або в процентах за об'ємом:

RO+ О + N =100% (33)

де RО=100 - об'ємний процент RО у сухих димових газах.

Звідси V=100.

Підставивши значення, V  з (19), матимемо:

V =1,86 м3 /кг (34)

Якщо в продуктах згоряння є СО, легко визначити

V=1,86 (35)

Характеристика палива. Визначення СО. Якщо з лівої частини рівності (33) виключити N, користуючись відомим об'ємним співвідношенням  у повітрі, яке дорівнює можна за допомогою перетворень прийти до такого співвідношення:

21 - β RО - (RО+ О) = О, (36)

де

β=2,37+0,0605 (37)

B характеризує склад горючої маси палива і не залежить від зольності Авологості W і коефіцієнта зайвини повітря α. Тому B називають характеристикою горючої маси палива (скорочено - характеристикою палива).

Рівність (36) відбиває зв'язок між компонентами димових газів RО і О при повному згорянні палива і характеристикою палива.

У загальному випадку при великій неповноті згоряння в димових газах, крім RО, О і N, будуть неповні окисли (СО) і горючі гази у вільному вигляді (Н, СН, СmНn). Проте при задовільній роботі топок помітних кількостей Н, СН і т.д. в димових газах не буває. Тому досить розглянути більш реальний випадок - наявність у продуктах згоряння окису вуглецю. Тоді склад сухих газів запишемо так:

RO+СО+O+N=100%. (38)

Якщо тепер, аналогічно до попереднього, з (38) виключити N, то можна дістати таке співвідношення:

21 - β RO - (RO + O) = (0,605 + β) СО. (39)

З (39) дістанемо

CO= (40)

Таким чином, операцію аналізу газів можна спростити (визначати тільки RO і RO + O). Це зручно тим, що реактив для поглинання СО насичується значно швидше, ніж реактив для поглинання RO і O. Проте розрахункове визначення СО3 (40) може дати надійні значення СО тільки в разі незначної неповноти згоряння (якщо кількість СО становить десяті частки процента).

При значній неповноті згоряння треба робити повний хімічний аналіз димових газів.

Визначення α. Знаючи склад продуктів згоряння, можна визначити коефіцієнт зайвини повітря α у будь-якому місці газового тракту. Формули для α виводять з раніше наведених співвідношень.

При повному згорянні

α = , (41)

де O і N-об'ємний процентний вміст кисню і азоту в сухих газах (N=100 - RO - O).

При наявності СО

α =  (42)

2.5 Визначення ентальпії продуктів згоряння

Результати газових розрахунків використовуються для обчислення ентальпії і (тепловмісту) продуктів згоряння палива. Ентальпію визначають за формулами загального вигляду

i=V або і =ΣV.

Виражається вона в кДж на 1 кг твердого і рідкого палива або |в кДж на 1 м3 газоподібного палива.

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-αі (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.

У процесі випробування діючого агрегату q визначають з даних аналізу продуктів згоряння. Для найпоширенішого випадку наявності в димових газах тільки СО розрахункову формулу для Q дістають з таких співвідношень:

V=Vм/кг;

кДж/ м;

 кДж/ м; (64)

При механічно неповному згорянні у формулу для Q вводять поправку q аналогічну до поправки для Q.

Q виникає через незадовільне використання кисню повітря внаслідок недосконалого перемішування палива з повітрям і незадовільну аеродинаміку топки. Крім того, можуть бути й інші причини: недостатня загальна кількість повітря, низька температура топки тощо.

У топках раціональної конструкції при нормальній їх експлуатації q становить менше ніж 1%.

З інших однакових умов із зростанням коефіцієнта зайвини повітря в топці, починаючи з α=1, втрата q зменшується. В той самий час із зростанням α зростає втрата q.

Якщо дослідним способом визначити залежність суми q + q від α, то можна знайти таке значення α, яке відповідає мінімуму суми втрат з відхідними газами і від хімічної неповноти згоряння.

Втрати теплоти від механічної неповноти згоряння. При спалюванні твердого палива шлак і провал, що видаляються з топки, а також летка зола, що виноситься в газоходи, містять певну кількість горючих речовин (вуглецю). Тому в загальному випадку втрати Q дорівнюють сумі. У камерних топках провалу немає, і для них Q=.

Аналогічно до q під час проектування величину q оцінюють на підставі нормативних матеріалів. Під час випробування Q визначають за формулою

кДж/кг (65)

де  і α-частинки золи палива у шлаку, провалі та у виносі; Г і Г-вміст горючих у шлаку і провалі та у виносі в%, він визначається в лабораторії.

Величина q залежить від властивостей палива (зольності, наявності дріб'язку, виходу летких речовин, спікливості), типу топки (камерна, шарова, механічна, ручна), режиму процесу спалювання і коливається в широких межах - від 1-2% у великих камерних топках до 10-15% у дрібних установках. При наявності q4 оптимальне значення αт відповідає мінімумові суми втрат q + q + q.

У тепловому розрахунку при визначенні об'ємів і ентальпій продуктів згоряння поправка на механічну неповноту згоряння не вноситься. Для визначення сумарних об'ємів продуктів згоряння, що рухаються в газоходах котлоагрегату, вводять розрахункову витрату палива В. що визначається з урахуванням q за формулою:

 (66)

де В - дійсна витрата палива, яка обчислюється за формулою (55).

Втрата в навколишнє середовище (від зовнішнього охолодження). Втрата q тим менша, чим більша одинична видатність агрегату. Для даного агрегату втрата q зменшується із зростанням його навантаження. При часткових навантаженнях q можна визначити із співвідношення:

 (67)

де D-номінальна видатність агрегату; q - втрати від зовнішнього охолодження при D.

Для потужних енергетичних котлоагрегатів величина q дуже мала і становить частки процента (0,2-0,3%).У дрібних установках q може досягти 3-4%. Величина q оцінюється на підставі графіків або табличних даних, які наводяться в нормативних матеріалах і довідковій літературі.

Втрата з фізичним теплом шлаку здебільшого невелика. В тих випадках, коли її слід ураховувати (наприклад, при рідкому шлаковидаленні), вона визначається за звичайними формулами для обчислення ентальпії речовини. Ще рідше доводиться ураховувати втрату на охолодження панелей і балок, не включених у циркуляцію котла.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5