Расчётное содержание кислорода

Таблица 6.8

	Размерность	Давление газа перед, горелками в ати.
		0,2	0,3	0,4	0,5
Содержание продуктов сгорания а) в топке: СО2. O2 б) за котлом: СО2 O2	% % % %	11,2 1,1 5,8 10,7	11,6 0,4 6,4 9,6	11,6 0,4 7,0 8,7	11,6 0,4 5,8 10,7

Руководствуясь результатами расчета, следует сказать, что данных при значениях СО₂, установленных при анализе газов, неверно определено содержание СО₂ в топке в первом опыте и за котлом в первом, втором и четвертом опытах; в остальных случаях, где полученное при анализе значение О₂ меньше рас­четного, в продуктах сгорания имелись горючие компоненты, и утверждение наладчиков об отсутствии в продуктах сгорания содержания СО было ошибочным.

Вызывает также сомнение правильность замера температу­ры газов в топке. Сопоставление коэффициента избытка возду­ха и температуры в топке, особенно во втором опыте, когда газ сжигался в теоретических условиях, свидетельствует о явно ненормальной температуре в топке, которая должна быть зна­чительно выше.

В данном случае совершенно ошибочными были действия руководителя наладочной бригады, который не обратил внима­ния на ненормальные характеристики работы топки и не произ­вел наладку. Он ограничился тем, что на основе температуры уходящих газов за котлом, которая для данной точки газового тракта была допустимой, подсчитал потери тепла с уходящими газами. С учетом этой потери был выведен к. п. д. котла, имею­щий абсолютную величину, свидетельствующую о якобы высо­кой экономичности сжигания газа в топке котла. По существу же работа по наладке не была выполнена.

Последний вид потерь тепла при сжигании газа в топках паровых котлов, как и всякого топлива, – потери в окружаю­щую среду q₅ зависят от паропроизводительности котла и могут быть определены по графику ЦКТИ (рис. 2).

Рис.2.

При нагрузках, отличающихся от номинальной, подсчиты­вается по формуле:

(6.47)

Таким образом, определив потери тепла, нетрудно найти к. п. д. котла, т. е. разность между суммой потерь и принятым за 100% израсходованным теплом, т. е.:

Рассмотрим несколько примеров из практики применения упрощенной методики при наладочных испытаниях паровых котлов по данным треста «Орггаз» Министерства коммунального хозяйства РСФСР (данные испытаний приводятся в сокращенном виде).

Пример 6.1: Программой испытаний предусматривалось про­изводство работ по наладке режима сгорания с целью доведения потерь тепла с уходящими газами и от химической неполноты сгорания до минимальных величин.

Объектом работ являлся паровой котел с двумя жаровыми, трубами (ланкаширский) поверхностью нагрева 92 м² с рабо­чим давлением 8 кГ/см². Он оборудован двумя инжекционными горелками среднего давления конструкции института «Сталь-проект», производительностью 110 нм³/час каждая.

При теплотехнических испытаниях парового котла использовались: газоанализатор системы Орса, тягомер ТНЖ, термо­электрический пирометр и ртутные термометры.

Испытание проводилось по второму классу точности.

К началу наладочных работ котел был переведен с антрацита на природный газ Ставропольского месторождения и без испытаний работал некоторое время; при этом заметного увеличения производительности котла сравнительно с работой его на твердом топливе не наблюдалось.

Разумеется, перед началом основных работ по наладке режима работы котла необходимо было провести прикидочные испытания с предварительным изучением условий работы. При осмотре оказалось, что газоход в месте присоединения его к об­щему борову имеет меньшее сечение, чём следует, на шибере было сделано отверстие диаметром 260 мм, а не 100 мм, как это требовалось по правилам техники безопасности. Наличие такого большого отверстия затрудняло регулировку тяги при помощи шибера. В этих условиях были произведены прикидоч­ные испытания, в процессе которых получены явно неудовлет­ворительные результаты использования газового топлива.

Так, при давлении газа перед горелками 0,5 кГ/см² темпера­тура уходящих газов за котлом составляла 240° С, продукты сго­рания в данном сечении газового тракта содержали углекисло­ты 3,6%, кислорода— 10,8%, окиси углерода— 1,8%.

Подсчитанный по общепринятой формуле при данной смеси газов коэффициент избытка воздуха был равен:

Потери тепла с уходящими газами по методике проф. М. Б. Равича составили:

После подстановки значений величин:

Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания, полученные по формуле:

, (6.48)

где Р– низшая теплотворная способность рабочего топлива, отнесенная к 1 нм³ сухих продуктов полного сгорания, образующихся при сгорании газа в теоретических условиях, в ккал/нм³, по табл. 10.

Q _пр.гор — теплотворная способность 1 нм³ сухих уходящих продуктов сгорания по их составу, по формуле:

Q_пр.гор = 30_;2СО' + 25,8Н^’ +85,5CH’₄;

где h– отношение действительного и теоретического объемов сухих продуктов сгорания по данным газового анализа, по формуле:

(6.49)

Произведя подстановку значений величин, вычисляем:

Потери тепла в окружающую среду при номинальной на грузке котла, равной 2 т пара в час, согласно графику ЦКТИ (рис. 2)

К. п. д. котла:

При рассмотрении результатов анализа продуктов сгорания и расчетных величин наладчики сделали вывод, что большой избыток воздуха за котлом является результатом чрезмерного присоса воздуха по газовому тракту, а наличие в уходящих газах окиси углерода свидетельствовало о недостатке воздуха, участвующего в процессе сгорания топлива. Действительно, расчеты показали, что в резуль­тате инжекции в горелки подсасывается около 80% от теорети­ческого количества воздуха, а остальное количество надо было подать в топку за счет тяги.

Исследования состояния обмуровки котла помогли обнаружить значительные неплотности, как в сплошной кирпичной кладке, так и в местах размещения взрывных клапанов.

Не­плотности были устранены, после чего проведены работы по регулированию процесса сгорания газа путем изменения количества воздуха, поступающего в топку. Последнее достигалось изменением положения регулятора первичного воздуха, имеющегося на горелке, и шибера.

После этих операций были проведены основные наладочные испытания. В период испытаний произведено два опыта: при давлении газа перед горелками 0,4 и 0,5 кГ/см², в результате которых получены следующие средние данные (табл.6.9)

Таблица 6.9

Показатели	Обозначения	Размерность	Номер опытов
			прикидочный	1	2
			Давление газа перед горелками
			0,4	0,4	0,5
Количество работающих грелок	__	шт.	2	2	2
Температура воздуха в котельной	tвозд	0С	15	16	15
Величина, открытая регулятора первичного воздуха	__	мм	10	14	15
Разрежение за котлом	S	мм вод. ст	6,5	10	11
Температура уходящих газом за котлом	tу.г	0С	240	340	390
Состав уходящих газов за котлом:
углекислый газ кислород окись углерода коэффициент избытка воздуха за котлом	СО2 О2 СО	% % % __	3,6 10,8 1,8 1,8	8,8 4,0 0,2 1,3	9,4 3,2 0,2 1,22
Потери тепла с уходящими газами	q2	%	17,8	16,8	18,7
Потери тепла в следствии химической неполноты сгорания	q3	%	11,9	0,8	0,7
Потери тепла в окружающую среду	q5	%	3,4	3,4	3,4
Коэффициент полезного действия котла		%	66,9	79,0	77,2

Таким образом, наилучшие экономические показатели рабо­ты котла достигнуты при давлении газа перед горелками, рав­ном 0,4 кГ/см², и разрежении за котлом, равном 10 мм вод. ст. При этих условиях в продуктах сгорания за котлом наблюда­лось почти полное отсутствие окиси углерода и к. п. д. котла по­вышался на 12,1% против значения этого показателя, имев­шегося до наладки.

Если учесть, что котел до перевода на газ работал на антра­ците марки АРШ, при использовании которого в топке с непод­вижной колосниковой решеткой и ручной загрузкой топлива потеря от механической неполноты сгорания составляет до 14%, станет понятно, что перевод котла на газ при действенном кон­троле горения способствовал повышению его экономичности в целом до 25%/

Пример 6.2: К моменту теплотехнических испытаний паровой котел системы ВДГ поверхностью нагрева 28 м² с рабочим давлением 8 кГ/см², оборудованный двумя инжекционными га­зовыми горелками производительностью 58 нм³/час, работал на природном газе.

Согласно программе теплотехнических испытаний, утверж­денной руководством завода, в объем наладочных работ входи­ли подготовка к испытаниям, прикидочные испытания на суще­ствующем режиме работы котла и наладка процесса сгорания.

При испытаниях применялись приборы: ртутные термомет­ры, оптический пирометр, термопары с милливольтметрами; тя­гомер, газоанализатор Орса.

В результате прикидочных испытаний было установлено, что для обеспечения работы котла при номинальной нагрузке доста­точно иметь только одну действующую горелку. Это было учте­но при приведении теплотехнических испытаний.

Анализ проб продуктов сгорания, взятых за котлом при дав­лении газа перед горелкой, равном 0,15 кГ/см², показал сле­дующее среднее наличие компонентов:

содержание СО₂= 10%;

содержание О₂ = 3,2%;

содержание СО = 0%.

Средняя температура уходящих газов, замеренная за котлом, составляла 251⁰С, температура воздуха в котельной в период опыта была равна 31°С.

По общепринятой формуле избыток воздуха за котлом:

Дальнейшие расчеты по формулам проф. М. Б. Равича при­водят к результатам:

Потери тепла с уходящими газами:

Сопоставление полученной величины с проектным значением потерь тепла с уходящими газами показало их почти полное равенство.

Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания в данном испытании отсутствовали. Потери тепла в окружающую среду приняты равными 3,3%.

При этом к. п. д. котла:

= 100—(10,4 + 3,6) =86%.

Второй и третий опыты произведены соответственно при дав­лении газа перед горелкой, равном 0,2 и 0,3 кГ/см².

При этом давлении температура уходящих газов была соответственно 272 и 273° С.

Температура воздуха в котельной при обоих опытах составляла 34° С.

При данных условиях продукты сгорания за котлом в среднем содержали:

во втором опыте в третьем опыте

С0₂ 10,2% 11% ,

0₂ 2,8% 1,4%

СО 0 0

Избыток воздуха за котлом, полученный расчетным путем во втором опыте, составляет 1,13 и в третьем— 1,06.

Потери тепла с уходящими газами, полученные расчетным путем по методике проф. М. Б. Равича, во втором опыте равны 11%, в третьем—11,4%.

Коэффициент полезного действия парового котла при тех же потерях в окружающую среду, как и в период прикидочного испытания, равен: во втором опыте — 85,4%, в третьем — 85%.

Таким образом, как показывают вышеприведенные результаты, наилучшее использование газа производится при давлении перед горелкой 0,15 кГ/см² и избытке воздуха за котлом, равном 1,16.

Пример 6.3. В соответствии с программой произведены наладочные работы по использованию газа в топке парового котла системы ДКВ номинальной производительностью 6,5 т/час при рабочем давлении 13 кГ/см2 К началу испытаний котел был пе­реведен на газ.

При производстве испытаний контроль сгорания производил­ся при помощи аппарата Орса, контроль давления газа перед горелками — пружинным манометром, разрежение — тягомером, температуры– термометрами, а также термоэлектрическим и оптическим пирометрами, в зависимости от точки замера.

Проведению прикидочного опыта предшествовали подгото­вительные работы, в процессе которых были изучены местные условия. Прикидочные испытания проводились при давлении га­за перед горелками, равном 0,5 кГ/см². В работе находилось четыре инжекционные горелки производительностью 98 нм³/час каждая.

Анализ проб сухих .продуктов сгорания за котлом показал содержание в них углекислого газа в количестве 9%, кислоро­да – 2% и окиси углерода — 2%. Температура уходящих газов за котлом была равна 200°С, температура воздуха в котельной — 29° С.

При этих условиях коэффициент избытка воздуха за котлом составлял:

Потери тепла с уходящими газами при h, равном:

;

Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания:

;

q₃=

Потери тепла в окружающую среду при номинальной нагрузке: q₅=2,2%.

К.п. д. парового котла:

= 100-(7,4+6,5+2,2) =83,9%.

Присутствие окиси углерода в уходящих газах свидетельст­вовало о недостатке воздуха, участвовавшего в процессе сгора­ния, поэтому путем регулирования требовалось достигнуть тако­го соотношения «газ — воздух» в топочном пространстве, кото­рое исключало бы потери тепла вследствие химического недожо­га. Такие работы были проведены; при этом по двум опытам, наиболее заслуживающим внимания, получены следующие ре­зультаты (табл. 6.10).

Из приведенных примеров видно, что, пользуясь упрощенной методикой теплотехнических расчетов, без данных о теплотворной способности топлива и его составе, с достаточной точностью и с небольшими затратами времени можно определить важнейшее технологические показатели работы котла, позволяющие судить об экономичности использования газа.

Определение физических потерь тепла с уходящими газами, а также вследствие химической неполноты сгорания может быть с практически необходимой точностью еще более упрощено за счет применения номограмм, составленных инж. Ф. Таги-Заде приведенных в виде приложений 3[10]

Таблица 6.10

Показатели	Обозначение	Размерность	Номер опытов
			прикидочный	1	2
			Давление газа перед горелками кГ/см2
			0,5	0,3	0,4
Количество действующих горелок	_	шт.	4	4	4
Температура уходящих газов за котлом	Tу.г	0С	200	220	250
Температура воздуха в котельной	tкот	0С	29	24	25
Состав уходящих газов за котлом:
углекислота кислород окись углерода	СО2 О2 СО	% % %	9 2 2	10 3,2 0	10,4 2,5 0
Коэффициент избытка воздуха за котлом		__	1,04	1,16	1,12
Потери тепла с уходящими газами		%	7,4	9,2	10,3
Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания		%	6,5	0	0
Потери тепла в окружающую среду		%	2,2	2,2	2,2
Коэффициент полезного действия котла		%	83,9	88,6	87,5

При составлении номограммы в основу положено уравнение:

, (6.50)

Для удобства составления номограммы в формуле произве­дены следующие преобразования:

а) величина С (отношение средней теплоемкости неразбав­ленных воздухом продуктов сгорания в температурном интервале от 0° до t_у.г к их теплоемкости в температурном интервале от 0° до t_макс заменено величиной С₁, равной:

, (6.51)

б) произведение коэффициента К (отношение средней теплоемкости 1 нм³ воздуха в температурном интервале от 0 до t_у.г. к теплоемкости 1 нм³ неразбавленных воздухом продуктов сго­рания в температурном интервале от 0° до t_мак на коэффи­циент В (соотношение объема сухих и влажных продуктов сгорания в теоретических условиях) заменяется величиной С₂, равной:

, (6.52)

тогда формула для определения q₂ принимает вид:

. (6.53)

Изменение величин С₁ и С₂ в зависимости от температуры продуктов сгорания приведено в табл. 6.11 [9].