Определение отдельных статей тепловых потерь

1.Потери теплоты с уходящими газами определяются как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из агрегата поданного в топку и присосанного по газоходам воздуха:

Q₂=I_ух– α_ух =V_ух(сυ)_ух– α_ух (сυ)_в (4.3)

или:

q₂= – при сжигании газа и мазута; q₂= – для слоевого сжигания углей с учётом уменьшения объёма и энтальпии продуктов сгорания при механическом недожоге.

Здесь (сυ) – энтальпия 1 м³ продуктов сгорания или воздуха, энтальпия уходящих газов, кДж/м³ определяется по формуле (3.22);

α_ух – коффициент избытка воздуха на выходе из парогенератора;

= 40 – энтальпия холодного воздуха при 30°С, кДж/м³.

Потери q₂, как и прочие тепловые потери, желательно иметь минимальными, а для этого и температуру на выходе из парогенератора надо иметь минимально возможную. Поэтому для более глубокого охлаждения продуктов сгорания устанавливают водяные экономайзеры и воздушные подогреватели. Обычно t_ух=120-200°С с установкой экономайзеров и t_ух=300-400°С без экономайзерной зоны. Но t_ух не может быть слишком низкой, если в продуктах сгорания имеется ангидрид SO₃, т.к. при соединении с водяными парами получаются пары серной кислоты и нельзя допустить концентрации этих паров на поверхностях нагрева. Обычно t_ух=135-140°С для углей, содержащих серу, и t_ух=150°С – для сернистых мазутов. Более конкретно температура уходящих газов t_ух, °C, принимается по рекомендации [1] или таблице:

Температура уходящих газов t_ух , ^оС

Топливо	При паропроизводительности
	D<т/ч	D>12т/ч
Твёрдое <0,72 ≤1,50 =1,5-5,0 >5,0 Природный газ Мазут	120-130 130-140 140-150 150-160 130 160	120-130 120-140 130-150 140-160 120 150

Здесь = / – приведённая влажность топлива, %·кг/МДж.

Таблица 3.3

Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных

газов, концентрация золы, теоретические объемы воздуха

и компонентов дымовых газов

Величина	Расчёт-ная	Теоретические объёмы: =…; =…; =…; =…
	форму- ла	Участки газового тракта
		Топка	Конвективные пучки		Водяной экономайзер	Воздушный подогреватель	Золоуловитель
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева α Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе αср Избыточное количество воздуха , м3/кг или м3/м3 Объём водяных паров , м3/кг или м3/м3 Полный объём продуктов сгорания Vг, м3/кг или м3/м3 Объёмная доля трёхатомных газов Объёмная доля водяных паров Суммарная объёмная доля rп Концентрация золы в продук- тах сгорания μ, кг/кг	(3.1) (3.2) (3.11) (3.12) (3.13) (3.14) (3.15) (3.16) (3.17) (3.18)	αт	αI	αII	αвэ	αвп	αзу

Примечание. Если котёл имеет один конвективный пучок, тогда надо взять одно значение коэффициента избытка воздуха α.

Таблица 3.4

Энтальпия 1 м³ воздуха, газообразных продуктов сгорания,

кДж/м³ и 1 кг золы, кДж/кг

υ,°С	(cυ)в	(cυ)	(cυ)	(cυ)	(cυ)	(cυ)зл
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200	133 267 404 543 686 832 982 1134 1285 1440 1600 1760 1919 2083 2247 2411 2574 2738 2906 3074 3242 3410	170 359 561 774 999 1226 1466 1709 1957 2209 2465 2726 2986 3251 3515 3780 4049 4317 4586 4859 5132 5405	130 261 393 528 666 806 949 1096 1247 1398 1550 1701 1856 2016 2171 2331 2490 2650 2814 2973 3137 3301	132 268 408 553 701 852 1008 1163 1323 1482 1642 1806 1970 2133 2301 2469 2637 2805 2978 3150 3318 3494	151 305 464 628 797 970 1151 1340 1529 1730 1932 2138 2352 2566 2789 3011 3238 3469 3700 3939 4175 4414	81 170 264 361 460 562 664 760 878 987 1100 1209 1365 1587 1764 1881 2070 2192

Таблица 3.5

Энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг или кДж/м³

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева, °С	, формула (3.19)	, формула (3.20)	, формула (3.21)	, формула (3.22)
Верх топочной камеры при αт	2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800
Первый конвективный газоход при αI	1000 900 800 700 600
Второй конвективный газоход при αII	700 600 500 400 300
Водяной экономайзер при αэк	400 300 200 100

Здесь (сυ)_зл – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг. Энтальпия золы учитывается только при условии А^р ·α_ун >1,4 кг·10²/МДж.

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) зависит от вида топлива, содержания в нём летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента расхода воздуха в топке, от температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке и горелке. Признаком недожога является наличие в уходящих газах горючих компонентов CO, H₂, CH₄. В основном химический недожог обусловлен некачественным смешением топлива с воздухом.

Обычно q₃ = 0,5% при сжигании газа и мазута. Для твердых топлив q₃ выбирают по рекомендациям [1] или [2, табл.4.1, 4.2 и 4.4].

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (механический недожог) наблюдается только при сжигании твёрдых топлив в слое и обусловлена наличием твёрдых несгоревших частиц топлива в очаговых остатках. Очаговые остатки покидают топку с провалом, шлаком и уносом с дымовыми газами. Вся зола А^р в топливе при слоевом сжигании может перейти частично в провал, шлак и унос. Следовательно, если принять количество золы, поступившей в топку, за 100%, то золовой баланс топки составит

а_пр+а_шл+а_ун=1.

Здесь а_пр, а_шл и а_ун – доля провала, шлака и уноса в золе.

Потери теплоты от механического недожога зависят от вида сжигаемого топлива, его фракционного состава, форсировки колосниковой решётки и топочного объёма, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента расхода воздуха в топке. При слоевом сжигании q₄ зависит также от зольности топлива, а при факельном не зависит. При сжигании природного газа и мазута q₄=0, а при слоевом сжигании принимается по рекомендации [2, табл. 4.1, 4.2 и 4.4].

4. Потери теплоты от наружного охлаждения (потери в окружающую среду) обусловлены передачей теплоты через обмуровку наружному воздуху и зависит от теплового сопротивления обмуровки и общей поверхности ограждающих стен.

На основании длительной эксплуатации парогенераторов выработаны рекомендации для определения q₅ в зависимости от паропроизводительности D:

D, т/ч	2,5	4,0	6,5	10	20
q5, %	3,8	3,0	2,2	1,8	1,3

При создании новых агрегатов обычно для первоначальных расчётов q₅ принимают до 5%.

5. Потери теплоты в виде физической теплоты шлаков учитывают в расчётах при сжигании высокозольных углей и определяют по формуле

q₆=а_шл(сυ)_злА^р/ .

Здесь а_шл = 1– а_ун – доля золы в топливе, перешедшая в шлак; а_ун – доля уноса золы с дымовыми газами по [2, табл.4.1 и 4.2]; А^р – зольность топлива по рабочей массе, %; (сυ)_зл – энтальпия золы, кДж/кг.

Для расчёта принять температуру шлака при твёрдом шлакоудалении равной 600°С (см. табл.3.4.)

После определения всех тепловых потерь определить КПД –брутто по уравнению обратного теплового баланса:

η_бр=100 – (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆) . (4.4)

Для определения расхода топлива по уравнению прямого баланса необходимо определить полезную мощность парогенератора и располагаемую теплоту.

Полезная мощность парогенератора для случая выработки им перегретого и насыщенного пара, Вт:

Q_пг=D_п.п(i_п.п – i_п.в) + D_н.п(i_н.п – i_п.в)+ D_пр(i΄– i_п.в) , (4.5)

где D_п.п и D_н.п- расходы перегретого и насыщенного пара, кг/ч; D_пр – расход воды на продувку с энтальпией i΄при кипении, по давлению в барабане, кг/ч; D_пр= 2…5% от полной паропроизводительности котла; i_п.п , i_н.п и i_п.в – энтальпии перегретого пара, насыщенного пара и питательной воды, кДж/кг.

Располагаемая теплота при сжигании мазута складывается из химической теплоты топлива , теплоты парового дутья , физической теплоты топлива i_тл:

= + + i_тл.

=0,35(i_н.п–2520) – теплота, вносимая в топку через форсунки при паровом распыливании мазута, Дж/кг; i_тл= с_тл·t_тл – физическая теплота мазута, кДж/кг,

где t_тл – температура мазута перед форсункой, принимается в зависимости от вязкости мазута равной t_тл = 90 … 130°С;

с_тл= 1,74 +0,0025t_тл – удельная теплоёмкость мазута, кДж/(кг·К).

В промышленных парогенераторах физическая теплота топлива учитывается только при сжигании мазутов. Твёрдое и газообразное топливо сжигают обычно без подогрева.

В расчётах при сжигании углей и природных газов принимают

= .

С учётом того, что Q_пг= B_н ·Q₁ и η_бр= Q₁· 100/ , номинальный расход топлива, кг/ч или м³/ч, определяется из соотношения

В_н=(D_п.п(i_п.п – i_п.в)+D_н.п(i_н.п – i_п.в)+D_пр(i´ – i_п.в))·100/( ·η_бр). (4.6)

Расчетный расход топлива при сжигании газа и мазута В_р=В_н, при сжигании углей В_р=В_н(1– q₄/100).

Для последующих расчётов следует определить коэффициент сохранения теплоты:

φ=1 – q₅/(η_бр+q₅) . (4.7)