150233 (Джерела енергії і генератори енергії), страница 4

Ентальпію газів при α = 1 і температурі С у котельних розрахунках визначають за формулою:

i =V ( ) +V ( ) +V ( ) (43)

Ентальпія повітря при α = 1

i = i +(α-1) i кДж/кг або кДж/м (44)

При α > 1 ентальпія продуктів згоряння

іг = і°г + (α – 1) і°п кДж/кг або кДж/м³. (І-45)

Величину i визначають для різних значень і α, потім одержані значення зводять у таблицю i . Крім того, доцільно на підставі цих обчислень побудувати криві залежності і від для кількох значень α. Такий графік називається і – діаграмою.

3. Тепловий баланс котельного агрегату

3.1 Рівняння теплового балансу

Кількість теплоти, що вноситься в агрегат, дорівнює сумі використаної теплоти і теплових втрат. Складання теплового: балансу котельного агрегату полягає в установленні цієї рівності. Тепловий баланс складається на 1 кг твердого або рідкого палива і на 1 м³ газового палива для усталеного режиму роботи; агрегату, тобто для такого теплового стану, коли температура в будь-якій точці агрегату не є функцією часу. Це відповідає тривалій роботі агрегату при постійному навантаженні і постійних режимних умовах (тиску, зайвини, повітря, якості палива і т. п.).

Рівняння теплового балансу котельного агрегату має тепер такий вигляд:

Q = Q + Q +Q + Q4 +Q + Q кДж/кг або кДж /м³. (46)

У лівій частині рівняння Q –так звана наявна, або розраховувана, теплота, що визначається за формулою:

Q = Q + Q +Q + Q – Q кДж/кг або кДж/м³, (47)

де Q – нижча теплота згоряння робочого палива; Q – фізична теплота палива; Q –теплота, внесена повітрям, підігрітим зовні котельного агрегату; Q – теплота, внесена (через форсунки) парою, яка застосовується для розпилювання рідкого палива, або паровим дуттям; Q – теплота, що витрачається на розкладання карбонатів.

У котельних установках, як правило, не підігрівають повітря зовні котельного агрегату. У великих агрегатах не застосовують парового розпилювання мазуту і парового дуття. Теплоту розкладу карбонатів треба враховувати тільки при спалюванні сланців.

Основною складовою наявної теплоти завжди е теплота згоряння палива Q . У деяких випадках (при розімкнутій схемі сушіння палива, при паровому підігріванні мазуту) треба враховувати і фізичну теплоту палива Q визначається за формулою:

Q = кДж/кг або кДж/м³, (48)

де –питома (відповідно масова чи об'ємна при постійному тиску) теплоємність палива; tпл–його температура, °С.

Якщо взяти Qp за 100%, то тепловий баланс можна визначити в процентах:

100 = q + q + q + q + q + q %, (49)

де q = 100%.

У 100%-ну наявну теплоту (раніше за 100% вважали лише потенціальну «платну» теплоту палива Q ) не входить фізична теплота холодного повітря, що надходить в агрегат. Це холодне повітря перенесено із знаком мінус у праву частину рівняння (46) і враховано у величині Q .

Права частина рівняння теплового балансу є сумою використаної в агрегаті (в економайзері, котлі і перегрівнику) теплоти Q і теплових витрат: Q – з відхідними газами; Q –від хімічної неповноти згоряння; Q –від механічної неповноти згоряння; Q –у навколишнє середовище (від зовнішнього охолодження) і Q – фізичною теплотою шлаків і на охолодження панелей і балок, не включених у циркуляцію котла.

Таким чином, тепловий баланс характеризує загальну економічність роботи котельного агрегату і теплові втрати.

3.2 Теплота, що використовується в котельному агрегаті

Корисною називається теплота, що використовується для підігрівання води, яка надходить в агрегат, до температури кипіння, з метою перетворення її в насичену пару і для перегрівання пари. У загальному випадку годинна кількість використаної теплоти визначається за формулою:

Q =D (і –і )+D (і –і )+D –і )+D (і –і ) кДж/кг, (50)

де D , D , D , D –відповідно кількість виробленої перегрітої пари; відданої, крім перегрівника, насиченої пари; видаленої з котла продувної води; перегрітої у вторинному перегрівнику пари, кг/год; і , і , і , і , і , і – ентальпія перегрітої пари, насиченої пари, води при температурі кипіння в котлі, живильної води перед водяним економайзером, пари вторинного перегріву на виході і вході в перегрівник. Щоб добути Q , треба поділити кількість теплоти Q на годинну витрату палива В:

Q = кДж/кг (51)

Відношення використаної в агрегаті теплоти до наявної називається коефіцієнтом корисної дії котельного агрегату (брутто):

η = = , (52)

к. к. д. у процентах:

q =η ·100%= ·100% (53)

Економічність великих енергетичних котлоагрегатів дуже висока. Їх к. к. д. становить η ка =0,88–0,94. К. к. д. дрібних котлів значно нижчий і може бути в межах до 0,6–0,7. К. к. д. котлоагрегату змінюється із зміною навантаження; звичайно максимум к. к. д. відповідає 75–85% номінальної видатності котлоагрегату. Під час випробування котельного агрегату шуканою величиною є коефіцієнт корисної дії. Його можна дістати прямим вимірюванням витрат палива, води, пари, тиску й температури води й пари і визначенням Q . У цьому разі η визначається за формулою (52). Можна й інакше знайти – η , визначивши його як різницю між одиницею і сумою виражених у частках одиниці теплових втрат, знайдених відповідними вимірюваннями (складу й температури відхідних з агрегату газів, аналізів шлаку й золи та ін.). При проектуванні котлоагрегату к. к. д. агрегату або задається, або обчислюється за даною температурою відхідних газів νвід і прийнятим на підставі рекомендацій, які подаються в нормах теплового розрахунку котлоагрегатів, значенням теплових втрат і коефіцієнту зайвини повітря у відхідних газах α за формулою:

η =1- (54)

Потім визначають годинну витрату палива:

В= (55)

Обчислюючи к. к. д., не враховують витрат енергії на власні потреби котлоагрегату (живильні, тягодуттьові, пилоприготувальні, обдування поверхонь нагріву тощо).

К. к. д. котельного агрегату, визначений з урахуванням витрати теплоти і електроенергії на власні потреби, називається к.к.д. нетто:

η =η - Δη , (56)

де Δη – сумарна витрата енергії на власні потреби, віднесена до наявної теплоти і виражена в частках одиниці. Поняттям ηн.т користуються значно рідше, ніж η .

3.3 Втрати теплоти

Втрати теплоти з відхідними газами найбільші з усіх теплових втрат в котлоагрегаті. Величина q становить у великих агрегатах 4–8%, а в дрібних котлах 10–20%. Ця втрата відбувається тому, що продукти згоряння палива залишають агрегат при високій температурі (у великих агрегатах 115–150° С, а в дрібних – при ще вищій).

Формула для визначення Q виведена на основі законів термодинаміки хімічних реакцій Гесса і Кірхгофа, має такий вигля

Q =Σ ( -t )- (t – t ) (57)

Тут

Σ = ,

де і –відповідно об'єм і питома теплоємність триатомних і двоатомних газів; –об’єм повітря, що відповідає коефіцієнтові зайвини повітря у відхідних газах αвід; – питома теплоємність повітря; –температура відхідних газів; t – температура холодного повітря, яке надходить в агрегат; t - температура теплоти згоряння палива.

З формули (57) виводять окремі формули для Q . Якщо теплоту згоряння взято при температурі повітря, що надходить в агрегат, тобто, t = t то

Q =Σ ( -t ) (58)

Якщо прийнято, що t = 0° С, то

Q =Σ - t (59)

Q = і – і . (60)

При теплових розрахунках котельних агрегатів користуються другою окремою формулою, записуючи її в такому вигляді:

Q = і -α і (61)

Тут і – ентальпія відхідних газів при зайвині повітря α від і температурі , і – ентальпія теоретичної кількості холодного повітря, що надходить в агрегат,

q = 100= 100% (62)

При механічно неповному горінні в формули для Q і q вводиться поправка , яка враховує зменшений через механічний недопал об'єм продуктів згоряння. У цьому випадку

q = (100-q )% (63)

Як видно з наведених формул, основними факторами, що визначають втрату Q , є об'єм і температура відхідних газів. Об'єм газів у свою чергу залежить від коефіцієнта зайвини повітря у відхідних газах α = α +Δα, де α – коефіцієнт зайвини повітря в топці, а Δα – коефіцієнт присосу повітря в агрегаті через нещільності обмурівки в газоходах, що працюють під розрідженням.

Тому агрегат повинен працювати не тільки з мінімальним αт, який забезпечує достатню повноту згоряння палива, а й з мінімальними присосами повітря.

У той самий час для зменшення Q і q і відповідно збільшення ηк.а потрібне глибоке охолодження газів в агрегаті. Межа доцільної глибини охолодження продуктів згоряння визначається техніко-економічними розрахунками, бо при дуже глибокому охолодженні газів сильно зростають розміри теплосприймаючої поверхні нагріву. Чим вище вартість палива, менше його вологість і більше годин використовується агрегат, тим нижча оптимальна температура відхідних газів. У великих котлоагрегатах при спалюванні маловологого палива температура відхідних газів становить 115–130°С.

Втрата теплоти від хімічної неповноти згоряння визначається сумарною теплотою згоряння продуктів неповного горіння, що містяться у відхідних газах. Як уже зазначалось, при оптимальному процесі спалювання продуктів горіння у них може бути деяка кількість окису вуглецю.

Під час проектування величина q встановлюється залежно від виду палива і типу топкового обладнання, відповідно до рекомендацій, які наводяться в нормах теплового розрахунку котельних агрегатів.