Энергетические характеристики котлоагрегатов.

Котлоагрегаты или парогенераторы представляют собой сложные технические сооружения больших размеров, высота которых соизмерима с высотой многоэтажных домов.

В топке котлоагрегата сжигается превращенный в мелкую пыль уголь, газ или распыленный мазут при температурах от 1500 до 2000 ^оС.

Для более полного сжигания топлива в котлоагрегате в топку вентиляторам в больших количествах подается подогретый воздух. Тепло, выделяемое в процессе сгорания топлива, нагревает воду, циркулирующую в экранных трубах, превращая ее в пар, и увеличивает его температуру и давление до номинальных значений.

Рис. 1.49. Принципиальная схема котлоагрегата барабанного типа.

 

Продукты горения дымососами вытягиваются из парогенератора и подаются в очистные устройства, а затем направляются в дымовую трубу.

Вода, подаваемая в котлоагрегат, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается меньше, чем в питьевой воде. Очистка воды производится в специальных устройствах – питателях.

По конструктивному выполнению котлоагрегаты подразделяют на барабанные и прямоточные.

В барабанном котлоагрегате имеется стальной барабан, в верхней части барабана – пар, а в нижней – вода (рис. 1.49).

В барабанном котлоагрегате происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси за счет их разных плотностей. С увеличением температуры и давления пара уменьшается разность в плотностях воды и пара, что ухудшает циркуляцию.

В прямоточном котлоагрегате нет барабана, и циркуляция воды создается насосами (рис. 1.50).

 

 

Рис. 1.50. Принципиальная схема котлоагрегата прямоточного типа.

 

Прямоточные котлы требуют по сравнению с барабанными, наиболее качественного регулирования подачи воды, а также предъявляют очень высокие требования в отношении ее химической чистоты.

Котлоагрегат обеспечивает первую стадию преобразования энергии на электростанции. При общем уравнении:

 

(1.90)

 

для котлоагрегата существуют две аналитические зависимости:

1. Весовая – часовой расход натурального топлива в зависимости от часового производства пара или производительности котла , тнт/ч.

2. Расходная – часовой расход условного топлива от часового производства тепла , т. пара/ч.

 

Схема энергобаланса котлоагрегата представлена на рис. 1.51.

 

Рис. 1.51. Схема энергобаланса котлоагрегата.

где

– тепло топлива сжигаемого в топке;

– тепло поступающее в турбоагрегат;

потери тепла:

– с уходящими газами;

– с химическим недожогом топлива;

– с механическим недожогом топлива (при газе отсутствуют);

– с продувкой котлоагрегата;

– с утечками;

– в окружающую среду (теплоизлучение).

При общем КПД энергетических котлоагрегатов равном 90-96% ниже 90% КПД имеют котлоагрегаты работающие на торфе, от 90 до 93,5% – на углях, от 94 до 94,5% – на мазуте и 96% – на газе.

Следовательно, потери котлоагрегатов в расходе топлива составляют от 4 до 10%.

Основными энергетическими характеристиками котлоагрегата в зависимости от нагрузки являются:

1. Коэффициент полезного действия , %

 

(1.91)

 

2. Расходная характеристика , тут/ч

 

(1.92)

где

– теплота сгорания условного топлива, Гкал/тут.

 

3. Относительный прирост расхода топлива , тут/Гкал

 

(1.93)

где

– относительный прирост потерь топлива, тут/Гкал.

 

4. Удельный расход топлива , кгут/Гкал

 

(1.94)

 

Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата представлен на рис. 1.52. Все характеристики имеют 3 зоны в зависимости от величины нагрузки котлоагрегата: зона технического минимума нагрузки, зона экономической нагрузки, зона форсировки.

Первая – зона технического минимума нагрузки. Диапазон нагрузки этой зоны соответствует 30-40% от номинальной нагрузки котлоагрегата.

Величина технического минимума нагрузки зависит от конструкции котлоагрегата, условий циркуляции воды и вида сжигаемого топлива. При работе на топливе с малым содержанием летучих веществ (антрацит) величина технического минимума может достигать 60-70 % .

Эта зона характеризуется низкими значениями КПД котлоагрегата и, соответственно, большими значениями удельных расходов.

Рис. 1.52. Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата.

 

Кроме низкой экономичности работы котлоагрегата эта зона характеризуется неустойчивостью режима горения и является практически нерабочей зоной. Поэтому при распределении нагрузки между котлоагрегатами эта зона не представляет собой практического интереса.

Вторая – зона экономической нагрузки. Отвечает наиболее экономичным нагрузкам котлоагрегата до 80-85% от . Зона характерна наибольшими значениями КПД и наименьшими значениями удельных расходов, которые мало меняются в пределах своего диапазона.

Третья – зона форсировки. Характеризуется резким возрастанием расходной характеристики, за счет быстрого роста потерь, что не компенсируется ростом нагрузки котлоагрегата и приводит к снижению КПД и возрастанию удельных расходов топлива. Рост потерь в этой зоне определяется трудностями синхронного регулирования процесса горения в котлоагрегате.

Рассмотрим подробнее расходную энергетическую характеристику котлоагрегата , которая представляет собой вогнутую кривую с непрерывно возрастающей величиной относительного прироста .

В общем случае кривизна расходной характеристики в трех названных зонах является незначительной.

Поэтому вогнутую кривую расходной характеристики котлоагрегата можно заменить ломаной линией, состоящей из трех прямолинейных отрезков (рис. 1.53).

Рис. 1.53. Расходная энергетическая характеристика котлоагрегата, состоящая из прямолинейных отрезков.

 

При выравнивании расходной энергетической характеристики во внимание обычно принимаются только вторая и третья зоны. Характеристика при этом имеет следующий вид (рис. 1.54), а её аналитическое выражение, тут/ч:

 

(1.95)

где

и – относительные приросты потерь II и III зоны, тут/Гкал.

Задача 1.

Расчет и построение энергетической характеристики котлоагрегата ТП-80.

Котлоагрегат ТП-80 имеет производительность 420 т/ч и рассчитан на следующие параметры: давление пара – 140 ата, температура пара – 565 ^оС, i₀ = 840ккал/кг, температура питательной воды – 210 ^оС, топливо – газ.

При испытании котлоагрегата учитывалось, что нагрузка должна изменяться в допустимых пределах от минимальной (по условиям циркуляции) 180 т/ч до максимальной 420 т/ч.

Во время испытаний при раз­личных нагрузках определялся расход топлива. Результаты испытаний приведены в табл. 1.6, строка 1 и 2.

 

 

Рис. 1.54. Расходная энергетическая характеристика котлоагрегата

с учетом второй и третьей зоны.

Решение

1. Определяем полезно затраченное тепло при принятых значениях производительности котлоагрегата, Гкал/ч.

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

 

2. Определяем количество подведенного тепла, Гкал/ч

где

7 – теплота сгорания условного топлива, Гкал/тут

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Гкал/ч

Результаты расчетов по п. 1 и 2 вносим в табл. 1.6, стр. 3 и 4.

Таблица 1.6.

Результаты испытаний и расчетов энергетической характеристики

котлоагрегата ТП-80.

№	Наименование показателя
	Нагрузка , т/ч
	Расход топлива , тут/ч	17,2	20,9	24,7	28,4	31,9	35,6	39,4
	Полезно затраченное тепло , Гкал/ч	113,4	138,6	163,8	189,0	214,2	239,4	264,6
	Подведенное тепло , Гкал/ч	120,4	146,3	172,9	198,8	223,3	249,2	275,8
	КПД , %	94,19	94,74	94,74	95,07	95,92	96,07	95,94
	, %	5,81	5,26	5,26	4,93	4,08	3,93	4,06
	, Гкал/ч	7,0	7,7	9,1	9,8	9,1	9,8	11,2
	, тут/Гкал	0,152	0,151	0,151	0,150	0,149	0,149	0,149

3. Определяем КПД котлоагрегата и суммарные потери тепла в % и абсолютном значении.

3.1. КПД котлоагрегата, %

3.2. потери тепла , Гкал/ч

3.3. потери тепла , %

Потери тепла включают потери с уходящими газами, химическим недожогом, в окружающую среду и другие виды потерь, за исключением потерь от механического недожога, которые отсутствуют, так как топливом является газ.

Результаты расчетов по п. 3 вносим в табл. 1.6, стр. 5, 6, 7.

4. Определяем удельный расход топлива, тут/Гкал

Результаты расчетов по п. 4 вносим в табл. 1.6, стр. 8.

5. По полученным данным стр. 3 и 7 строим кривую зависимости потерь тепла от нагрузки котлоагрегата (Рис. 1.55).

Рис. 1.55. Зависимость потерь тепла от нагрузки котлоагрегата.

 

6. На основании полученной зависимости определяем относительный прирост потерь тепла котлоагрегата. Для этого используем метод графического дифференцирования кривой потерь тепла от нагрузки котлоагрегата.

Порядок определения относительного прироста данным методом следующий: строятся вспомогательные координаты, в границах которых проводится ряд прямых с наклоном к оси абсцисс, соответствующим наклону касательных в точках 1-7 зависимости (рис. 1.56).

Тангенсы углов наклона прямых при этом соответствуют значениям производной потерь тепла котлоагрегатом (табл. 1.7).

Таблица 1.7.

Значения производной потерь тепла котлоагрегата по нагрузке.

№	Наименование показателя
	Полезно затраченное тепло , Гкал/ч	113,4	138,6	163,8	189,0	214,2	239,4	264,6
	Производная потерь тепла по нагрузке , Гкал/Гкал	0,014	0,049	0,077	0,105	0,140	0,161	0,175

Рис. 1.56. Вспомогательные прямые, соответствующие касательным в точках 1-7 зависимости .

7. Определяем относительный прирост расхода топлива котлоагрегата , тут/Гкал.

где

– относительный прирост потерь топлива котлоагрегата, тут/Гкал.

На основании данных табл. 1.7 определяем , а затем значения при различных нагрузках котлоагрегата (табл. 1.8).

 

8. По результатам расчетов проводим построение основных энергетических характеристик котлоагрегата (рис. 1.57).

8.1. Зависимость КПД от нагрузки, %

 

8.2. Зависимость расхода топлива от нагрузки, т.у.т./ч

8.3. Зависимость удельных расходов топлива от нагрузки, т.у.т./Гкал

 

8.4. Зависимость относительного прироста расхода топлива от нагрузки, т.у.т./Гкал

Таблица 1.8.

Значения относительных приростов потерь топлива

и приростов расхода топлива котлоагрегата.

№	Наименование показателя
	Относительный прирост потерь топлива котлоагрегата , тут/Гкал	0,002	0,007	0,011	0,015	0,020	0,023	0,025
	Относительный прирост расхода топлива котлоагрегата , тут/Гкал	0,145	0,150	0,154	0,158	0,163	0,166	0,168

 

 

Рис. 1.57. Основные энергетические характеристики котлоагрегата.