Проверочный тепловой расчет котлоагрегата типа КЕ-4-14 на твердом топливе (стр. 3 из 13)
Для обеспечения полного сгорания топлива в топочное устройство подводят воздуха больше, чем теоретически необходимо. Отношение действительно поступившего количества воздуха Vд к теоретически необходимому Vо, называется коэффициентом избытка воздуха αт. Топки паровых и водогрейных котлов, как правило, работают с разрежением 2…3 мм вод. ст., в связи с чем происходит подсос воздуха и в топку и во все элементы котельной установки по ходу газового тракта, вплоть до дымососа. Присосы воздуха для каждого элемента котла и ориентировочно могут быть приняты:
• 0,05 – для первого конвективного пучка (газохода), фестона (с камерой догорания), пароперегревателя, воздухоподогревателя;
• 0,1 – для второго конвективного пучка (газохода), конвективной шахты, чугунного и стального экономайзера с обшивкой;
• 0,15…0,2 – для чугунного экономайзера без обшивки.
Поэтому коэффициент избытка воздуха в уходящих топочных газах – αух больше чем в топке, на суммарное значение присосов воздуха Σ∆α и составляет: αух = αт + Σ∆α.
Расход сжигаемого топлива должен обеспечивать получение необходимого количество полезной теплоты, а также восполнение тепловых потерь, сопровождающих работу котельной установки. Полезно используемая теплота в котельной установке Q1 идет на подогрев воды, ее испарение, получение
и перегрев пара. Соотношение, связывающее приход и расход теплоты, носит название теплового баланса. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива, на 1 м3 газообразного топлива
или в% от введенной теплоты. Суммарное количество введенной в топку теплоты называется располагаемой теплотой
другая запись уравнения теплового баланса:100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.
Работа теплогенерирующей установки сопровождается потерями теплоты, выраженными обычно в долях, %:
qi = (Qi /
) 100.1. Потери теплоты с уходящими топочными газами котлоагрегата:
q2 = (Q2 /
) 100, %.В котлоагрегате это, чаще всего, наибольшая часть тепловых потерь. Потери теплоты с уходящими топочными газами можно понизить за счет:
• снижения объема дымовых топочных газов, путем поддержания требуемого коэффициента избытка воздуха в топке αт и уменьшения присосов воздуха;
• снижения температуры уходящих топочных газов, для чего применяют хвостовые поверхности нагрева: водяной экономайзер, воздухоподогреватель, контактный теплообменник.
Температура уходящих топочных газов (140…180 °С) считается рентабельной и во многом зависит от состояния внутренней и внешней поверхности нагрева труб котла, экономайзера. Отложение накипи на внутренней поверхности стенок труб котла, а также сажи (летучей золы) на внешней поверхности нагрева существенно ухудшают коэффициент теплопередачи от топочных газов к воде и пару. Увеличение поверхности экономайзера, возду-
хоподогревателя для более глубокого охлаждения дымовых газов не является целесообразным, так как при этом уменьшается температурный напор ∆Т и увеличивается металлоемкость. Повышение температуры уходящих топочных газов может произойти в результате неправильного процесса эксплуатации и сжигания топлива: большой тяги (топливо догорает в кипятильном пучке); наличия неплотности в газовых перегородках (газы напрямую идут по газоходам котельного агрегата, не отдавая теплоты трубам – поверхностям нагрева), а также при большом гидравлическом сопротивлении внутри труб (за счет отложения накипи и шлама).
2. Химический недожог q3 = (Q3 /
) 100, %.Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива определяются по результатам анализа летучих горючих веществ Н2, СО, СН4 в уходящих дымовых топочных газах. Причины химической не-
полноты сгорания: плохое смесеобразование, недостаток воздуха, низкая температура в топке.
3. Механический недожог q4 = (Q4 /
) 100, %.Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива характерны для твердого топлива и зависят от доли провала топлива через колосниковую решетку в систему шлакозолоудаления, уноса частичек несгоревшего топлива с дымовыми газами и шлаком, который может оплавить частицу твердого топлива и не дать ей полностью сгореть.
4. Потери теплоты от наружного охлаждения ограждающих конструкций
q5 = (Q5 /
) 100, %.Возникают ввиду разности температуры наружной поверхности теплогенератора и окружающего наружного воздуха. Они зависят от качества изолирующих материалов, их толщины. Для поддержания q5 в заданных пределах необходимо, чтобы температура наружной поверхности теплогенератора – его обмуровки не превышала 50°С. Потери теплоты q5 уменьшаются по ходу движения топочных газов по газовому тракту, поэтому для теплогенератора введено понятие коэффициента сохранения теплоты
= 1 − 0,01q5.5. Потери с физической теплотой шлака q6 = (Q6 /
) 100, %.Возникают за счет высокой температуры шлаков порядка 650 °С, и характерны только при сжигании твердого топлива.
1.4 Внутрикотловая обработка воды
Для поддержания в котловой воде определенной концентрации солей, которая обеспечит безнакипный режим работы котла, применяют периодическую или непрерывную продувку. Продувка заключается в удалении из барабана котла части котловой воды с высоким солесодержанием и заменой ее питательной водой с малым солесодержанием. Продувку производят из тех
мест водотрубной системы котла, где наиболее высокое солесодержание воды, как показано на рис. 4.1.
Рисунок 1.4.1 – Схема продувки котла одноступенчатой системы испарения: 1 – труба для отвода продувочной воды; 2, 5 – верхний и нижний барабан; 3 – труба для подвода питательной воды; 4 – опускные трубы; 6 – подъемные (кипятильные) трубы; 7 – труба отвода шлама
Питательная вода подается в барабан по всей длине трубы 3 с отверстиями, проходящей в верхней части верхнего барабана 2. Нижняя аналогичная труба 1, расположенная в нижней части верхнего барабана, предназначена для сбора и отвода продувочной воды. В котлах со ступенчатым испарением продувку осуществляют из солевых отсеков или выносных циклонов. Периодическую продувку применяют для удаления шлама, который обычно скапливается в нижних коллекторах и барабанах котла. Величина продувки должна быть такой, чтобы солесодержание котловой воды соответствовало требованиям норм качества.
Обычно процент продувки котла принимают в зависимости от его паропроизводительности. Принято считать, что для нормальной работы теплогенерирующих установок процент продувки не должен превышать для котлов малой и средней мощности 10%, для котлов большой мощности – 5%, что связано с потерями теплоты с продувочной водой. Оптимальными считают потери теплоты с продувочной водой в пределах 0,1…0,5% от теплоты сгораемого топлива. Для случаев, когда одноступенчатое испарение требует большого процента продувки, используют ступенчатое испарение. Это позволяет уменьшить количество выводимой с продувкой горячей воды и сократить потери теплоты.
Сущность ступенчатого испарения заключается в следующем. Испарительная система котла разделяется на два отсека, соединенных по пару, но разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек, а для второго отсека питательной водой будет служить продувочная вода первого отсека. Продувка котла осуществляется из второго отсека. Так как концентрация солей во втором отсеке выше, чем в первом, то для вывода солей требуется меньший процент продувки для котла в целом. В современных паровых котлах широко используется ступенчатое испарение, при этом используются две или три ступени. Сама схема испарения может быть двух типов – с солевыми отсеками внутри барабана или с выносными циклонами. Рассмотрим более подробно каждый из них.
В химически очищенной воде находятся относительно нейтральные (N2 и NH3 и др.) и агрессивные (О2 и СО2) газы, последние приводят к химической коррозии внутренних поверхностей нагрева котла. Кроме этого, продукты коррозии нарушают циркуляцию воды в контуре котла, что может привести, в конечном итоге, к пережогу труб. Поэтому коррозионно-активные газы необходимо удалять из воды. Для этого существует несколько способов – химическая, каталитическая, термическая деаэрация.