16 Выбор температуры уходящих газов и подогрева воздуха в котельной. Примеры тепловых схем

16.1 Температура уходящих газов

Температура уходящих газов оказывает решающее влия­ние на тепловую экономичность котла. Снижение темпера­туры уходящих газов на 12—16°С повышает КПД котла примерно на 1 %.

Уменьшение температуры уходящих газов связано с не­обходимостью увеличения конвективных поверхностей на­грева и с возрастанием расхода электроэнергии на тягу и дутье. Возникающие при этом дополнительные затраты могут окупаться за счет экономии топлива. В общем случае оптимальная температура уходящих газов за котлами, ра­ботающими на различных топливах, определяется на осно­вании технико-экономических расчетов по минимуму рас­четных затрат при данной цене топлива. Существенное влияние на значение оптимальной температуры уходящих газов оказывает температура питательной воды, повышение которой приводит к относительному увеличению конвектив­ных поверхностей нагрева при данной температуре уходя­щих газов. Нижний предел температуры уходящих газов при работе на топливах с большим содержанием серы мо­жет лимитироваться условиями низкотемпературной корро­зии элементов котла.

Для котлов с паропроизводительностью, меньшей 75 т/ч, температура уходящих газов принимается несколько большей с целью упрощения и удешевления их конструкции. Например, для котлов паропроизводительностью до 12 т/ч, работающих на твердом топливе с Wn < 6 % кг/МДж, обычно принимается _у.г= 1604-180 °С.

При сжигании пылеугольного топлива температура про­дуктов сгорания на выходе из топки не должна превышать температуру, допустимую по условиям шлакования; при сжигании всех видов топлива она должна обеспечивать ак­тивный процесс его горения с минимальными потерями от химической и механической неполноты горения

.

16.2 Температура подогрева воздуха

Температура насыщения среды в испарительных поверх­ностях нагрева при давлении более 1 МПа выше требуемой температуры продуктов сгорания, уходящих из котла, и по­этому при завершении в них теплоиспользования нельзя обеспечить должную тепловую экономичность установки.

Поэтому в современных котлах использование теплоты продуктов сгорания завершается в экономайзере и воздухо­подогревателе. В экономайзере подогревается питательная вода и иногда происходит ее частичное испарение. В возду­хоподогревателе осуществляется подогрев воздуха, подавае­мого в топку для сжигания топлива. Подогрев поступающе­го в топку воздуха интенсифицирует радиационное тепловосприятие экранов и снижает потери от химического и механического недожогов топлива.

Температура питательной воды для энергетических кот­лов с давлением пара более 3,93 МПа согласно ГОСТу при­нимается равной 150, 215 и 230 °С в зависимости от разви­тия регенеративного подогрева воды. Для котлов производственного назначения температура пи­тательной воды после ее термической деаэрации составля­ет 104 °С.

Температура подогрева воздуха при одноступенчатой компоновке лимитирована. При противоточном движении продуктов сгорания и воздуха температурный напор в воз­духоподогревателе непрерывно уменьшается, начиная с хо­лодного его конца, где эта разница имеет наибольшее зна­чение на горячем конце.

Где - температуры холодного воздуха, подогре­того воздуха, продуктов сгорания перед воздухоподогрева­телем и после него, °С.

При повышении средний расчетный температурный напор быстро уменьшается и соответственно увеличивается необходимая поверхность нагрева воздухо­подогревателя. Снижение температурного напора определя­ется тем, что объем и теплоемкость греющих продуктов сгорания больше, чем у нагреваемого воздуха. Максималь­ная температура подогрева воздуха при одноступенчатой компоновке

, (16.1)

где - водяной эквивалент воздуха;

- водяной эквивалент продуктов сгорания.

Решение уравнения (16.1) дает значение максимальной температуры подогрева воздуха. По условиям эффективно­сти теплообмена температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя должен быть не ниже 50÷60 °С. Даль­нейшее повышение температуры подогрева воздуха при одноходовой компоновке нерационально, так как вызывает уменьшение температурного напора на горячем конце воз­духоподогревателя и соответственно увеличение его поверх­ности нагрева. При высоком подогреве воздуха необходимо применение двухступенчатой компоновки экономайзера и воздухоподо­гревателя, т. е. догрев воздуха в области более высокой температуры продуктов сгорания (рис 16,1).

Температура подогрева воздуха за 1-й ступенью воздухоподогревателя,

, (16.2)

где - температура воды на входе в экономайзер, °С.

Температуру подогрева воздуха при сжигании природно­го газа и мазута рекомендуется принимать 200÷300°С, а при слоевом сжигании топлива 200÷250°С. Этим опреде­ляется возможность применения одноходовой компоновки экономайзера и воздухоподогревателя для котлов, работа­ющих на указанных топливах. Для котлов, работающих на влажном пылевидном твердом топливе, целесообразен подо­грев воздуха до 350÷400°С, и для таких установок приме­няется двухступенчатая компоновка. Дальнейшее повышение температуры подогрева воздуха ограничивается необ­ходимостью применения при >450°С легированных металлов или специальных материалов, или специальных сложных конструкций воздухоподогревателей. Температура продуктов сгорания на входе в трубчатый воздухоподогре­ватель по условиям окалинообразования трубных досок не должна превышать 530 °С.