Общее уравнение теплового баланса котла

Эффективность работы и основы теплового расчета котла.

В паровом котле при сжигании органического топлива образуются высокотемпературные продукты сгорания, обладающие большой тепловой энергией. Значительная часть этой энергии передается радиационным и конвективным теплообменом поверхностям нагрева, заполненным рабочей средой, в результате чего из котла выходит перегретый пар высокого давления и температуры, который направляется далее в паровую турбину.

При сжигании 1 кг (или 1 м³) рабочей массы топлива полное количество теплоты, которое может выделиться в топке, называется располагаемой теплотой топлива Q^Р_Р кДж/кг, или кДж/м³

6.1

Здесь Q^Р_Н - низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг; Q_ДОП - дополнительные источники теплоты, сопутствующие организации сжигания топлива

6.2

где Q_ВНШ - теплота, поступившая в котел с воздухом при подогреве его вне агрегата. Эта теплота учитывается в тех случаях, когда воздух предварительно, до поступления в воздухоподогреватель котла, подогревается от постороннего источника, например в калориферах, паром из отбора турбины; Q_ТЛ - физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута и подогреве его перед поступлением в котел; Q_П - теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; Q_К - теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСО₃ и MgCO₃ с образованием газообразного СО^К₂.

Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% Q^Р_Н. Обязателен учет Q_ДОП при сжигании мазута, когда в формуле (6.2) Q_ДОП слагается из первых трех членов. Небольшое различие (Q^Р_Р > Q^Р_Н) может иметь место при сжигании углей с высокой влажностью и сернистостью, так как требуется повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель для ослабления сернистой коррозии (подвод Q_ВНШ), а при сжигании сланцев Q^Р_Р = Q^Р_Н - Q_К. Однако в большинстве случаев при сжигании бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между Q^Р_Н и Q^Р_Р незначительно и не учитывается. То же имеет место при сжигании природного газа.

Соответствующие статьи использования (расхода) выделившейся в топочной камере тепловой энергии в расчете на 1 кг (м³) сожженного топлива, кДж/кг, обычно нумеруются цифрами. Та часть теплоты, которая затрачивается на подогрев и испарение воды в трубах поверхностей нагрева, а также на перегрев пара, составляет полезно использованное количество теплоты в паровом котле Q_ИСП или Q₁ и определяется повышением энтальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева

6.3

где D_ПЕ, D_ВТ - расход свежего и вторично перегретого пара, идущего на турбину, кг/с; D_ПР - расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; h_П.П, h_П.В,h' - энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; h'_ВТ, h'_ВТ - энтальпия вторично перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара на входе в него, кДж/кг; В - расход сжигаемого топлива, кг/с или м³/с.

Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепловые потери, сопутствующие работе парового котла:

Q₂ - потери с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания;

Q₃ - потери с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты);

Q₄ - потери с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы);

Q₅ - потери с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию);

Q₆ - потери с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Q_ПР - прочие тепловые потери, связанные с отдачей части насыщенного пара из барабана на нужды электростанции, с отводом теплоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетками и т.п. В итоге уравнение теплового баланса котла записывается в следующем виде:

6.4

Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловосприятий отдельных поверхностей нагрева котла:

6.5

где Q_Т.К- тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Q^К_ПЕ, Q_ВТ - тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; Q_ЭК - тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.

Из уравнения (6.5) следует, что тепловосприятие воздухоподогревателя прямо не входит в тепловой баланс котла. Это связано с тем, что теплота, отданная продуктами сгорания воздуху в этой поверхности, возвращается снова в топочную камеру в виде горячего воздуха и дополнительно увеличивает теплосодержание газов в топке.

Теплота, отданная газами в воздухоподогревателе, рециркулирует внутри газовоздушного тракта. Вместе с тем ввод горячего воздуха в зону сжигания топлива повышает температуру газов, скорость горения топлива и глубину его выгорания, т.е. приводит к росту эффективности использования топлива.

Общий баланс между поступлением и распределением теплоты в паровом котле показан на (рис. 6.1). Здесь теплота горячего воздуха Q_Г.В выделена в виде замкнутого внутреннего контура.

Рис. 6.1. Баланс теплоты парового котла: 1 - топочная камера; 2, 3 - поверхности основного и промежуточного пароперегревателей; 4 - экономайзер; 5 - воздухоподогреватель Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению Q^Р_Р, получим относительные доли затрат теплоты в процентах:

6.6

где Q_i - любая из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса (6.4) можно записать так

100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.

6.7

Дата добавления: 2014-01-07