Теплота , полезно затраченная на производство пара. Расход топлива и кпд котла

При выработке пара в котле рабочее вещество — вода обычно проходит последовательно водонагревательные, испарительные и пароперегревательные поверхности. В отдельных случаях котел может не иметь экономайзера или пароперегревателя.

С учетом продувки из котла части воды для поддержания определенного ее со-

лесодержания, а также при наличии в котельной установке передачи части насыщенного пара на сторону и при дополнительном пароперегревателе для вторичного перегрева пара полезно затраченная теплота на единицу сжигаемого топлива, МДж/кг (или МДж/м³) составит

Расход продувки D_пр для котельных установок промышленных предприятий доходит до 5—10 % его паропроизводительности D; для котлов конденсационных электростанций он не превышает 1—2 % D. При определении затрат теплоты на выработку пара Q_пол если р = D_пр/D·100 ≤ 2 %, продувка может не учитываться.

При расходе топлива В в единицу времени, кг/с (или м³/с) полезно затраченная теплота, МВт, составляет

С учетом выработки перегретого и насыщенного пара, наличия продувки воды и вторичного перегрева пара КПД котла, %, подсчитывается по формуле

 

Определение КПД котла по (2.28) как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте топлива — это определение его по прямому балансу. КПД котла можно определить и по обратному балансу — через тепловые потери. Из (2.20) и (2.2 1) для установившегося теплового состояния получаем

где q_уг= Q_уг/Q_р; q_х.н = Q_хн/Q_р; q_м.н = Q_мн/Q_р; q_но = Q_но/Q_р; q_др= Q_др/Q_р

КПД котла, определяемый по (2.28) или по (2.30), не учитывает затрат электрической энергий теплоты на собственные нужды (на приводы насосов, вентиляторов, дымососов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления, работы обдувочных аппаратов и т.д.). Такой КПД котла называют КПД брутто и обозначают η _бр или η_к

Если потребление энергии в единицу времени на указанное вспомогательное оборудование составляет ΣN_с, МДж, а удельные затраты топлива на выработку электроэнергии b, кг/Мдж, то КПд котельной установки с учетом потребления энергии вспомогательным оборудованием (КПД нетто), %,

Иногда η_ку называют энергетическим КПД котельной установки.

Для котельных установок промышленных предприятий затраты энергии на собственные нужды составляют около 4 % вырабатываемой энергии.

Если учесть расход теплоты на собственные нужды котельных агрегата (привод насосов, вентиляторов, дымососов и т.п.), составляющие около 4%, то получится КПД нетто.

При проектировании котлов температуру уходящих газов принимают равной 390 — 450 К, потери от химической и механической неполноты сгорания топлива и в окружающую среду задают в соответствии с нормами теплового расчёта (q_х = 0…2%; q_м =1…12%; q_но = 0,5…3%; q_др = 1…5%;).

1 4.2 ПОТЕРЯ ТЕПЛОТЫ С УХОДЯЩИМИ ГАЗАМИ

Потеря теплоты с уходящими газами Q_ух(q_ух) возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов Н_уг, покидающих котел при температуре t_уг, превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха α_уг·Н⁰_хв и топлива с_т·t_т. Если пренебречь малым значением энтальпии топлива, а также теплотой золы (для твердого топлива), содержащейся в уходящих газах, потеря теплоты с уходящими газами, МДж/кг (или МДж/м может быть подсчитана по формуле

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5—12 % располагаемой теплоты топлива, и определяется объемом и составом продуктов сгорания, существенно за висящих от балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов:

Рис. 26 К определению коэффициента избытка воздуха в топке котла. К определению температуры уходящих газов

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α_уг который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке α_т и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением:

α_уг = α_т+Δα

В котлах, работающих под давлением, присосы воздуха отсутствуют.

С уменьшением α_т потеря теплоты Q_уг(q_уг) снижается, однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери теплоты — от химической неполноты сгорания топлива Q_хн(q_хн). Оптимальное значение α_т выбирается с учетом достижения минимального суммарного значения q_у.г+ q_хн (рис.26).

Возможность уменьшения α_т зависит от рода сжигаемого топлива и типа топочного устройства. При более благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха α_т, необходимый для достижения наиболее полного горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива, когда условия для эффективного перемешивания компонентов горения достаточно благоприятны, коэффициент избытка воздуха в топке принимают α_т ≤1,1; при сжигании мазута α_т = 1,1; пылевидного топлива α_т = 1,2, а кускового топлива α_т = 1,3...1,7.

Присосы воздуха по газовому тракту котла Δα в пределе могут быть сведены к нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и «гляделок», имеющихся в газоходах и работающих под разрежением, затруднено и практически Δα = 0,15...0,3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q_уг приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос. Допустимые присосы воздуха в отдельных элементах котла даны в «Тепловом методе расчета котлов. Нормативный метод»

Важнейшим фактором, влияющим на Q_уг является температура уходящих газов. Ее снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздухоподогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и соответственно меньше температурный напор Δt между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности Н требуется для такого же охлаждения газа. Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q_уг и, следовательно, к дополнительным затратам топлива ΔВ на выработку одного и того же количества пара, горячей воды или другого теплоносителя, В связи с этим оптимальная температура t_уг определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых затрат для теплоиспользующих элементов и топлива для различных значений (рис. 26).

На рис. 26 можно выделить область температур (от t'_уг до t''_уг), в которой расчетные затраты отличаются незначительно. Это дает основание для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры при которой, как это видно из рис. 16, начальные капитальные затраты будут меньше.

В ряде случаев снижение ограничивается возможностью внешней коррозии хвостовых поверхностей нагрева (воздушного подогревателя, экономайзера) из-за конденсации на них водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. В связи с этим выбор зависит также от температуры питательной воды, температуры воздуха на входе в воздушный подогреватель и других факторов.

С увеличением нагрузки увеличивается количество выделяемой теплоты (рис. 27).

Заканчивая рассмотрение потери теплоты с уходящими газами, необходимо отметить, что при работе котла на твердом топливе, а также при работе энерготехнологических агрегатов поверхности нагрева могут загрязняться золой топлива и технологическим уносом. Это приводит к существенному снижению коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к рабочему телу и, следовательно, к повышению t_уг. При этом для сохранения заданной паропроизводительности котельной установки приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла, и при недостаточной мощности дымососа нагрузка котла снижается. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

Рис. 27

При определении потери теплоты с уходящими газами учитывают уменьшение объема газов, обусловленное механической неполнотой сгорания топлива, введением поправки.

Тогда с учетом (2.15) получаем

ЛЕКЦИЯ 12