- •Введение
- •Глава 1. Котельная установка морского судна
- •1.1 Потребители пара на судне
- •1.3 Назначение и классификация котлов
- •1.4 Требования к котлам
- •2.4 Основы теории топочных процессов
- •Глава 3. Топочные устройства котлов
- •3.1 Сжигание жидких топлив в топке котла
- •Глава 4. Тепловой баланс котла
- •4.1 Уравнения прямого и обратного теплового баланса
- •4.3. Уравнения теплового баланса утилизационного котла
- •Глава 5. Процессы теплообмена в котле
- •5.3 Конвективный теплообмен
- •5.5 Теплопередача в пароперегревателях
- •Глава 6. Гидродинамические характеристики котла
- •6.1 Аэродинамические и газодинамические характеристики
- •Глава 7. Конструкции котлов и их элементов
- •7.2 Главные водотрубные котлы
- •7.3 Вспомогательные водотрубные котлы
- •7.6 Утилизационные котлы
- •9.1 Причины изменения технического состояния элементов котла
- •9.2 Коррозия в судовых котлах
- •10.1 Задачи технической эксплуатации
- •Глава 11. Водные режимы котла
- •11.2 Обработка питательной воды
- •11.3 Обработка котловой воды
- •Список литературы
и с учетом зависимости q5 |
= |
Q5100 |
получить q5QHP B ≈ q5' |
QHP B' , откуда |
|||
QHP |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
q5' |
q5 B |
|
(4.22) |
|
|
|
|
B' |
||||
|
|
|
|
|
Таким образом, относительные значения тепловой потери в окружающую среду будут изменяться примерно обратно пропорционально расходу топлива (нагрузке котла). Из формулы (4.22) с учетом опытных данных могут быть получены более точные зависимости
q5' = 0,5q5 (1+ |
DK |
(4.23) |
|
DK' |
|||
или |
|
||
|
|
q5' = 0,5q5 (1+ BB')
где: q5, DK, B - соответственно потеря теплоты в окружающую среду, паропроизводительносгь и расход топлива при нормальной нагрузке котла;
q’, DK’, B’ - те же величины при измененной нагрузке котла.
Тепловые потери в окружающую среду в условиях эксплуатации могут увеличиваться вследствие пропусков воды и пара арматурой. Увлажнение изоляции совершенно недопустимо, так как это вызывает ее разрушение и увеличивает тепловую потерю q5.
Распределение общей потери теплоты в окружающую среду по отдельным элементам (топка Q5T , парообразующие трубы Q5KP , пароперегреватель Q5ПЕР , экономайзер Q5BP и воздухоподогрева-
тель Q5ВП ) не влияет на точность теплового расчета, а лишь усложняет его, поэтому тепловые
потери от наружного охлаждения для упрощения расчетов принимают пропорциональными тепловосприятиям поверхностей нагрева. Это, кроме того, позволяет учитывать тепловую потерю q5 введением в уравнение теплового баланса по газовому тракту каждого элемента одинакового множителя - так называемого коэффициента сохранения теплоты.
ϕ =1− |
|
q5 |
(4.24) |
|
100 |
||||
|
|
где: q5 – потеря теплоты в окружающую среду через наружные стенки всего котла в целом.
Итак, с учетом изложенного (см. пп. 4.1, 4.2) тепловой баланс главного котла с газовым подогревом воздуха можно для наглядности представить в виде схемы (рис. 4.3), на которой, кроме известных, имеются обозначения:
- энтальпии газов теоретическая Ia, на выходе из топки IЗТ, на выходе из парообразующего пучка труб I”КП, пароперегревателя I”ЗП, водяного экономайзера IВЭ и воздухоподогревателя I”ВП =
IУХ.
- полезно использованная теплота в экранных поверхностях нагрева QПР конвективном парообразующем пучке труб QКП, пароперегревателе QПЕР, и экономайзере QВЭ.
4.3. УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА УТИЛИЗАЦИОННОГО КОТЛА
Для утилизационных котлов уравнения теплового баланса могут быть составлены с использованием зависимостей, которые выведены для главных и вспомогательных котлов. Можно также применить основное уравнение (4.1), в котором будет равно количеству теплоты от газов, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива в дизеле или газовой турбине, т.е
QПОД = I1c |
(4.25) |
где I1 - энтальпия газов при входе в утилизационный котел (рис. 4.4); c ≤ 1 - коэффициент, учитывающий протечки или перепуск газов помимо утилизационного котла через специальное
газоперепускное устройство. Уравнение прямого теплового баланса утилизационного котла составляют также для пароводяного тракта.
Рис. 4.3. Содержание уравнения теплового баланса котла с газовым воздухоподогревателем..
На рис. 4.4 приведена одна из схем утилизационного котла дизельной установки с паровым турбогенератором. Особенность этой схемы состоит в том, что циркулирующая вода забирается насосом 4 из сепаратора 5 и попадает в экономайзер 1, который включен последовательно с парообразующей поверхностью 2. Насыщенный пар из сепаратора направляется в пароперегреватель 3 и трубопровод 6 к вспомогательным потребителям.
Рис. 4.4. Принципиальная схема утилизационного котла
сэкономайзером, включенным последовательно
спарообразующей поверхностью (к расчету теплового баланса).
Полезно использованное количество теплоты в пароводяном тракте в соответствии с принятыми на схеме обозначениями можно записать в форме, аналогичной формуле (4.9):
Q1 = |
DПЕР |
(iПЕР −iПВ )+ |
DH |
(ix −iПВ ) |
(4.26) |
|
|
||||
|
B |
B |
|
где: Dпер.и DH - паропроизводительность по пару соответственно перегретому и насыщенному, кг/с; В - расход топлива в двигателе, кг/с;
iПЕР, iX, iПВ - энтальпия перегретого и насыщенного пара и питательной воды, кДж/кг.
Подставив в формулу (4.7) величины QПОД и Q1 из уравнений (4.25) и (4.26), получим зависимость для условного КПД утилизационного котла согласно уравнению прямого теплового
баланса |
|
= DПЕР (iПЕР |
−iПВ )+ DH (iX |
−iПВ ) |
||||||
η |
|
|||||||||
|
K |
|
|
|
|
|
cBI1 |
|
(4.27) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для котлов, генерирующих только насыщенный пар, формула (4.26) может быть упрощена: |
||||||||||
|
|
|
Q1 = |
DK |
(iX −iПВ ) |
(4.28) |
||||
|
|
|
|
B |
|
|
||||
Тогда уравнение (4.27) запишется в виде |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ηK = |
|
DK (iX −iПВ ) |
|
(4.29) |
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
cBI1 |
|
|
|
Уравнение обратного теплового баланса может быть составлено согласно общему уравнению |
||||||||||
(4.1) с использованием зависимости (4.25): |
|
|
|
i=5 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
cI1 = cQ1 + c∑Qi |
(4.30) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
i=2 |
|
|
|
|
|
|
I1 = Q1 + Q2 + Q5 |
(4.31) |
где Q1 - полезно использованная теплота в пароводяном тракте, отнесенная к 1 кг топлива, сжигаемого в главном двигателе кДж/кг;
Q2 Q5 - тепловые потери соответственно с уходящими из котла газами и в окружающую среду, отнесенные к 1 кг топлива, кДж/кг.
Здесь можно также получить уравнение, которое будет аналогично равенству (4.6). Разделив левую и правую части уравнения (4.31) на I, и умножив на 100, можно записать уравнение обратного теплового баланса утилизационного котла:
|
|
|
|
|
|
|
|
ηK + q2 + q5 =100 |
(4.32) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где: ηK = |
Q1 |
100; |
q2 |
= |
Q2 |
100; |
q5 |
= |
Q5 |
100 |
|
|
I |
I |
|
||||||||
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
Сопоставляя зависимость (4.32) с формулой (4.6), следует отметить естественное отсутствие в утилизационном котле тепловых потерь q3 и q4 связанных с процессом сжигания топлива. Эти потери имеются в двигателе, поэтому их нет в уравнении теплового баланса (4.32), однако они оказывают влияние на эффективность работы утилизационного котла по условиям низкотемпературной коррозии (точка росы газов) и загрязнения поверхностей нагрева. Таким образом, в утилизационном котле имеются две тепловые потери – q2 и q5.
Потеря теплоты с уходящими газами q2 может быть условно определена по формуле (4.14),
которая запишется в виде |
I2 |
|
|
|
q2 = |
100 |
(4.33) |
||
I1 |
||||
|
|
|
где I2 - энтальпия газов, уходящих из утилизационного котла при температуре t2 (см. рис. 4.4), кДж/кг.
Для уменьшения потери q2 необходимо снижать температуру t2. Ограничениями к снижению t2 являются рабочее давление пара при обычной утилизации теплоты и условия, исключающие низкотемпературную коррозию хвостовой поверхности нагрева котла в установке с утилизационным турбогенератором.
Потеря теплоты в окружающую среду q5 в утилизационном котле также учитывается введением в уравнение теплового баланса по газовому тракту множителя - коэффициента сохранения теплоты φ, определяемого по формуле (4.24). Величина q5 в этой формуле может выбираться равной 1-3 % (меньшие значения относятся к котлам с более высокой паропроизводительностью).
В зависимости (4.31) величина Q1 может быть определена также из уравнения теплового баланса по газовой стороне (см. рис. 4.4):
Q1 = (I1 − I2 )ϕ |
(4.34) |
|||||
После подстановки Q1 из формулы (4.34) в формулу (4.32) можно написать уравнение для |
||||||
КПД по обратному тепловому балансу: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
(4.35) |
ηK |
= |
|
− |
|
|
|
|
|
|||||
1 |
I1 |
ϕ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Необходимо отметить, что КПД утилизационного котла согласно уравнению (4.35) следует рассматривать как некоторую условную величину, характеризующую степень использования теплоты в агрегате.
Контрольные вопросы и задания
1.Пояснил, содержание выражений прямого и обратного тепловых балансов.
2.Дать определение температуры точки росы дымовых газов.
3.Выполнить анализ тепловых потерь и указать пути их снижения в эксплуатации.
4.Каковы особенности уравнения теплового баланса утилизационных котлов?