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.

4. Конструкції топок

4.1 Шарові топки

У топках з шаровим спалюванням палива основними трудомісткими робочими процесами є: завантаження палива на решітку; прошуровування (просування, розрівнювання) шару палива; видаляння шлаку.

Залежно від ступеня механізації цих процесів розрізняють топки з ручним обслуговуванням, топки з частковою механізацією і механічні шарові топки. Раніше у невеликих котельних установках, устаткованих котлами потужністю до 10 т пари на годину, застосовувались майже винятково шарові топки з ручним обслуговуванням. Останнім часом в цих установках широко застосовуються топки з частковою або комплексною механізацією трудомістких процесів. Зараз розроблено і опробовано недороге і ефективне топкове обладнання, що дає можливість в невеликих установках полегшити працю обслуговуючого персоналу і досягти високого коефіцієнта корисної дії топки.

Шарова топка походить від найпростішого типу топки - нерухомої горизонтальної колосникової решітки з ручним обслуговуванням.

Широке застосування її в малих установках пояснюється простотою, надійністю і дешевизною, універсальністю щодо можливості спалювання різноманітних видів твердого палива, високою стійкістю процесу горіння.

Принципова схема ручної шарової топки з горизонтальною колосниковою решіткою показана на мал. 4-1. Решітка складається з 4-х рядів нерухомих колосників 3, на яких лежить паливо. Колосники виготовляють або у вигляді чавунних плиток (плиткові), або у вигляді брусків (брускові, балочні). У зольник (піддувало) 4 вентилятором нагнітається повітря, яке крізь отвори або щілини в колосниках і між ними, тобто крізь живий переріз решітки, надходить у шар палива. Зараз застосовують колосникові решітки з малим живим перерізом, що становить менш як 15% площі решітки. Над решіткою розміщений топковий простір 2, а над ним - променесприймальна поверхня нагріву 1. Свіже паливо вручну закидається на шар гарячого палива через завантажувальний (шурувальний) отвір 5. Завантажувальні дверці 6 закріплюються на рамі, з'єднаній з каркасом котла. Шлак видаляється в зольник, для чого установлюється кілька перекидних (поворотних навколо горизонтальної осі) колосників.

Ручні горизонтальні топки мають багато недоліків: потребують застосування важкої фізичної праці для обслуговування; працюють періодично; мають невисокий к.к.д. топки; через обмежену довжину колосникових решіток утруднюється можливість їх застосування навіть під невеликими котлами; при одиничній видатності (понад 5 т пари на годину) обмежена питома потужність решітки; висока чутливість до фракційного складу палива (за розмірами кусків); низька видатність і економічність під час роботи на паливі з великим вмістом дріб'язку; працюють з підвищеним коефіцієнтом зайвини повітря в топці, що зумовлює значну втрату теплоти з відхідними газами.

Ці недоліки настільки істотні, що в наш час відмовляються від застосування у невеликих установках горизонтальних топок з ручним обслуговуванням і все ширше застосовують топки з частковою або повною механізацією трудомістких процесів паливоспалювання. Це полегшує працю обслуговуючого персоналу, основною функцією якого стає керування механізмами і контроль за їх роботою.

Топки із закидачами. Дуже поширеними топками з частковою механізацією подачі палива на решітку є топки із закидачами.

Вони бувають трьох типів: з механічним, з пневматичним і комбінованим пневмомеханічним закиданням.

На мал. 4-2 подано топку ПМЗ-ЦКТІ з пневмомеханічним закиданням палива на горизонтальну решітку з поворотними (або хитними) колосниками.

Пневмомеханічний закидач (мал. 4-3) складається з плунжерного живильника 1, ротора-закидача 2 і повітряних сопел, розміщених під закидачем. Напрям обертання ротора (правий) такий, що вугілля в топку закидається лопатками в той час, коли вони знаходяться у верхньому положенні. Виробність по вугіллю регулюється числом ходів плунжера і величиною його ходу. Лопатки закидача прикріплені до барабана під кутом, що забезпечує віялоподібний закид.

Суміщення механічного (основного) і пневматичного (додаткового) закидання дає можливість добитись кращого, ніж при механічних або пневматичних закидах, розподілу вугілля по решітці.

У топці ПМЗ-ЦКТІ можна спалювати кам'яне вугілля і антрацити. Нормально топка працює на вугіллі, попередньо роздрібненому на куски, менші за 40 мм. При спалюванні рядового вугілля із значним вмістом дріб'язку топки працюють погано.

Шахтні топки. Для спалювання кускового торфу в невеликих котельних установках застосовуються шахтні топки з похилим дзеркалом горіння. Колосникова решітка шахтної топки складається з двох рядів похилих і двох рядів горизонтальних колосників. Торф завантажується з вагонетки великими порціями в паливний бункер, звідки надходить у шахту, розміщену над колосниковою решіткою. В міру вигоряння торфу і видалення (з нижнього горизонтального ряду колосників) вогнищевих залишків торф з шахти надходить на колосникову решітку і просувається вздовж похилих колосників під впливом сили тяжіння.

У шахтних топках, як і взагалі в топках з похилим дзеркалом горіння (похилих, східчастих), стадії горіння палива розділені по місцю: у верхній частині відбувається теплова підготовка, в середній - горіння коксу, а в нижній - допалювання. Обслуговування шахтних топок потребує менших фізичних зусиль персоналу порівняно з обслуговуванням ручних горизонтальних топок.

Топки з шурувальною планкою. Основним елементом топок цього типу є нерухома плоска колосникова решітка, вздовж якої пересувається паливо. Рух палива здійснюється за допомогою клиновидної планки, що періодично переміщується через певні проміжки часу, установленої поперек колосникового полотна. Швидкість ходу планки регулюється, при цьому задається програма чергування ходів певної довжини (коротких і довгих). Під час руху планки відбувається живлення шару свіжим паливом, підломлювання шлаку, прошуровування шару і видалення шлаку. Топки з шурувальною планкою можуть застосовуватися для спалювання кам'яного і бурого вугілля під котлами з невеликою видатністю - до 10-12 т пари на годину.

Топки з ланцюговими решітками. Найпоширенішими механічними шаровими топками є топки з ланцюговими решітками.

Ланцюгова решітка - це нескінченне колосникове полотно, що рухається разом з паливом, яке лежить на ньому (мал. 4-5). Основою ходової частини ланцюгової решітки є два або декілька ланцюгів, що несуть на собі колосники. Залежно від способу кріплення колосників розрізняють бімсові і безбімсові, або безпровальні решітки.

Тепер у нашій країні серійно виробляють тільки решітки безпровального типу (БЛР - безпровальні ланцюгові решітки). Решітка БЛР порівняно з бімсовою значно легша і дешевша, надійніша і економічніша в експлуатації. Решітки потрібного розміру складаються із стандартних серійно виготовлених секцій.

У решітках БЛР колосники 11 вміщені в обойми-колосникотримачі 10, прикріплені до ланцюгів. Нескінченні ланцюги натягнені на зірочці 12 і шківі 8. Ведучим є передній вал. Натяг ланцюга регулюють переміщенням заднього вала.

Привод решітки здійснюється електродвигуном через редуктор, що дає можливість змінювати швидкість руху решітки від 4 до 20 м/год. Іноді з цією метою застосовують електродвигуни з кількома ступенями швидкості.

У передній частині решітки установлено відсічний охолоджувальний шибер 3 для регулювання товщини шару палива. В кінці ланцюгової решітки установлюється шлакознімач 9.

Конфігурація топкових камер в топках з ланцюговими решітками в основному подібна до топок, в яких спалюють різні види палива. Вона характеризується наявністю низько опущеного довгого заднього склепіння і відносно високо розміщеного короткого переднього склепіння. Так, для антрациту і кам'яного вугілля заднє склепіння, завдовжки близько половини довжини решітки, розміщається на висоті 0,9-1,0 м від решітки, а переднє - завдовжки близько чверті довжини решітки - на висоті 2-2,5 м.

Заднє склепіння спрямовує потік гарячих газів у зону надходження свіжого палива, що сприяє його займанню. Переднє склепіння добре прогрівається топковими газами, не закриває від випромінюючих твердих частинок і газів зону попередньої підготовки палива і сприяє стабілізації високої температури в передній частині решітки. Звуження топкової камери, утворене переднім і заднім склепіннями, і рух під заднім склепінням газового потоку у напрямку до фронту топки сприяють перемішуванню топкових газів, горінню винесених із шару твердих частинок і горючих газів і утворенню зони високих температур. Цьому сприяє і гостре дуття, що подається з сопел, установлених на одному із склепінь.

При нормальній роботі топки ланцюгова решітка рухається безперервно. Режим роботи топки регулюють зміною товщини шару вугілля на решітці за допомогою шибера - регулятора шару, зміною швидкості переміщення решітки і відповідним режимом тяги і дуття. Регулювання повітряного режиму топки полягає в підтримуванні потрібного тиску повітря під різними дільницями решітки (4-5 зон по довжині решітки). Шлакознімач у кінці решітки дає можливість підтримувати на решітці певний шар шлаку і робити випал пального із шлаку, підтримуючи допустиму величину видимої теплонапруги дзеркала горіння.

Страницы: 1, 2, 3, 4