Вопрос № 93 Потери тепла с химическим недожогом

В продуктах сгорания на выходе из топки могут находиться компонен­ты неполного сгорания исходного топлива СО, Н₂, СН₄ и другие газы. Их догорание за пределами топочной камеры становится невозможным вслед­ствие недостаточно высокой для этого температуры и нехватки кислорода. Теплота, которая могла быть получена в топочной камере в случае догорания газообразных горючих, составляет химический недожог:

Здесь Vсо, VH2, Vсн4 — объемы горючих газов в продуктах сгорания, м3/кг топлива; Qсо,Qн2,Qcн4 – соответственно объемная теплота сгорания го­рючих газов, кДж/м3.

Удельную величину тепловых потерь в процентах от определяют по формуле

Цифры перед обозначением объемов газов, уменьшенные в 100 раз теплоты сгорания 1 м3 соответствующих газов.

Химический недожог при сжигании газового и жидкого топлив со­ставляет q3 = 0 – 0,5%, а при сжигании твердого топлива, как правило, принимается равным нулю. В эксплуатации он определяется главным обра­зом содержанием в продуктах сгорания СО и в меньшей мере Н2. Наличие в составе продуктов сгорания СН4 свидетельствует о ненормальности ор­ганизации процесса горения.

Потери теплоты с химическим недожогом сильно зависят от коэффи­циента избытка воздуха и нагрузки парового котла (рис). В условиях полного (идеального) перемешивания топлива с кислородом (1) химический недожог может иметь место только при α < 1, где α – избыток воздуха в зоне горения, и будет увеличиваться пропорционально величине нехватки кислорода (1 – α_гор). В реальных условиях (2) при полной нагрузке наличие химического недожога при α = 1 определяется несовершенством пере­мешивания топлива с воздухом. При коэффициенте избытка воздуха, на­званном критическим α_кр, химический недожог q₃ = 0. Обычно величина α_кр = 1,02–1,03 и характеризует, таким образом, степень аэродинамическо­го совершенства горелочного устройства. При работе котла на пониженной нагрузке (3) снижаются скорости выхода топлива и воздуха из горелок, тем самым уменьшается энергия перемешивания потоков, несколько снижается уровень температур в зоне горения, что ведет к росту химического недожога топлива. Определение концентрации горючих газов производят на хрома­тографе (типа «Газохром-3101»).

Вопрос № 94 Общее уравнение теплового баланса. Располагаемое тепло

Для определения к.п.д. котла составляют тепловой баланс, под кот. понимают распределение выделившейся теплоты при горении тл на полезную часть для получения пара требуемых параметров и на тепловые потери.

При сжигании 1 кг (или 1 м3) рабочей массы топлива полное количе­ство теплоты, которое может выделиться в топке, называют располагаемой теплотой топлива, , кДж/кг или кДж/м3. Она включает в себя следую­щие источники поступления теплоты:

где Qдоп – дополнительные источники теплоты, сопутствующие организа­ции сжигания топлива:

Здесь – низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг(м3); Qвнш – 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; Qтл – физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута необходим подогрев его перед поступлением в котел; QП – теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; Qк – теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСОз и МgСОз, с образованием га­зообразного .

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 Qисп, или Q1, и определяется повышением эн­тальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева:

где Dпе, Dвт – расход свежего и вторично-перегретого пара на турбину, кг/с; Dпр – расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; hп.п, hп.в, h/ – энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; – энтальпия вторич­но-перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара и входе в него, кДж/кг; Вк – расход сжигаемого топлива, кг/с или м3/с.

Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепло­вые потери, сопутствующие работе парового котла: Q2 – с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания; Q3 – с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты); Q4 – с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы); Q5 – с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию); Q6 – с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Qпр – прочие тепловые потери, связанные с отдачей ча­сти насыщенного пара из барабана на нужды станции, с отводом теп­лоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетка­ми и т. п.

В итоге уравнение теплового баланса котла запишем в следующем виде:

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

где Qтк – тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной ка­меры, кДж/кг; – тепловосприятие пара в конвективных поверх­ностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; Qэк – тепловосприятие экономайзера, кДж/кг. Из уравнения следует, что тепловосприятие ВЗП 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 газовоздушого 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.

Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению , получим относительные доли затрат теплоты в процентах:

qi=Qi/Qрр

где Qi – любая из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса можно записать так:

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

q2,q6 – зависят от сжигаемого тл и ус–й эксплуатации.