение - к повышению потерь с химическим и механическим недожогом топлива (q3 , q4 ).
Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха будет соответствовать минимальному значению суммы потерь q2 + q3 + q4 .
Рис. 2. К определению оптимального значения коэффициента
избытка воздуха
Так, оптимальные значения коэффициента избытка воздуха в топке αт при сжигании:
мазута 1,05 – 1,1;
природного газа 1,05 – 1,1;
твердого топлива:
камерное сжигание 1,15 – 1,2;
слоевое сжигание 1,3 – 1,4.
Присосы воздуха по газовому тракту котла в идеале могут быть сведены к нулю, однако полное уплотнение различных лючков и гляделок затруднено, и для котлов, работающих под разряжением, присосы составляют Δα = 0,15 – 0,3.
Важнейшим фактором, влияющим на потерю теплоты с уходящими газами, является температура уходящих газов. Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котельного агрегата, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь. Снижение температуры уходящих газов на 12-16 °С приводит к повышению КПД котельного агрегата примерно на 1,0 %. Температура уходящих газов находится в пределах 120-170 °С. Однако глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.
Низкотемпературной коррозииподвержены, как правило, трубы нижних пакетов воздухоподогревателя I-й ступени. Это связано с тем, что трубы воздухоподогревателя расположены в зоне низких температур уходящих газов и воздуха.
Низкотемпературная коррозия будет происходить, если температура стенки трубы будет ниже температуры точки росы tр дымовых газов.
Температура точки росы – это температура, при которой начинается конденсация водяных паров или паров серной кислоты из дымовых газов.
При полном сгорании топлива дымовые газы состоят из водяных паров Н2О, углекислого газа СО2 , двуокиси серы SO2 , азота N2 и избыточного кислорода О2 . Сернистый ангидрид SO2 , соединяясь с кислородом, образует серный ангидрид
SO2 + O2 → SO3 .
Таким образом, количество серного ангидрида будет определяться количеством избыточного кислорода в продуктах сгорания, то есть коэффициентом избытка воздуха.
В свою очередь, серный ангидрид, соединяясь с водяными парами, образует пары серной кислоты, которые, конденсируясь на поверхности труб, будут вызывать коррозию металла:
Н2О + SO3 → H2SO4 ,
H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2 .
При сжигании топлив, не содержащих серы (природный газ, древесное топливо), коррозия будет происходить при конденсации водяных паров
3Н2О + 2Fe → Fe2O3 + 3H2 .
Поэтому температура стенки труб воздухоподогревателя должна быть выше температуры точки росы на 10-15 °С
tст = tр + 10-15 °С ,
и определяется как 
, °С , где 
- температура уходящих газов, °С; 
- температура воздуха на входе в воздухоподогреватель, °С.
Исходя из этого, выбирается температура уходящих газов.
Температура точки росы зависит от парциального давления водяных паров и паров серной кислоты, т.е. зависит от влажности топлива и содержания в нем серы 
.
При сжигании твердых топлив в пылевидном состоянии температура точки росы дымовых газов tр рассчитывается в зависимости от температуры конденсации влаги при парциальном давлении в газах tкон , которая определяется по «I – d» диаграмме, и приведенного содержания серы 
и золы 
в топливе по формуле
tр = tкон + Δtр , °С,
где Δtр определяется по рис. 3.
Рис. 3. Разность температур точки росы дымовых газов и конденсации
содержащихся в них водяных паров при сжигании твердых
топлив
При сжигании мазута с коэффициентом избытка воздуха в топке αт >1,03 температура точки росы дымовых газов определяется по рис. 4.
Рис. 4. Точка росы дымовых газов при сжигании мазута (αт > 1,03)
Продукты сгорания высоковлажных топлив из-за повышенного объема газов требуют для своего охлаждения увеличенных размеров конвективных поверхностей, поэтому при сжигании влажных топлив экономически оправдывается более высокая температура уходящих газов. Рекомендуемые температуры уходящих газов в зависимости от приведенной влажности твердого топлива 
, (%·кг)/МДж, и температуры питательной воды приведены в табл. 1. Высокая температура уходящих газов при сжигании сернистых мазутов обусловлена защитой воздухоподогревателя от интенсивной низкотемпературной коррозии.
Таблица 1
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 2403;