35. Тепловий баланс парогенератора. Витратні статті теплового балансу. Визначення q2 і q3. Фактори, які впливають на величину q2 і q3.

Тепловой баланс заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла называемым располагаемым теплом (Q^р_р) и суммой полезно используемого тепла Q₁ и величиной тепловых потерь Q₂ ,Q₃ ,Q₄ ,Q₅ ,Q₆ ,Q_7. На основании теплового баланса вычисляется кпд котлоагрегата и необходимый расход топлива. Баланс рассчитывается на1 кг или 1 м³ топлива для установившегося теплового состояния.

Общее уравнение баланса записывается в таком виде:

Q^р_р= Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄₊Q₅+Q₆+Q₇ (кДж/кг) (1)

Q₁- полезно используемое тепло;

Q₂- потери тепла с уходящими газами из котлоагрегата;

Q₃- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅- потери тепла агрегатом в окружающую среду;

Q₆- потери тепла с физической теплотой шлака;

Q₇- потери тепла на аккумуляцию котлоагрегатов при пусках;

Q^р_р- располагаемая теплота 1 кг (1 м³) топлива.

Расходные статьи

Если все слагаемые баланса выразить в относительных величинах, т.е. отнести к располагаемой теплоте и представить это в %, то уравнение (1) примет следующий вид:

q_і= Q_і/ Q^р_р*100

100= q₁₊ q₂₊ q₃₊ q₄₊ q₅₊ q₆₊ q_7;

При тепловом расчете котлоагрегат работающий на твердом топливе полезно используемую теплоту q₁ прямым путем определить нельзя, так как заранее неизвестен расход твердого топлива, поэтому при подсчете теплового баланса q₁ находят как остаточный член после определения всех потерь.

q₂- потери тепла с уходящими газами. Они могут составлять до 15% теплоты топлива. Это основные тепловые потери в котлоагрегате.

q₃- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Они возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих (СО, Н₂, СН₄, СмНn). Что связано с неполным горением топлива в пределах топочной камеры. Их догорание в пароперегревателе или экономайзере становится невозможным из-за низкой температуры и нехватки О₂.

q₄-потери теплоты от механического недожога топлива.

Состоят из 3 составляющих: 1. Потери с провалом топлива сквозь решетку.

2. потери с несгоревшим топливом в шлаке.

3. потери с унесенными несгоревшими частицами топлива золой.

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅ определяются тем, что обмуровка и обшивка котла и его элементы (барабан, коллекторы, паропроводы, короба горячего воздуха), имея более высокую температуру, чем окружающий воздух помещений, отдают часть теплоты наружу, что составляет потери Q₅ кДж/кг. В общем виде эти потери можно установить по следующей формуле

6.25

где F_СТ - площадь наружной поверхности стен котла и высокотемпературных его элементов, м²; α_К, α_Л - коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением, кВт/(м²·К); t_СТ, t_ОКР - соответственно средняя температура поверхности теплоотдающих стен и температура окружающего воздуха, °С; В_Р - расход топлива на котел, кг/с.

Потери теплоты с физической теплотой шлаков q₆ характеризуются тем, что удаляемый из топки шлак, имея довольно высокую температуру, уносит определенное количество теплоты, которое передается воде, находящейся в шлаковой ванне, и безвозвратно теряется. Расчет относительных потерь (в процентах) ведется по формуле

6.27

где а_ШЛ = 1 - а_УН - доля шлакоудаления в топочной камере; (сt)_ШЛ - энтальпия удаляемого шлака, включая теплоту плавления шлака при температуре выше 1300°С, кДж/кг. Значение потерь q₆ существенно зависит от способа удаления шлаков из топки. При организации твердого шлакоудаления принимают долю а_ШЛ = 0,05, температура шлаков при этом составляет 600…700°С. Учет этих потерь при твердом шлакоудалении производится только для многозольных топлив (A^P > 2,5 Q^Р_Н, где Q^Р_Н выражено в МДж/кг). В случае жидкого шлакоудаления температура вытекающего шлака определяются значением температуры плавления t_ШЛ = t_C + 100°С и в среднем составляет 1400…1600°С, доля шлакоудаления также возрастает до a_ШЛ = 0,15…0,30. В этом случае потери q₆ становятся заметными (q₆ = 0,5…1,5%) и их учитывают обязательно.

Определение q₂

Q₂= f(V₂⁰/Q_н^р,α_ух,t_ух);

V₂⁰/Q_н^р- это отношение характеризующее качество топлива, показывает относительный выход продуктов сгорания (при α=1) на 1 теплоты сгорания топлива и зависит от содержания балластных составляющих (W^р, A^р, N^р, CO₂^р, O₂^р). С увеличением балласта в топливе величина V₂⁰/Q_н^р увеличивается и растут потери тепла с уходящими газами. α_ух – зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и величины присосанного воздуха. α_ух = α_т+ Δα.

С уменьшением α_т потери тепла Q₂ снижаются, однако при этом возможно появление другой потери тепла- от химической неполноты сгорания топлива.

Факторы, влияющие на потерю теплоты с уходящими газами (O₂).

1. температура уходящих газов Для снижения υ_ух размещают дополнительные поверхности нагрева.

В области низких температур, даже незначительное снижение υ_ух требует значительного количества поверхностей нагрева, поэтому оптимальную υ_ух определяют технико-экономическими расчетами.

С ростом υ_ух, растет J₂, а значит, снижается КПД, поэтому растет В, а значит и затраты на топливо. Для снижения υ_ух, требуется увеличение Н_нагр, что требует денежных затрат.

3. Присос холодного воздуха

С ростом ∆α, растет объем и температура уходящих газов, соответственно возрастает их энтальпия, а значит, растет потеря с теплотой уходящих газов.

4. Влажность топлива. С ростом влажности, растет содержание воды в топливе, а значит, растет q₂.

5. Загрязнение поверхностей нагрева. С увеличением толщины загрязненного слоя снижается коэффициент теплопередачи k, снижается Q_отд, растет υ_ух = > растет q₂.

6. паропроизводительность котла.

С ростом D, растет Q_выд пропорционально D¹.

С ростом D, растет Q_отд пропорционально Dº^.6.

Меры борьбы с q₂:

1. чистота поверхностей нагрева;

устранение присосов.

Определение q₃

При сжигании топлива, кроме СО₂, Н₂О и SО₂ образуются СО, Н₂ и СН₄ сжигание которых за пределами топки невозможно в виду низких температур. Та теплота, которая выделилась бы при их сжигании, называется потерей от химического недожога.

q₃ для

1. природного газа равно 0, 1-1%;

2. слоевого сжигания газа 0, 5-5%;

3. факельного сжигания угольной пыли 0-0, 5%.

Факторы, влияющие на q₃:

1. коэффициент избытка воздуха α_Т. При α_Т < α_кр появляются зоны с недостатком окислителя = > образуются СО, Н₂ СН₄. Для природного газа и мазута α_кр = 1, 03, а для угольной пыли α_кр = 1, 15.

2. Температура в топке При υ_Г < 1000 снижается скорость реакции горения , растет содержание СО, Н_2, СН₄ и растет q₃. Если υ_Г > 2000 идет процесс диссоциации (продукты полного сгорания распадаются на более простые).

3. тепловые напряжение топочного объема q_V характеризует время пребывания топлива в топочной камере. q_V ~ При q_V < 0,1 снижается В, при этом снижается υ_Г, соответственно снижается W_гор, а значит, растет q₃. А если q_V > 0,4, то растет В, а значит, растет v_Г, при этом растет W_Г, следовательно снижается τ_преб, поэтому растет q₃.

4. паропроизводительность котла.

5. скорость вторичного воздуха. При снижении скорости вторичного воздуха = > снижается скорость смесеобразования, а значит, растет СО, Н₂ и СН₄, соответственно растет q₃.