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 aT, потому, что с уменьшением коэффициента aT снижается предел допустимого охлаждения газов (рис 9.1), контроль над aT должен выполняться по анализу химического состава продуктов сгорания с помощью газоанализатора;
Рис. 9.1. Зависимость тепловых потерь в котлагрегатах
от коэффициента расхода воздуха aT;
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 aT 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 aT 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 aT 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 .