Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируются по ряду признаков:

1. Главные и вспомогательные - по назначению.

2. По конструкционному исполнению - водотрубные, в которых вода циркулирует по трубкам, а газы между трубками; огнетрубные, у которых газы проходят внутри трубок, а вода между труб; комбинированные котлы соединяют в себе отдельные элементы водотрубных и огнетрубных котлов.

3. По роду используемого топлива - котлы, работающие на жидком (мазут) и твердом (уголь) топливе. Вспомогательные котлы работают на мазуте, утилизированные на теплоте выхлопных газов ДВС - 380 - 450°С.

4. По типу циркуляции воды и пароводяной смеси - котлы с естественной циркуляцией (рис. 2,3,4) и котлы с принудительной циркуляцией, у которых движение воды создается насосом (утилизатором).

5. По виду тяги - котлы с искусственной тягой, у которых непрерывная подача воздуха в топку котла и удаление продуктов сгорания осуществляется с помощью котельного вентилятора, и котлы с естественной циркуляцией, у которых тяга осуществляется с помощью дымной трубы. У современных вспомогательных ПК применяется комбинированная тяга.

Тепловой баланс ПК

Эффективность рабочего процесса, осуществляемого в вспомогательном или водогрейном котле, характеризуется коэффициентом полезного действия ПК - КПД. Теплота, поступающая в топку ПК, разделяется на полезно используемую (для производства пара или горячей воды) и на тепловые потери.

Тепловой баланс составляет для установившегося режима, т.е. такого режима, при котором расходы пара, продуктов сгорания, воздуха и их параметры во время работы не изменяются.

Количество теплоты, поступающей в топку в расчете на 1 кг топлива, складываются из следующих составляющих: низшей температуры сгорания мазута (39500 - 39700 кДж/кг); теплоты, внесенной атмосферным воздухом, Iх.в.; физической теплоты воздуха i_TJI; теплоты, внесенной распиливающим (форсуночным) паром при применении паромеханических или паровых форсунок, Q_ф; большая часть этой теплоты расходуется на генерацию пара или парогрев воды и называется полезно использованной теплотой Q₁, кДж/кг. Остальная часть теплоты расходуется на тепловые потери с уходящими газами 1_ук вследствии неполноты сгорания Q₃ — химической, механической неполноты сгорания Q₄ и наружного охлаждения Q₅. При установившемся режиме приход топлива равен расходу, т.е.:

Q^р_н + I_x.B. + 1_тл + Q_ф = Q_l + 1_ук + Q₃ + Q₄ + Q₅

При некоторых преобразованиях уравнение теплового баланса примет вид:

Q^р_р =Q_l+Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

2. Т.о. Q₂ - потери тепла с уходящими газами. Эти потери зависят от конструкции котла. С увеличением коэффициента избытка воздуха а и t°C

уходящих газов потери увеличиваются. При загрязнении накипью внутренней пароводяной поверхности ПК, а также поверхностей со стороны топки сажей резко ухудшается теплоотдача в воду, температура уходящих газов увеличивается, а с ними увеличивается Q₂, т.е. потери тепла. У современных ПК с развитой хвостовой частью (пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели) потери тепла с отходящими газами составляют 5 - 23%. Q₂ - самая значительная из всех тепловых потерь. Для ВПК Q2 ближе к величине предела.

3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива Q₃. продукты сгорания топлива в топке котла при недостатке кислорода О₂ на отдельных участках зоны сгорания в условиях низких температур горения образуют СО, Н₂, СН₄ и углеводороды, т.е. продукты неполного сгорания. Ориентировочно можно считать, что Q₃ ≈ 3 - 3,5%.

4. Потери тепла от физической неполноты сгорания Q₄ происходят по причине плохого смешивания с воздухом, плохой работы форсунки, неправильной регулировки факела и др. причинам и составляют до 0,5%. В расчетах этими величинами обычно пренебрегают.

5. Потери тепла во внешнюю среду лучеиспусканием Q₅ обычно объясняются отдачей тепла во внешнюю среду всеми нагретыми частями котельной установки. Величина этих потерь зависит от размеров, качественной теплоизоляции ПК. Обычно потери тепла во внешнюю среду лежат в пределах 1 - 6%.

Если все члены уравнения теплового баланса выразить в процентах от Q^p_p, то уравнение теплового баланса запишется следующим образом:

100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅,

где q_i = (Q_i/ Q^p_p)*100.

КПД ВПК можно выразить следующей зависимостью, если ВПК выдает только насыщенный пар и если пренебречь теплотой, удаляемой с продувочной водой (что вполне допустимо):

,

где Д_нп. - производительность насыщенного пара, кг/ч; i_Hп. - интальпия насыщенного пара, кДж/кг; i_ПВ - интальпия питательной воды, кДж/кг; В - часовой расход топлива, кг/час;

Q^p_p - располагаемая теплота в расчете на 1 кг топлива, кДж/кг.

C_ТЛ = l,74; t_ТЛ = 110-115°C.

К характеристике топлив для котлов.

Основными характеристиками всех видов топлив являются элементарный состав и теплота сгорания.

К числу важных характеристик жидкого топлива следует отнести: вязкость, плотность, температуру застывания, вспышки и воспламенения, а также наличие влаги и твердых механических примесей.

Топливо, подаваемое в топку, называется рабочим, а его масса - рабочей.

1. Элементарный состав топлива из 7-ми элементов.

C^p + H^p + S^р_Л + N^p + O^p + A^p + W^p = 100%;

горючие элементы - С, Н, S, остальные N - азот, О - кислород, W - влага, А - механические примеси зола - балласт, теплотворную способность топлива.

2. Если из топлива удалить влагу, то останется сухая масса:

C^C + H^С + S^С_Л + N^C + О^с + A^C=100%.

Если использовать влагу и золу, то останется горючая масса:

С^г + Н^г + S^Г_Л + О^г = 100%.

S_л =S_к+ S_o - S_K - колчеданная, горючая сера

S₀ - органическая, негорючая.

S^K -> (FeS₂, ZnS); S₀ ->(CaSO₄ , MgSO₄).

В зависимости от содержания серы в топливе оно может быть малосернистым, где S < 0,5%, сернистым, где 0,5% < S < 2% и высокосернистым где 2% < S < 3,5%.

Теплота сгорания топлива - это количество теплоты, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, которая определяется в калориметрической колбе.

Q^p_н - количество теплоты, выделившейся при сгорании 1 кг топлива без учета конденсации водяных паров.

Для мазута Q^p_н = 39500 - 39700 кДж/кг.

Реакция горения.

Горение топлива представляет собой химический процесс быстрого соединения (окисления) горючих элементов топлива с кислородом воздуха, протекающий при высоких температурах и сопровождающийся интенсивным тепловыделением.

Различают полное и неполное сгорание. Сгорание называется полным, если горючие элементы топлива полностью сгорели, т.е. окислились полностью. При полном сгорании образуется углекислый газ СО₂, водяные пары Н₂О и сернистый газ SO₂.

При неполном сгорании топлива в продуктах сгорания на ряду с перечисленными выше соединениями находятся окись углерода СО, водород Н₂, метан СН₄ и другие углеводороды.

Расчеты химической реакции горения - это определение количества воздуха необходимого для горения топлива.

Количество необходимого для горения кислорода и образующихся продуктов сгорания в расчете на 1 кг горючего элемента топлива.

Для технических расчетов принимают следующий состав сухого воздуха: объемная доля О₂ - 21%, массовая доля — 23,2%; объемная доля N₂ - 79%, массовая доля - 76,8%. Тогда количество сухого воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг топлива будет:

кг/кг,

после преобразования

кг/кг,

При С = 86%, S = 0,5%, Н = 13%, О" = 0,5%. а°= 14,5 кг/кг, т.е.

кг/кг.

Для полного сгорания топлива в топку необходимо подавать несколько большее количество воздуха, а именно I, тогда:

а = l/l⁰ =1,05-1,3,

где а - коэффициент избытка топлива.