Тепловые потери с уходящими газами

 

Тепловые потери с уходящими газами определяются по формуле:

 

,

 

где – удельная энтальпия уходящих газов, кДж/кг; – удельная энтальпия холодного воздуха, подаваемого в котлоагрегат, кДж/кг; – тепловые потери от неполноты сгорания.

Снижение температуры уходящих газов является основной задачей, которая должна решаться путем развитием хвостовых поверхностей нагрева в экономически оправданных размерах в сочетании с оптимальным режимом эксплуатации котлов. Достаточно указать, что увеличение температуры уходящих газов на 12–15 °С приводит к возрастанию потерь на 1 %.

Основные направления уменьшения потерь с уходящими газами:

– поддержание оптимального коэффициента расхода воздуха a_T, потому, что с уменьшением коэффициента a_T снижается предел допустимого охлаждения газов (рис 9.1), контроль над a_T должен выполняться по анализу химического состава продуктов сгорания с помощью газоанализатора;

 

 

Рис. 9.1. Зависимость тепловых потерь в котлагрегатах
от коэффициента расхода воздуха a_T;

q₂, q₃, q₄ – тепловые потери соответственно с уходящими газами,
с химическим и механическим недожогом топлива

 

– снижение присосов холодного воздуха в котлоагрегате;

– предотвращение шлакования экранных и радиационных поверхностей нагрева (шлакование может быть результатом неудовлетворительного воздушного режима, тепловых перекосов, отсутствия регулярной обдувки золы и обивки шлака; сжигание топлива, имеющего пониженную против расчетной температуру плавления золы, работы топочного объема с чрезмерными тепловыми напряжениями);

– предотвращение заноса золой газоходов котлоагрегата (занос золой является результатом недостаточного осаждения золы в пределах топочной камеры из-за чрезмерного расхода воздуха, большого разряжения в топке, перегрузки топки, образование кратерного горения в слоевых топках, пониженных скоростей газов – менее 4 м/с, неравномерное распределении газового потока по сечению газохода);

– поддержание чистоты наружных поверхностей нагрева:

защита от загрязнения их золой и сажей путем регулярной обдувки, применение присадок при сжигании сернистого мазута, делающих отложения на поверхности нагрева более сыпучим;

– поддержание чистоты внутренних стенок поверхности нагрева, защита от отложений на них накипи и шлама (последние являются результатом неудовлетворительной докотловой водоподготовки, не налаженности водно-химического режима котлоагрегата, несоблюдения режима продувки для своевременного отвода шлама, отсутствие химического контроля над качеством исходной, химически очищенной, питательной и продувочной воды, а также над конденсатом, возвращаемым потребителем;

– поддержание в барабане котла номинально давления, обеспечивающего расчетную ступень охлаждение газов в экономайзере;

– поддержание расчетной температуры питательной воды с целью более полного использования теплоты уходящих газов в экономайзере;

– поддержание оптимального режима нагрузки котлоагрегатов (для котлов с возвратом уноса при уменьшении нагрузки увеличивается для вторичного дутья и, следовательно, избыток воздуха в топке; при повышении нагрузки температура уходящих газов повышается);

– улучшение работы конвективных поверхностей нагрева, заключающееся в правильном устройстве перегородок, направляющих газы;

– обеспечение герметичности газовых перегородок и их сопряжение с футеровкой, исключающих перетекание газов мимо конвективных пучков котла;

– обеспечение топлива марки и качества, для которых было выбрано и рассчитано топочное устройство;

– применение острого дутья, позволяющего сжигать твердое топливо с меньшим избытком топлива;

– перевод котлоагрегатов с твердого топлива на природный газ (сжигание газа обеспечивает снижение температуры уходящих газов за счет уменьшения коэффициента расхода воздуха, улучшение теплообмена вследствие отсутствия загрязнения поверхностей нагрева);

– установка развитых хвостовых поверхностей;

– применение контактных экономайзеров для котлоагрегатов, работающих на газообразном топливе;

Рассмотрим конкретно эффективность некоторых вышеуказанных направлений экономии топлива.

Важным показателем экономичности эксплуатации котлоагрегата является температура питательной воды. Питание котла излишне нагретой водой вызывает уменьшение теплового потока, приходящегося на экономайзер, и приводит к увеличению температуры уходящих газов. При подаче в котел излишне холодной воды увеличивается коррозия, а также могут возникнуть вредные тепловые напряжения.

Температуру питательной воды на входе в экономайзер можно снизить за счет установки вакуумного деаэратора и путем переохлаждения конденсата у потребителей (при условии организации глубокого теплоиспользования). Целесообразно также, во избежание сернокислотной коррозии, принимать этот показатель перед экономайзером исходя из температуры точки росы дымовых газов ;

Работа котла в режиме пониженного давления приводит к снижению КПД из-за ограничения подогрева питательной воды в экономайзере и меньшей возможности использования тепловой энергии уходящих газов. Например, при номинальных начальных параметров пара: давление 1,3 МПа и температуре 191,4 °С котел фактически работает при 0,5 МПа и 158,1 °С. В этом случае питательная вода в экономайзере может быть подогрета только до температуры °С вместо оптимальной °С температура воды после чугунных отключаемых экономайзеров на 40 °С ниже температуры насыщенного пара в котле). Ограничение подогрева питательной воды вызвано недопустимостью парообразования в чугунном экономайзере.

Анализ температур и показывает, что в режиме пониженного давления на экономайзере будет приходиться тепловосприятие, меньшее расчетного, в результате чего возрастает температура уходящих газов.

Существенно влияет на экономичность работы котлоагрегата и присосы воздуха в топку. Подсчитано, что увеличение коэффициента воздуха a_T на 0,1 снижает количество тепловой энергии, передаваемой излучением, до 5 %. В свою очередь уменьшение тепловосприятия радиационной поверхности нагрева взывает перегрузку конвективных поверхностей и приводит к увеличении температуры уходящих газов. Например, увеличение a_T на повышает температуру уходящих газов на 3–8 °С. Для снижения присосов воздуха в топку необходимо также поддерживать минимальное разряжение в пределах 10–20 Па.

Таким образом, оптимальность a_T в топке является главным условием полноты сгорания топлива и сильно влияет не только на q₂ , но и на q₃ и q₄ (рис. 9.1).

Для уменьшения присосов воздуха весь газовый тракт (стенки газоходов, футеровка и др.) тщательно уплотняться. В настоящее время целесообразен переход на газоплотную обмуровку топки и обшивку газоходов.

Золовые отложения на поверхности нагрева уменьшают тепловосприятие экранных труб на 15-20 % при толщине слоя примерно 0,1 мм и
40 % – 0,4 мм. Применение же обдувочных аппаратов обеспечивает повышение экономичности от 2 до 4 %.

Развитее поверхностей теплового обмена хвостовых поверхностей нагрева котла (экономайзеров и воздухоподогревателей) приводит в экономии топлива не менее 4–7 %.

Экономия топлива от уменьшения температуры уходящих газов от величины до величины рассчитывается по формуле

 

,

 

где – объем дымовых газов, м³; – удельная теплоемкость газа, ; – КПД котлоагрегата брутто; – тепловая энергия, произведенная в котле, кДж.

 

9.3.2.2. Тепловые потери от химической неполноты сгорания
при сжигания угля

 

Тепловые потери при сжигании угля рассчитываются по формуле

 

; ,

 

где - приведенный углерод топлива (С – углерод,
– сера “летучая”); CO – оксид углерода; – сумма трехатомных газов.

 

По упрощенной методике [ ]

 

,

 

где – низшая теплота сгорания 1 м³ сухих продуктов сгорания (подсчитывается по данным анализа); ; P – низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, отнесенная к объему сухих продуктов сгорания (при a = 1), кДж/м³;

 

Мероприятия для снижения тепловых потерь от химической неполноты сгорания:

– обеспечения достаточного для горения количества воздуха и хорошего смешения его с топливом;

– применения острого дутья, особо рекомендуется при сжигании каменных углей с большим выходом летучих и при недостаточном объеме воздуха (эффект острого дутья достигается за счет увеличения турбулентности потока и связанного с этим улучшения сгорания);

– механизированный непрерывный заброс топлива на решетку;

– обеспечение подвода всего воздуха, необходимого для горения мазута, к корню факела (частицы мазута не получившие в начале факела необходимого количества воздуха, образуют сажистые частицы, которые трудно воспламеняются при любых количествах вторичного воздуха);

– применение мазутных форсунок, обеспечивающих тонкое распыление топлива и активное перемешивание его с воздухом;

– снижение вязкости мазута путем подогрева до необходимой температуры и фильтрации его;

– модернизация газогорелочных устройств (правильно выбранные и установленные газовые горелки практически могут обеспечить полное отсутствие потерь от химической неполноты сгорания);

– поддержание оптимального теплового напряжения топочного объема (повышенное против оптимального значения может привести к увеличению q₃;

– подача воздуха на горелку из зон с наиболее теплым воздухом;

– перевод котлов на автоматическое регулирование процесса горения для поддержания в заданных пределах соотношение “топливо-воздух”.

Правильное ведение процесса горения необходимо контролировать по содержанию O₂ или RO₂ в дымовых газах. Для приближенных расчетов следует принимать .