Потеря теплоты от наружного охлаждения

Потеря теплоты от наружного охлаждения возникает потому, что температура наружной поверхности котла (обмуровки, трубопроводов, барабана и др.) превышает температуру окружающей среды.

В общем случае потеря МДж/кг (или МДж/м³) может быть определена по формуле, учитывающей передачу теплоты конвекцией и излучением:

Расчет значения по (2.52) с предварительным экспериментальным определением необходимых для этого составляющих представляет определенные трудности. Учитывая, что q_но= Q_но/Q^р_р·100 мало по значению и уменьшается с увеличением мощности котла, при проектировании котла для определения пользуются рекомендациями [1]. На рис. 22 приведена зависимость от производительности котла. Характер зависимости определяется снижением отношения площади наружной поверхности котла к тепловыделению (производительности) с увеличением мощности котла.

Рис. 22. Зависимость потери теплоты от наружного охлаждения от паропроизводительности котла без хвостовых поверхностей (1) и с ними (2)

Распределение суммарной потери от наружного охлаждения по отдельным газоходам котла (топки, пароперегревателя и т. д.) производится пропорционально количеству теплоты, отдаваемой газами в соответствующих газоходах, и учитывается введением коэффициента сохранения теплоты

Абсолютная потеря теплоты от наружного охлаждения ВQ_но мало меняется с изменением нагрузки, поэтому относительная потеря изменяется практически обратно пропорционально нагрузке:

При проведении испытаний котельной установки при установившемся тепловом состоянии значение q_но определяется обычно как остаточный член теплового баланса.

1 4.6 ПОТЕРЯ С ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТОЙ ШЛАКОВ.

Потеря с физической теплотой шлака Q_ф.ш (q_ф.ш) возникает потому, что при сжигании твердого топлива удаляемый из топки шлак имеет высокую температуру. Это в первую очередь относится к топкам с жидким шлакоудалением, для которых q_ф.ш = 1...2 %, а также к слоевым топкам.

Потеря теплоты, %, определяется по формуле

Для топок с жидким шлакоудалением температура шлака принимается равной температуре нормального жидкого шлакоудаления указываемой в таблице топлив, а при твердом шлакоудалении — равной 600 ^оС.

При камерном сжигании топлива и твердом шлакоудалении потеря q_ф.ш учитывается только для топлив с большим содержанием золы

 

1 4.7 ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС КОТЛА

Для оценки эффективности теплотехнических процессов, в том числе и в котлах, все большее применение находят методы, основанные на совместном использовании первого и второго законов термодинамики. Это связано с тем, что обычно применяемая система КПД, базирующаяся на первом законе термодинамики, в соответствии с уравнением теплового баланса учитывает лишь количество теплоты и не рассматривает ее качество. Однако при оценке целесообразности и эффективности использования теплоносителя весьма существенен и учет его качества.

Действительно, одинаковая энтальпия продуктов сгорания, например‚ Q = V_г с_г t_г = 1000 МВт, может быть получена при температуре газов 50°С и при температуре 1000^оС, следовательно, при различных количествах газов. Однако ясно, что для практического использования газы, имеющие более высокую температуру, обладают большей ценностью, чем низкотемпературные, несмотря на значительно большее количество последних.

Для термодинамической оценки эффективности котла применим метод эксергетических балансов. Под эксэргией, как известно, понимают максимальную работу, которая может быть совершена при обратимом переходе какой-либо термодинамической системы из состояния с заданными параметрами в состояние равновесия с окружающей средой.

Работоспособность (эксергия) теплоты Q, МВт, при температуре Т, К, может быть определена из соотношения, справедливого для обратимого цикла Карно:

L = Е_т = Q(1 – Т₀/Т)

где Т₀ — абсолютная температура окружающей среды.

Коэффициент (1 – Т₀/Т) учитывает качество теплоты при температуре окружающей среды Т₀. При температуре теплоносителя Т = То эксергия ее равна нулю. Чем выше температура теплоносителя Т, тем больше эксергия, тем больше ценность этой теплоты.

Эксергия потока Е_м, МВт, при условии, что кинетической и потенциальной энергией можно пренебречь, определяется по формуле

Е_м = Н—Н₀ – Т₀(S – S₀)

где Н и Н₀ — энтальпии потока и окружающей среды; (S – S₀)— изменение энтропии горячего источника, равное приросту энтропии окружающей среды.

Эксергетический КПД, %, представляет собой отношение полезно усвоенной эксергии к эксергии затраченной и определяется по формуле

η_экс = Е_пол/ Е_затр =(Е_затр - Е_пот)·100/ Е_затр

Эксергетический баланс применительно к котлу дает возможность не только оценить качество полезно затраченной теплоты и всех потерь, найденных из теплового баланса, но и выявить потери, которые в тепловом балансе вообще не находят отражения. Такими потерями, в частности, являются потери из-за необратимости горения топлива, из-за необратимости теплообмена, при смешении.

ЛЕКЦИЯ 13

Потери эксергии вследствие необратимости процесса горения топлива, МВт, можно определить, исходя из равенства

Е^гор = Е_топ + Е_в — Е_п.с.

где Е_топ = е В; Е_в; Е_п.с — соответственно эксергии топлива (химическая и физическая), воздуха и продуктов сгорания. Удельная эксергия топлива е близка по значению к теплоте сгорания топлива, МДж/кг (или МДж/м³).

Эксергия продуктов сгорания определяется для адиабатной температуры. При подогреве воздуха, идущего для горения топлива, потери эксергии от необратимости горения уменьшаются. Это объясняется большим повышением эксергии продуктов сгорания (вследствие повышения температуры горения) по сравнению с повышением эксергии горячего воздуха Е_в.

Потери эксергии от необратимого теплообмена, МВт, можно определить по формуле

Е^т = (Е₁ — Е₂) — (Е₄ – Е₃) – Е^н.о_пот

где Е₁ и Е₂ — эксергии греющего потока теплоносителя на входе и на выходе рассматриваемого участка; Е₄ и Е₃ - эксергия нагреваемого потока на выходе и на входе рассматриваемого участка; Е^н.о_пот = Q_н.о(1 — Т₀/Т_ср) — потери эксергии рассматриваемым участком от наружного охлаждения.

Потери эксергии от смешения потоков с различной температурой (Т₁ и Т₂) МВт, что имеет место, например, при подсосе воздуха в котел, можно определить по формуле

Е^см = Е_Т1 +Е_Т2 – Е_см

где Е_Т1, Е_Т2 — эксергии смешивающихся потоков; Е_см — эксергия потока после смешения.

Эксергетический анализ процесса в котле указывает, например, на пути повышения его термодинамической эффективности.

Так, повышение температуры подогрева воздуха вызывает повышение температуры горения, что в свою очередь приводит к снижению потери эксергии при горении. Повышение параметров пара приводит к уменьшению потерь от необратимости теплообмена. При этом эксергетический КПД котла увеличится.

1 5 ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

Учебные вопросы: Тепловой режим топочной камеры. Полное тепловыделение в топке. Расчетные температуры и радиационное тепловосприятие экранов. Твердое и жидкое шлакоудаление, исключение шлакования стен топки. Газомазутные топки. Низкотемпературная коррозия, меры защиты. Интенсификация процессов теплообмена