книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)
..pdfН23 |
Н25+ 1,50я = |
1,5Н2 |
|
= 302+ Н20 |
100 |
||
|
|||
о2 |
|
|| о 1 |
|
со2 |
- |
- |
|
N. |
- |
- |
0,0476-1,5Н23 |
Н23 |
|
|
Н23 |
100 |
|
|
100 |
|
|
|
|
||
—0,047602 |
- |
|
|
- |
- |
со2 |
- |
- |
- |
100 |
||||
- |
|
N. |
|
|
|
100 |
|
|
Количество водяных паров, поступающих с газом при влагосодержании его ёг,г на |
1м3сухого газа |
^ ^ ?«0,124</г |
|||||
Количество водяных паров, поступающих с воздухом при влагосодержании его 40, г на |
1м3сухого воздуха |
а„ V0а |
|
|
|||
101)0«0|О04 «0,016К°а |
|||||||
|
|
|
|
|
|
*'н,о=°.°1Х |
|
|
Кв = 0,0476 [0,5СО + |
Кко. = 0,01 X |
= 0,79К° = |
|
Х[Н2+2СН4+ |
||
|
+ 0,5Н2+ 2СН4 + |
X[СО+ сн4 + |
АТ/в= |
“Ь |
С/«Нл+ |
||
■Итоговые формулы |
|
||||||
+ 2(т+«Л) СтН„ + |
+ 2тС/лНл + |
^ 100 |
=(а—1) •V0 |
+ Н23 + |
|||
|
+ 1,5Н2 —02| м3/м3 |
+ Н25+С021 |
(18-18) |
|
|||
|
(8-15) |
(18-16) |
(18-17) |
|
+ 0,1244г] + |
||
|
|
|
|
|
|
|
+ 0,016К°а |
|
|
|
|
|
|
|
(18-19) |
Тепловой баланс в этом случае можно записать та*: |
|
||||
/,«ор - ««Г = «г? 100 " У |
* 1 + 1. + 1* = Уг сХ |
(18-25) |
|||
где д3 н (74—соответственно |
потерн |
тепла от химического недожога |
|||
и диссоциации газов, и физическое' тепло очаговых остат |
|||||
ков в процентах от теплоты сгорания топлива; |
|
||||
V —коэффициент тепловыделения |
|
||||
юо |
+ |
|
. |
|
(18-26) |
|
|
|
|
|
|
Теоретическую температуру сгорания определяют по уравнению |
|||||
<8У °с. |
|
|
|
|
(18-27) |
УГст |
|
|
показатели полного сгорания мазута при |
коэффи |
|
Пример 18-1. Определить |
|||||
циенте избытка воздуха а=1,15. Распиливание —воздушное (1Рдтт=0). |
|
||||
Состав рабочей массы мазута: |
|
|
|
||
Ср = 84,8%; Нр= 10,83%; |
5Р = 0,58%; |
|
|||
<9**= 0,28%; Ыр = 0,37%; |
П7Р= 3%; |
Ар =0,14%. |
|
||
Низшая теплота сгорания фР=39,46 Мж/кг. |
|
||||
Приведенное количество углерода [по формуле (18-3)] |
|
||||
/Ср = С?+0.375$р = 84,8 + 0,375-0,58 = 85,017%. |
|
||||
Теоретически необходимый расход воздуха [по формуле (18-10) в табл. |
18-1) |
К^=0,0899/Ср+ 0,265НР —0,03330р = 0,0899-85,017 + 0,265-10,83 — —.0,0333-0,28= 10,7 м3/кг.
Действительный -расход воздуха Рв= 10,7-1,15=12,3 м3/кг. Кбличество-урлекислоро газа-по формуле (18-11)-в табл. (18-1)
•у«°в = 1'866 ^Тй— 1,866 ,'586 мЧкг-
Объём азота в теоретически необходимом количестве воздуха ‘[по формуле (18-12) табл. 18-1].
К?,,= 0,79У° + 0,8 = 0,79-10,7 + 0,8 -^~ = 8.453 л3/кг.
.Количество избыточного воздуха [по формуле (18-13) в табл.. 18-1] А’/в®5(«—1)У° = (1,15 —1)-Ю,7 =1,6 м*/кг.
Количество сухих газов [по формуле (18-9)] Ус.т = ^ко,+ ^ + АКВ= 1,586 + 8,453 + 1,6 = 11,64 лр/кг.
Количество водяных паров [по формуле 18-14 в табл. 18-1]
НгО |
■ ^ + ^ + 1 0 0 ^ |
' 1 |
^ |
9-Ю,83 + 3+0 , |
1ПЛп опл |
|
80,4 |
||
|
100-0,804 |
|
|
|
+ 0,016-10,7-1,15= 1,47 м>/кг. |
|
|
||
Общее количество газов |
|
|
мГ/кг. |
|
У,= УС.Г+ Уиго = 11'.64 4- 1,47 = 13,11 |
||||
Парциальное давление углекислого газа рр^^(1,586/13,11) рос= 0,121дос , |
||||
где'Ро.с —.давление окружающей среды. |
|
|
||
Парциальное давление водяного пара |
рн 0= (1,47/13,11) р0>с = 0,1122р0 с. |
Пример 18-2. Определить калориметрическуютемпературу горения мазута по условиям примера 18-1. Температуру мазута принять /Т=90°С. теплоемкость мазута с*=2,1 кож/(кг-граб). Расчет провести для двух температур воздуха, подаваемого для горения: /в=20 и 400° С.
'Энтальпия мазута /т /т = 2,1.-90 = 188,6 кдж на 1кг топлива.
Энтал-ьпия воздуха при температуре 20°С /в = Р«св/в= 10,7-1,15-1,263-20»318,5 кдж/
Задаваясь предварительно значением /«=1900°С, находим средние
теплоемкости газов и определяем по формуле (18-24) калориметриче скую температуру горения:
*к = |
_______ОЕ+ 'т+ Л* |
|
‘'ко. "со.+ ‘'м.% + У°(« —!)«,+ Ин,о сн.о |
|
|
|
|
|
|
39460+ 188,6 + 318,6 |
= 1895°С. |
1.,586•2,435 + 8,453*1,484.+.1,6*1,495 + 1,47*1,949 |
Энтальпия воздуха при г„=400°С /а = 10,7-1,15-1,333*400 = 6570 кдж на 1кг топлива.
Задаваясь предварительно значением /К=2100°С, находим средние теплоемкости газов, а затем калориметрическую температуру сгорания:
к= - |
39460 + 188,6 + 6570 |
- = 21209С. |
|
1,586*2,455 + 8,453*1,493+ 1.6*1,520+ 1,47*1,989 |
Отсюда видно, что повышение температуры воздуха, идущего на сгорание, позволяет поднять калориметрическую, а следовательно, и дей ствительную температуру сгорания топлива.
Визвестных случаях, например при расчете тяго-дутьевых устройств
игазового тракта, требуется знать объемы продуктов сгорания и возду ха не при нормальных, а при фактических температурах их и. давлении окружающей среды. В этом-случае для определения фактических объеч
мов указанных выше сред служит формула
Уф = у„-?"(273 + 'ф> м*/кг или м*!м\ |
(18-28) |
. РФ?73 |
|
где Уи—объем газа при нормальных.условиях;
Рн—давление при нормальных условиях; Рф—фактическое давление; /ф—фактическая температура газа, °С.
При проектировании котельных установок, промышленных печей,ре куператоров, регенераторов и котлов-утйлизаторов приходится выпол нять много расчётов, в частности делать подробные расчеты горения при различных избытках воздуха, вычислять калориметрические темпе ратуры сгорания при разных подогревах воздуха и топлива и т. п. Эти расчеты значительно упрощаются'при пользовании диаграммами 1—1 сгорания для типичных топлив. Схема такой диаграммы показана на
рис. 18-2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫК ЧАСТИIII
1. Вулис Л. А. и др. Основы теории газового факела. Изд-во «Энергия», 1968. |
|
2. |
Мельников Н.- В. Топливно-энергетические ресурсы СССР. Изд-во «Наука», 1970. |
3. |
Му р з а к о в В. В. Основы теории и практики сжигания газа в паровых котлах. |
|
Изд-во «Энергия»,-1969. |
4. Спейшер В. А, Сжигание .газа на .электростанциях и в промышленности. Иэд. 2-е. |
|
5. |
Изд-во «Энергия»,'1968. |
Энергетическое топливо СССР. Справочник под ред. Т. А. Зикеева. Изд-во «Энёр?- |
|
|
гия», 1968. |
249
Ч а с т ь IV
К о т е л ь н ы е у с т а н о в к и
Глава 19 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Котельной установкой называют совокупность устройств и механиз мов, предназначенную для производства водяного пара или получения горячей воды. Водяной пар используют для привода в движение паро вых двигателей, для производственных нужд промышленности и сель ского хозяйства, а также для отопления помещений. Горячую воду пред-- назначают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для бытовых нужд населения. Пар или горячую воду получают, используя в большинстве случаев тепло сжигаемого органиче ского топлива.
‘ Котельная установка, служащая для производства пара (рис. 19-1), представляет собой сложное сооружение, основными элементами которо го является топка (А/) и паровой котел (А2). В топке осуществляется сжигание топлива, в результате чего выделяется химически связанное
в нем тепло; в котле тепло, выделившееся из топлива в процессе горе ния и пошедшее на нагрев образовавшихся газообразных продуктов
сгорания до высокой температуры, передается от этих газов воде, кото рая превращается в пар. В современной котельной установке под соб ственно котлом понимают всю совокупность парообразующих элементов установки, как-то топочные экраны, фестоны, конвективные котельные поверхности.
С целью повышения экономичности установки котел обычно допол няют пароперегревателем (А4), водяным экономайзером {А6) и возду
хоподогревателем (А7). Пароперегреватель предназначается для повы шения температуры производимого в котле пара, что, как известно из термодинамики, приводит к повышению к.п.д. термодинамического цик ла паросиловой установки. Водяной экономайзер и воздухоподогрева тель устанавливают для лучшего использования тепла сгоревшего топ лива. В водяном экономайзере в результате использования тепла уходя щих из котла дымовых газов происходит подогрев питательной воды перед поступлением ее в котел. В воздухоподогревателе оставшимся
теплом дымовых газов подогревается воздух, подаваемый в топку для сжигания топлива, чтосущественноулучшает процесс горения.
Собственно котел, пароперегреватель, водяной экономайзер и возду хоподогреватель, а также топка, которые обычно связаны между собой в единое целое, в совокупности с примыкающими к ним паро- и водо
проводами, соединительными газоходами и воздуховодами, арматурой и гарнитурой образуют паровой котельный агрегат, или, что то же самое* парогенератор. Котельный агрегат монтируется на каркасе, устанавли ваемом на фундаменте, и заключается в обмуровку; для его обслужива
ния вокруг негоустанавливаютлестницы и площадки.
Металлические поверхности элементов котельного агрегата, кото
2Й0
воздушного бассейна и окружающей территории. Кроме того, эта зола, проходя через дымососы, вызывает-быстрое изнашивание йх; крыльчат ки-, требующее-чрезмерно частого ре'моНта их. Во избежание-этого:у ко-* тельных агрегатов, предназначенных для работы натвердом1топливе*, перед дымососом устанавливают золоуловители (В/), в который дымо вые -газы очищаются от золы, унесенной из топки. Зола, осевшая на поверхностях нагрева и в золовых бункерах, а также уловленная в зо лоуловителе, удаляется через золоспускное устройство {В3)\ Шлак оста ется в топке и удаляется из нее через шлакоспускные устройства (В2). Спущенные зола и шлак поступают в систему шлакозолоудалейия \В4) для отвода в золовой отвал.
Питательные установки предназначаются для подачи' в котёл под лежащей испарению воды. Их основной частью являются питательные насосы с электрическим (ДЗ) и паровым (Д2) приводом/ развивающие давление, необходимое для преодоления давления пара в котле и сопро тивления всей системы питательных линий. Другой частью питательной установки являются питательные баки (Д7), предназначаемые для при нятия и хранения некоторого количества воды, подаваемой в котлы (пи
тательная вода). Баки вводятся в систему питания котла, чтобы исклю чить опасность перерыва в его питании. В котельных установках элект ростанций в котельные агрегаты обычно” подается вода, предвари
тельно подогретая отборным паром из турбин в специальных подо гревателях (Д4).
*Природная вода содержит механические Иколлоидальные примеси,
атакже растворенные соли и газы. Некоторые соли выделяются из воды
при ее испарении в котлё и оседают на внутренних стейках поверхностей нагрева в виде плотной, трудно отделимой накипи, которая ухудшает пе редачу тепла через стенку и может вызвать разрушение металла стенки в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объеме котловой
воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, что приводит к по явлению в котле подвижного'осадка, называемого шламом, которыйтак же-причрезмерном накоплений может послужить причиной аварии кот ла. Поэтому воду, предназначенную для подачи в котел, предварительно осветляют (фильтруют) и умягчаю'Т, доводя содержаниев ней солей, об разующих-накипь и-шлам, до технически возможного минимума. С этой целью сооружают водоподготовйтельную установку, в которую входятустройства для осветления (ГЗ) и умягчения (Г4) воды. Для создания запаса сырой воды и подачи ее в водоподготовительную установку пре дусматривают баки (Г1) и насосы (Г2) сырой воды.
Кислород растворенного в воде воздуха, попадая в котел, вступает
вреакцию с металлом и вызывает коррозию (ржавление) его. Это при водит к необходимости освобождать питательную воду.от растворенного
вней воздуха, что осуществляют в особом устройстве—деаэраторе (Г5).
Оставшееся в умягченной питательной воде минимальное количест во солей постепенно накапливается в котловой воде в процессе ее испа рения. Поскольку это может привести к образованию накипи и пллама
в паровом котле, в нем для удаления проникших солей предусматривают* устройство системы продувки котла, в которую входят сепаратор не
прерывной продувки (Е1), продувочные линии и барботер (Е2) для при ема продувочной воды а также линии непрерывной продувки.
Образующийся в паровом котле пар в процессе выделения из кипя щей воды уносит капельки влаги, в которых содержится некоторое ко личество растворенных солей. Попадая в пароперегреватель, эти капли влаги испаряются, а содержащиеся в них соли либо оседают на внутрен них' поверхностях труб пароперегревателя; либо попадают в паровую' турбину, расстраивая их работу. Чтобы избежать этого, в паровых кот-
252
лах устраивают сепарационные устройства (АЗ), предназначаемые для
отделения капель влаги от выходящего из котла пара и удаления обра зующегося сепарата.
Вр многих участках котельной установки (паропроводы, теплообмен ники и тГ п.) в результате теплоотдачи происходит охлаждение пара,- обычно сопровождающееся образованием конденсата. В связи с этим возникает необходимость создания дренажной системы для удаления этого конденсата, который собирают в дренажный (конденсатный) бак Ж/, а затем возвращают в деаэратор конденсатными насосами Ж2.
В котельной установке происходит много различных тепловых; гид
родинамических и аэродинамических процессов, ход которых необходимо регулировать и контролировать. В связи с этим каждую котельную уста новку оборудуют различными регулирующими устройствами (регулятор температуры перегрева пара А5, направляющие аппараты дымососов и.вентиляторов и др.), запорными и предохранительными устройствами (вентили и задвижки на трубопроводах, газовые шиберы, предохрани тельные клапаны и др.), а также контрольно-измерительными прибора ми, Наряду с.этим котельную установку оснащают системой автомати ческого регулирования происходящих в ней процессов, что обеспечива ет их более точное и быстрое регулирование по сравнению с ручным регулированием и приводит к повышению экономичности работы уста
новки.
Водогрейная котельная установка всегда более проста, чем паровая той же теплопроизводительности, так как получение горячей воды тем пературой 95—150° С и давлением до 2,5 Мн/м2 проще, чем получение насыщенного или перегретого пара.
В соответствии с назначением и родом производимого теплоносите ля различают энергетические, промышленные и отопительные котель ные, а также котельные с паровыми и водогрейными котлами. Наиболее сложными являются энергетические котельные, так как они предназна чены для производства больших количеств пара высокого давления и высокой температуры. Промышленные и отопительные котельные с па ровыми и водогрейными котлами более просты, так как предназначают ся для производства меньших количеств тепла и.пара, характеризуемого меньшим давлением и температурой перегрева.
Глава 20 ОБЩИЕ ЦРИНЦНПЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
Топочным устройством или топкой называют часть котельного агре гата, которая предназначена для сжигания топлива и выделения хими чески связанного в нем тепла. Вместе с тем топка является теплообмённым устройством, в котором поверхностям нагрева отдается излучением часть тепла, выделившегося при горении топлива. Наконец, в случае сжигания твердого топлива топка в известной мере служит сепаранион ным устройством, поскольку в ней выпадает некоторая часть золы
топлива.
' В соответствии с видом сжигаемого топлива различают топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Кроме того, су ществуют топки, в которых одновременно и разновременно можно сжи гать различные виды топлива: твердое с жидким или газообразным, жидкое й газообразное,'
253
Существуют три основных способа сжигания топлива: в слое, факе ле и вихре (циклоне). В соответствии с этим топки разделяют на три больших класса: слоевые, факельные и вихревые. Факельные и вихре вые топки часто объединяют в общий класс камерных топок.
В слое топливо сжигают под котельными агрегатами паропроизводительностыо до 20—35 т/ч. В слое можно сжигать только твердое кус ковое топливо, как-то: бурые и каменные угли, кусковой торф, горючие сланцы, древесину. Топливо, подлежащее сжиганию, загружают на ко лосниковую решетку, на которой оно лежит плотным слоем. Горение топлива происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой обычно
снизу вверх.
Топки для сжигания топлива в слоеразделяют натри класса, а имен но (рис. 20-1): 1) топки с неподвижной колосниковой решеткой и не подвижно лежащим на ней слоем топлива (рис. 20-1, а и б); 2) топки с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива (рис. 20-1, в, г); 3) топки с неподвижной колосниковой ре щеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (рис. 20-1, д, е и ж).
Наиболее простой топкой с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива является ручная горизонтальная колосни ковая решетка (рис. 20-1,а). На этой решетке можно сжигать твердое топливо всех видов, но необходимость ручного обслуживания ограничи вает область применения ее котлами очень малой паропроизводительности (до 1—2 т/ч).
Для слоевого сжигания топлива под котлами большей паропроизводительности обслуживание топки и прежде всего подачу в нее свежего топлива механизируют.
В топках с неподвижной решеткой и неподвижным слоем топлива механизация загрузки осуществляется применением забрасывателей /,
которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбра сывают его по поверхности колосниковойрешетки2 (рис. 20-1,6). В этих
топках можно сжигать каменные и.бурые угли, а иногда и антрацит под котлами паропроизводительностью до6,5—10 т/ч.
К классу топок с движущейся колосниковой решеткой, перемещаю
щей лежащий на ней слой топлива, относят топки с механической цеп ной решеткой (рис. 20-1,в), которые выполняют в различных модифика циях. В этой топке топливо из загрузочной воронки 1 поступает самоте ком на переднюю часть медленно движущегося бесконечного цепного колосникового полотна 2, которым оно подается в топку. Горящее топ ливо непрерывно перемещается потопке вместес полотном решетки; при этом оно полностью сгорает, .после чего образовавшийся в концЬ ре
шетки шлак ссыпается в шлаковый бункер3.
Топки с цепной решеткой чувствительны к качеству топлива. Лучше всего они подходят для сжигания сортированных неспекающихся уме ренно влажных и умеренно зольных углей с относительно высокой тем пературой плавления золы и выходом летучих 10—25% на горючую массу. В этих топках можно также сжигать сортированный антрацит. Для работы на спекающихся углях, а также углях с легкоплавкой золой топки с цепной решеткой непригодны.
Эти топки можно.устанавливать под котлами паропроизводительно-, стыо от 10 до 150 т/ч, но в СССР их устанавливают под котлами, паро производительностью 10—35 т/ч главным образом для сжигания сорти рованного антрацита.
Для сжигания топлива большой влажности, в частности кускового торфа, цепную решетку комбинируют с шахтным предтопком, который предназначается для предварительной сушки топлива. Наиболее распро страненной шахтно-цепной топкой является топка проф. Т. Ф. Макарьева.
254
Рис. 20-1. Схемы топок для сжигания топлива |
в слое: |
в —ручная горизонтальная колосниковая решетка; б —топка с забрасывателем на неподвижный |
|
слой; в —топка с цепной механической решеткой; г—топка с механической цепной решеткой обрат |
|
ного хода и забрасывателем; б —топка с шурующей планкой; е —топка |
с наклонной колосниковой |
решеткой; ж—толка системыПомеранцева |
|
Другим типом |
топки рассматриваемого класса |
являются топки |
с цепной решеткой |
обратного хода и забрасывателем |
(рис. 20-1;’ г). |
В этих топках колосниковое полотно решетки 2 движется в обратном
направлении, т. е. от задней стенки топки к передней. На фронтальной стене топки размещены забрасыватели /, непрерывно подающие топли
во на полотно; выгоревший шлак ссыпается с решетки в шлаковый бун кер 3, размещенный под передней частью топки. Топки рассматриваемо го типа значительно менее чувствительны к качеству топлива, чем топки с решеткой прямого хода; их применяют для сжигания как сортирован ных, так и не сортированных каменных и бурых углей под котлами па-,
ропроизводительностью 10—35 т/ч.
Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся
по ней слоем топлива основаны на различных принципах организации процессов движения и горения топлива. В.то.пках с .шурующей планкой.. (рис. 20-1,д) топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной,
колосниковой решетки 2 специальной особой формы планкой 1, движу щейся возвратно-поступательно по колосниковому полотну. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч. Разновидностью топки с шурующей планкой является фа кельно-слоевая топка системы'проф. С. В. Татищева, получившая приме нение для сжигания фрезерного торфа под котлами паропроизводитель ностью до 75 т/ч. Она отличается от обычной топки с шурующей план кой наличием шахтного предтопка, в котором происходит предваритель ная подсушка фрезерного торфа дымовыми газами, засасываемыми в шахту специальным эжектором. В этой топке можно также сжигать бурые и каменные угли.
В топках с наклонной колосниковой решеткой (рис. 20-1, в) и ско ростных топках системы В. В. Померанцева (рис. 20-1, ж) свежее топ-- ливо, поступившее в топку сверху, по мере сгорания сползает под дей ствием силы тяжести в нижнюю часть топки, открывая тем самым воз можность для поступления в топку новых порций свежего топлива. Эти
топки применяют для сжигания древесных отходов под котлами паро производительностью 2,5 до 20 т/ч, а шахтные топки и для сжигания
кускового торфа—под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч.
В соответствии с особенностями топливного баланса Советского Со юза, в котором преобладающее значение имеюткаменныеи отчастибу рые угли, основное распространение имеют топки с забрасывателями и
механические цепные решетки. Топки же,-предназначенныедля сжигания торфа, сланцев и древесины, распространены значительно меньше, так как топливо этих видов в топливном балансе СССР играет второстепен
ную роль.
В факельном процессе можно сжигать топливо твердое, жидкое и газообразное. При этом газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки; твердое топливо должно быть предвари тельно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основным элементом которых являются углеразмольные мельницы, а жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие
капли в форсунках.
Жидкое и газообразное топливо сжигают под котлами любой паропроизводительности, а пылевидноетопливо—под котельнымиагрегатами паропроизводительностью начиная от 35—50 т/ч и выше.
Сжигание в факельном процессе топлива каждого из трех видов отличается конкретными особенностями, но общие принципы факельно го способа сжигания остаются одинаковыми для всякого топлива.
Факельная топка (рис. 20-2) представляет собой прямоугольную камеру /, выполненную из огнеупорного кирпича, в которую через го
256