Тепловой баланс теплогенератора.

Каждый кг топлива, сжигаемый в котельном агрегате, дает тепло в кол-ве, соответствующем теплоте сгорания его рабочего состава, Q^P_H ккал/кг. Но не все это тепло полезно используется. Задача рационального подбора и комбинирования отдельных элементов котельного агрегата заключ. в снижении размера неизбежных потерь до минимума. Сокращать потери необходимо в процессе эксплуатации.

Баланс тепла котельного агрегата, считая на 1 кг сжигаемого топлива, выражается следующим равенством:

Q^P_P = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ ± Q₆ + Q₆ ^ШЛ +

+ Q₆ ^ОХЛ ккал/кг, где

Q^P_P – располагаемое тепло – это кол-во теплоты, которое подводится в котельный агрегат с единицей массы топлива;

Q₁ – полезно используемое тепло, получаемое в виде пара или горячей воды;

Q₂ – потеря тепла с уходящими из котельного агрегата и выбрасываемыми в атмосферу продуктами сгорания;

Q₃ – потеря тепла от хим. неполноты сгорания;

Q₄ – потеря тепла от механ. неполноты сгорания;

Q₅ – потеря тепла всеми элементами котельного агрегата в окр. среду;

Q₆ – вел-на, учитывающая неустановившееся тепловое состояние;

Q₆ ^ШЛ – потери физ. тепла с удаленными из топки золой и шлаком;

Q₆ ^ОХЛ – потеря тепла на охлаждение не включенных в циркуляцию котла панелей и балок топки.

Все вел-ны имеют размерность в ккал/кг.

Вел-на Q₆ входит в баланс со знаком плюс в том случае, если агрегат только что растапливается, стенки обмуровки еще холодные и аналогично с поверхностями нагрева котла обмуровка отнимает тепло от проходящих по газоходам газов. Если котельный агрегат переводят на работу с пониженной нагрузкой, накаленные стенки обмуровки начинают отдавать тепло менее нагретым газам. Тогда в у-ии теплового баланса опять появляется Q₆, но со знаком минус, т.к. обмуровка в этом случае является как бы дополнительным источником тепла.

Если обе части у-ия разделить на Q^P_P и умножить на 100, то получится новое выражение баланса тепла, по которому использованное тепло и потери выражены в процентном отношении к располагаемому теплу:

100=q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ ± q₆ + q₆ ^ШЛ + q₆^ОХЛ

Поскольку баланс тепла подсчитывается от 0 ºС, к теплоте сгорания топлива надо присоединить тепло, приносимое с воздухом, физическое тепло топлива и тепло форсуночного пара при паровом распыливании мазута или паровом дутье, поэтому:

Q^P_P = Q^Р_Н + Q_{ВЗ. ВНШ} + i_ТЛ + Q_Ф ккал/кг, где

Q_{ВЗ. ВНШ} – тепло, внесенное с поступающим в котельный агрегат воздухом;

Q_Ф – тепло, вносимое в котельный агрегат с форсуночным паром при паровом распыливании мазута.

i_ТЛ – физическое тепло топлива.

Схемы движения среды в поверхностях нагрева.

 

 

Механические слоевые топки. Воздушный режим. Последовательность расчета.

Из рассмотрения рабочего процесса ручной колосниковой топки видно, что кочегар, обслуживающий топку, должен пода­вать топливо на решетку, распределяя его равномерно по пло­щади решетки, производить шуровку слоя и систематически очи­щать топку от накапливающегося шлака. Таким образом, обслу­живание ручной колосниковой решетки связано с применением тяжелого физического труда.

В целях освобождения кочегара от утомительного физического труда, даже в установках небольшой производительности, внед-ряются устройства, механизирующие подачу топлива, шуровку слоя и удаление шлаков. Энергетики коммунального хозяйства должны неуклонно выполнять указание И. В. Сталина, сделан­ное им в речи, произнесенной на совещании хозяйственников 23 июня 1931 г., о том, что...«механизация процессов труда является той новой для нас и решающей силой, без которой невоз­можно выдержать ни наших темпов, ни новых масштабов произ­водства».¹

Топки, в которых механизированы процессы подачи топлива на решетку, отвода очаговых остатков и шуровки слоя топлива называются механическими слоевыми топками; если механизирована только одна или две операции, топку назы­вают пол у механической.

К числу полумеханических слоевых топок относится:

а) при механизации одной операции— подачи топлива в
топку:

б) при механизации двух операций — подачи топлива и уда­
ления шлака:

цепные решетки;

горизонтальные топки с нижней подачей. К механическим слоевым топкам относятся: неподвижная решетка с шурующей планкой; наклонно-переталкивающая решетка.

Газомазутные горелки и топки.

Жидкое топливо, сжигаемое в топках, подвергается предварительному распылению

с помощью форсунки, являющейся элементом горелки. Под горелкой в общем случае понимается агрегат, включающий помимо форсунки воздухонаправляющий аппарат, запальное устройство и механизм управления.

В зависимости от способа распыления топли-ва форсунки подразделяются на четыре класса: механические, паровые, воздушные (пневматические) и комбинированные Форсунки с механическим распылением разделяют на прямоструйные, центробежные и ротационные. В прямоструйных форсунках дробление струи топлива на мельчайшие капли происходит при его продавливании под значительным давлением (1-2 Мпа) через сопло малого диаметра.

В центробежных форсунках топливо распыляется под действием центробежных сил, возникающих при закручивании топливного потока.

В ротационных форсунках топливо подается внутрь быстро вращающегося распыливающегося стакана, где оно растекается под действием центробежных сил, образуя тонкую пленку. На выходной кромке стакана тонкая пленка подхватывается подводимым первичным воздухом.

Паровые и пневматические форсунки можно объединить в один класс – форсунки с распыливающей средой. В паровых форсунках в качестве такой среды используют водяной пар с давлением 0,4-1,6 Мпа., а в пневматических форсунках используют воздух низкого (0,002-0,008 Мпа) и высокого (0,2-1 Мпа и выше) давления.

Горелка – это устройство, предназначенное для подачи газа к месту сжигания, смешивания его с воздухом, обеспечения стабильного сжигания и регулирования горения.

По способу смешивания газа с воздухом горелки бывают:

- без предварительного смешивания,

- с частичным смешиванием,

- с полным смешиванием.

По устройству – диффузные, инжекционные, смесительные и комбинированные (газомазутные).

По давлению – низкого и среднего. Низкое давление – газ до 500 мм вод.ст. (5кПа), воздух до 100 мм вод.ст. (1кПа); среднее давление – газ 500-15000 мм вод.ст. (5-150 кПа), воздух 100-300 мм вод.ст. (1-3 кПа).

Диффузные горелки

В этих горелках газ смешивается с воздухом в следствие взаимной диффузии газа и воздуха на границах вытекающего потока. Их ещё называют горелки внешнего смешивания. Они представляют собой заглушенный в торце отрезок трубы, вдоль которого – один или два ряда отверстий, просверленных в шахматном порядке. Эти горелки отличаются простотой конструкции и обслуживания, бесшумностью. Основные недостатки – проблемы, связанные с регулированием горения, высокий коэффициент избытка воздуха.

Инжекционные горелки

В этих горелках первичный воздух подсасывается за счёт инжекции газа, выходящего из сопла. Для улучшения инжекции горелка имеет суживающуюся

часть (конфузор), цилиндрическую и расширяющуюся (диффузор). Созданная в горелке газо-воздушная смесь через отверстие насадки или стабилизатора поступает в топку котла, где смешивается с вторичным возду-хом и сгорает. С увеличением расхода газа в горелке увеличивается скорость его выхода из сопла и соответственно увеличивается количество подсасываемого воздуха.

Смесительные горелки

Горелки с принудительной подачей воздуха вентилятором называют двухпроводными, смесительными (газ и воздух подаются по двум трубам и смешиваются в горелке). Они работают в основном на низком давлении газа, но некоторые конструкции рассчитаны и на среднее. Подача воздуха под давлением даёт возможность обеспечить большую тепловую мощность при сравнительно не больших размерах горелки.

Для лучшего перемешивания газ выходит через многочисленные отверстия, направленные под углом к потоку воздуха.

Во многих конструкциях горелок этого типа воздуху придают вращательное движение. Для этого используют завихрители с постоянным и регулируемым углом установки лопаток, придают горелке лепестковую форму или вводят воздух тангенциально в горелку цилиндрической формы.

Горелки позволяют регулировать длину и светимость факела, а также подавать к месту горения воздух, предварительно подогретый за счёт тепла отходящих газов. Полнота сгорания газа может быть обеспечена при минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Недостатком этой горелки является:

затрата электроэнергии на привод вентилятора;

необходимость своевременного и надёжного отключения подачи газа при остановке вентилятора

 

Водяные экономайзеры.

Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды уходящими продуктами сгорания, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх.

Экономайзеры разделяются на поверхностные и контактные.

Поверхностные экономайзеры различают по конструктивным признакам, а также по принципу работы:

– питательные (нагрев воды для питания котлов) и теплофикационны е (нагрев воды

для систем отопления);

– чугунные и стальные (материал конструкции);

– «кипящего» и «некипящего» типа (схема присоединения и степень нагрева воды);

– групповые и индивидуальные (размещение относительно котлов).

Чугунные экономайзеры собирают из чугунных ребристых труб длиной 2 и 3 метра, соединённых между собой чугунными калачами (коленами). Несколько горизонтальных рядов труб (до восьми) образуют группу, группы компонуют в одну или несколько колонны, разделённые металлической перегородкой. Группы собирают в каркасе с глухими стенками из теплоизоляционных плит, обшитых металлическими листами. Торцы экономайзеров закрывают съёмными металлическими щитами. Экономайзеры оборудуются стационарными обдувочными устройствами, встроенными в блоки. Количество горизонтальных рядов, которые обдуваются одним устройством, не должно превышать четырёх.

Преимуществом чугунных экономайзеров является их повышенное сопротивление к химическому и механическому разрушению. Эти экономайзеры бывают только «некипящего» типа. При этом температура воды на входе в экономайзере должна быть на 5…10°С выше температуры точки росы уходящих газов (53…56°С для природного газа), а на выходе из экономайзера – на 40°С ниже температуры насыщенного пара, при соответствующем давлении в котле, - при групповом и на 20°С при индивидуальном экономайзере. Чтобы предотвратить вскипание воды, температура уходящих газов за котлом не должна превышать 400°С.

Стальные экономайзеры, которые применяются для котлов с избыточным давлением пара выше 23 кгс/см2, представляют собой несколько секций змеевиков, изготовленных из труб диаметром 28…38 мм с толщиной стенки 3 или 4 мм. Змеевики стальных экономайзеров типовых конструкций изготавливают длиной 1820 мм. Отдельные пакеты змеевиков не должны иметь более 25 рядов и высоту более 1,5 м. между пакетами предусмотрены разрывы 550…600 мм для размещения обдувочных устройств. Стальные экономайзеры бывают «некипящего» и «кипящего» типа. В последних допускается вскипание и частичное испарение (до 25 %) питательной воды. Эти экономайзеры не отделяются от барабана котла отключающим устройством. При сжигании природного газа температура воды на входе в стальной экономайзер должна быть не ниже 65°С.

Контактные экономайзеры позволяют снизить затраты топлива на 10% и компонуются с котлами ДКВР и другими котлами. Эти агрегаты состоят из контактной части, промежуточного теплообменника, водяного объёма и трубного водораспределителя. За счёт контакта орошающей воды и продуктов сгорания на промежуточном теплообменнике происходит процесс теплообмена, который даёт возможность экономить топливо.

Воздухоподогреватели.

Воздухоподогреватели предназначены для подогрева воздуха перед подачей его на горелки котла за счёт тепла уходящих газов. При подогреве воздуха улучшаются условия сжигания топлива и увеличивается к.п.д. котельной установки.

Воздухоподогреватели устанавливают за водяным экономайзером по ходу дымовых газов. Если необходимо подогреть воздух до температуры 300…400°С, то воздухонагреватель размещают до и после экономайзера. Для подогрева воздуха используют рекуперативные (трубчатые) и регенеративные (пластинчатые) воздухоподогреватели.

Чтобы предотвратить конденсацию водяных паров, находящихся в дымовых газах, температура воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, должна быть на 5…10°С выше температуры точки росы продуктов сгорания, а при сжигании высокосернистых мазутов –

не ниже 80°С. Для этого холодный воздух предварительно подогревают паром или смешивают с некоторым количеством нагретого воздуха, который поднимается к всасывающему патрубку дутьевого вентилятора.

58. Гарнитура котлов. Гарнитурой называют устройства, которые предназначены для обслуживания котлоагрегата и защиты обмуровки от разрушения при взрыве. К гарнитуре котлов относятся:

- топочные дверцы для твёрдого топлива, фронтальная плита для жидкого и газообразного топлива;

- люки – лазы;

- лючки;

- взрывные клапаны;

- поворотные и выдвижные заслонки (шибера);

- обдувочные аппараты.

Фронтальная плита служит для крепления газовых горелок (мазутных форсунок) и некоторых узлов систем автоматики.

Люки – лазы служат для осмотра, очистки и ремонта внутренних частей котлов, топок и газоходов.

Лазы в барабанах котлов должны быть круглой, эллиптической или овальной формы. Диаметр круглого лаза должен быть не менее 400 мм, а размеры по осям эллиптического или овального лаза – не менее 300...400 мм. Крышка лаза массой больше 30 кг должна иметь устройство для облегчения открывания и закрывания.

В стенах топки и газоходов должны быть лазы, смотровые окошечки и лючки, обеспечивающие возможность контроля за горением и состоянием поверхностей нагрева обмуровки, а также за изоляцией частей барабанов и коллекторов.

Прямоугольные лазы должны быть размером не менее 400...450 мм и круглые не менее 450 мм для обеспечения возможности проникновения внутрь топки и газоходов для осмотра внешних поверхностей элементов котла.

В роли лазов могут использоваться топочные дверцы и амбразуры горелочных устройств, при условии, что их размеры не меньше указанных. Лючки ещё служат для установки обдувочных устройств и термометров сопротивления, для внесения запальника при розжиге.

Дверки и крышки лазов и лючков должны быть крепкими и плотными, их конструкция должна исключать возможность самооткрывания.

Взрывные клапаны устанавливают на котлах с камерным сжиганием газообразного и жидкого топлива и служат для смягчения силы взрыва и предохранения обмуровки котлоагрегата и кладки газоходов от разрушения. Клапаны размещаются в тех местах, где они не представляют опасности для персонала. Если это сделать невозможно, их оборудуют отводными коробами или огораживают щитами со стороны возможного нахождения людей. Количество, размещение и размеры проходного сечения взрывных клапанов определяется проектом котла.

Поворотные и выдвижные заслонки (шибера) служат для регулирования тяги. В котлах, работающих на газообразном топливе, в верхней части вертикального шибера должно быть отверстие, величина которого устанавливается проектом, но не менее 50 мм. В шиберах, размещённых горизонтально, отверстие может быть в любом месте.

Обдувочные аппараты предназначены для очистки паром или сжатым воздухом наружных поверхностей нагрева котлоагрегата от загрязнения и сажи. Выпускаются стационарные (вращающиеся и выдвижные) и переносные (с ручным обслуживанием) аппараты.