7.5.2. Тепловые потери парового котла

Эффективность использования топлива определяется в основном полнотой сгорания топлива и глубиной охлаждения продуктов сгорания в паровом котле.

Потери теплоты с уходящими газами Q₂ являются наибольшими и определяются как

(7.11)

где I_ух, кДж/кг или кДж/м³ - энтальпия уходящих газов при температуре уходящих газов ϑ_ух и избытка воздуха в уходящих газах α_ух; I х.в 0 - энтальпия холодного воздуха при температуре холодного воздуха t_х.в и избытке воздуха α_ух; (100 – q₄) - доля сгоревшего топлива.

Для современных котлов величина q₂ находится в пределах 5 - 8% располагаемой теплоты, q₂ возрастает при увеличении ϑ_ух, α_ух и объема уходящих газов. Снижение ϑ_ух примерно на 14 - 15°С приводит к уменьшению q₂ на 1%. Глубокое охлаждение уходящих газов требует больших поверхностей нагрева. Оптимальное значение температуры уходящих газов для каждого топлива устанавливается на основании технико-экономических расчетов, в которых сопоставляются стоимости дополнительных поверхностей нагрева и увеличение затрат на собственные нужды (в данном случае на преодоление гидравлических сопротивлений движению газа в них) с получаемой экономией топлива.

В современных энергетических котельных агрегатах ϑ_ух составляет 100 - 120°С, производственно-отопительных – 140 - 180°С.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива Q₃ - это теплота, которая осталась химически связанной в продуктах неполного горения и рассчитывается как

Q₃ = (126,4 CO + 108 H₂ + 358,2 CH₄) Vс. г (100 – q₄), (7.12)

где CO, H₂, CH₄ - объемное содержание продуктов неполного сгорания по отношению к сухим газам, %; цифры перед CO, H₂, CH₄ - уменьшенная в 100 раз теплота сгорания 1 м₃ соответствующего газа, кДж/м₃.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания обычно зависят от качества смесеобразования и локальных недостаточных количеств кислорода для полного сгорания. Следовательно, q₃ зависит от α_т. Наименьшие значения α_т, при которых q₃ практически отсутствует, зависят от вида топлива и организации режима горения.

Химическая неполнота сгорания сопровождается всегда сажеобразованием, недопустимым в работе котла.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄ - это теплота топлива, которая при камерном сжигании уносится продуктами сгорания в газоходы котла или остается в шлаке, а при слоевом сжигании и в провале через колосниковую решетку

(7.13)

где Г_шл+пр, Г_ун, % - содержание горючих соответственно в шлаке, провале, уносе, определяется взвешиванием и дожиганием в лабораторных условиях проб шлака, провала, уноса; а_шл+пр, а_ун, в долях от единицы - соответственно доля золы в шлаке, провале и уносе, определяется взвешиванием и из золового баланса а_шл+пр + а_ун = 1; 32,7 кДж/кг - теплота сгорания горючих в шлаке, провале и уносе, по данным ВТИ; А^р - зольность рабочей массы топлива, %.

Величина q₄ зависит от метода сжигания и способа удаления шлака, а также свойств топлива. При хорошо отлаженном процессе горения твердого топлива в камерных топках q₄ ≈ 0,3 - 0,6 для топлив с большим выходом летучих веществ, для АШ q₄ ≥ 2%. При слоевом сжигании для каменных углей q₄ = 3,5 (из них 1% приходится на потери со шлаком, а 2,5% - с уносом), для бурых - q₄ = 4%.

Потери теплоты в окружающую среду Q₅ зависят от площади наружной поверхности агрегата и разности температур поверхности и окружающего воздуха. На рис. 7.28 приведены данные, которые показывают, что при росте номинальной нагрузки котла q₅ уменьшается.

Потери теплоты с физической теплотой шлака Q₆ происходят за счет удаления из топки шлака, температура которого может быть достаточно высокой. В пылеугольных топках с твердым шлакоудалением температура шлака 600 - 700°С, а с жидким - 1500 - 1600°С.

Q₆, кДж/кг, рассчитывается по формуле

, (7.14)

где, кроме указанных ранее величин, с_шл - теплоемкость шлака, зависящая от температуры шлака t_шл. Так, для 600°С с_шл = 0,930 кДж/ (кг·К), для 1600°С - 1,172 кДж/ (кг·К).

Рис. 7.28. Зависимость потерь теплоты на наружное охлаждение

котельного агрегата от его паропроизводительности