Паровые котлы

 

Содержание:

 

1. Введение. Тепловой баланс парового котла. Коэффициент

    полезного действия.

2. Классификация паровых котлов. Параметры и маркировка.                 2.1.Особенности и принцип работы барабанных котлов

• Барабанные котлы с естественной циркуляцией малой

      производительности (низкого и среднего давления)

• Паровые барабанные котлы с развитыми котельными      

           пучками типа Е, Е(КЕ), ДКВ.

• Котлы типа Е (ДЕ) и Е (ГМ).
• Барабанные котлы высокого давления.

2.2. Прямоточные котлы.

3. Современные паровые котлы.

4. Заключение:

• Глобальные проблемы энергетики
• Программа расчета технических параметров внедрения метода

       трехступенчатого сжигания на действующих котлах.

5. Приложение.

6. Список литературы. 
                                          1. ВВЕДЕНИЕ

Тепловой баланс парового котла. Коэффициент полезного  действия.

 

           Эффективность использования топлива в паровом котле определяется тремя основными факторами:

1. полнотой сгорания топлива в топочной камере;
2. глубиной охлаждения продуктов сгорания при прохождении поверхности нагрева;
3. снижением сопутствующих процессу горения потерь теплоты в окружающую среду.

          Полнота передачи теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется КПД котла брутто. Последний определяется как отношение количества теплоты, воспринятой рабочей средой Q_1, кДж/кг твердого и жидкого топлива, к располагаемой теплоте рабочей массы топлива, Q^р_р, кДж/кг:

= .   (1)

Располагаемая теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле

 

= (2) _,

где Q^р_н - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;Q_тл – физическая теплота поступающего на горение твердого или жидкого топлива, кДж/кг; Q_в.внш. – количество теплоты, полученной поступающим в котел воздухом при подогреве его вне агрегата, чаще всего в калориферах, кДж/кг; Q_п.ф. – теплота пара, используемого в паромеханических форсунках для распыления мазута, кДж/кг; Q_к – теплота разложения карбонатов минеральной массы твердого топлива, кДж/кг (учитывается при сжигании сланцев).

 Физическая теплота поступающего топлива определяется его температурой

        (3),

Где с_тл – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг×К); t_тл – температура топлива, ºС.

           При сжигании твердого топлива  его средняя температура t_тл=0÷20ºС, а в зимний период может иметь даже отрицательные значения. Обязательным является учет Q_тл при сжигании мазута, поскольку он подогревается для распыла в форсунке до 100-130ºС.

            Количество теплоты, полученной  воздухом при его подогреве  вне котла, определяется по  формуле

(4),

где - относительное количество воздуха, проходящего через нагревательную установку (калорифер); с_в – теплоемкость воздуха; t_х.в., t^’_в – температура холодного воздуха и воздуха перед поступлением в воздухоподогреватель (за калориферной установкой).

             Теплота, внесенная паром при  распылении мазута в форсунках,

(5),

где d_ф, i_п.ф. – удельный расход пара, кг/кг топлива, и его энтальпия, кДж/кг (обычно d_ф=0,05÷0,1 кг/кг); I^’’_п – энтальпия пара, содержащегося в уходящих газах при атмосферном давлении и температуре , кДж/кг.

            Доля затраченной теплоты на  разложение карбонатов сланцев  пропорциональна количеству выделяющейся  при горении углекислоты СО₂^к, поэтому формула для определения Q_к имеет вид:

Q_к=40,5СО^к₂ (6).

              В итоге располагаемое тепло  при сжигании различных видов топлив определяют следующим  образом:

 Q^р_р=Q^р_н – для антрацитов, каменных и бурых углей с невысокой влажностью и сернистостью; = - для бурых углей с высокой влажностью, углей и мазута с высокой сернистостью; = - для мазута при наличии парового распыла в форсунках; Q^р_р=Q^с_н – для природного газа; Q^р_р=Q^р_н-Q_к – для сланцев.

             Количество теплоты, которое получило  рабочее тело (вода, пар) в котле в расчете на 1 кг (м³) сжигаемого топлива,

 (7),

 где D_пе, D_вт – расход свежего пара и пара промежуточного (вторичного) перегрева, кг/с; D_пр – расход продувочной воды из барабана для поддержания заданного слоевого режима в контурах циркуляции, кг/с.

             Величина D_пр. учитывается, когда она составляет не менее 2% D_пе; i_п.п., i_п.в., i^’ – энтальпия перегретого пара, питательной воды и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; i’’_вт, i^’_вт – энтальпия вторично-перегретого пара на выходе из промперегревателя  и входе в него, кДж/кг; В – расход топлива, кг/с или м³/с.

             Использованное количество теплоты  в паровом котле можно выразить  также через тепловосприятия  отдельных поверхностей нагрева  котла:

 (8),

 где Q_т.к. – тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Q^к_пе, Q_вт – тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного перегревателей, кДж/кг; Q_эк – тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.

              Часть располагаемой теплоты  топлива в процессе работы  котла неизбежно теряется и  составляет тепловые потери. Распределение  теплоты, поступающей в паровой  котел, на полезно используемую  теплоту и потери положено  в основу составления теплового баланса парового котла. Уравнение теплового баланса отвечает установившемуся  тепловому режиму работы котла, его обычно записывают в отношении к 1 кг или 1 м³ сжигаемого топлива:

Q^p_p=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ (9).

                                                                   тепловые потери

            Если разделить левую и правую  части уравнения на Q^p_p и выразить в процентах, то получим:

100=q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆ (10).

            Наименования потерь теплоты и их примерные значения в процентах указаны в табл. №1.

Потери  теплоты в паровых котлах.

                                                                                                          Таблица №1

Наименование  потери	Относительная потеря, % от Qpp:	Потеря q, %
С уходящими газами	q2	4-7
С химическим недожогом топлива	q3	0-0,5
С механическим недожогом топлива	q4	0,5-5
От наружного охлаждения через  обмуровку	q5	0,2-1
С физическим теплом удаляемых шлаков их топки	q6	0-3
Сумма тепловых потерь		6-12

        

              Прямое определение КПД парового котла по формуле (1) может оказаться недостаточно точным и вызывает трудности при точных измерениях нескольких параметров: массовых расходов пар и топлива, определении теплоты сгорания топлива и отдельных составляющий располагаемой теплоты.

             Коэффициент полезного действия  парового котла брутто можно  определить,  зная сумму тепловых  потерь при его работе, пользуясь  методом обратного баланса:

(11).

             Определение КПД парового котла методом обратного баланса, т. е. через установление суммы значений его тепловых потерь, может быть выполнено с большей точностью, чем по прямому балансу, так как сумма потерь составляет примерно часть Q^p_p и каждая из них определяется достаточно надежно. Этот метод является единственным при оценке тепловой экономичности проектируемого парового котла.

               Зная тепловые потери, а следовательно,  КПД брутто котла и используя  формулы (1) и (7), можно определить расход топлива на котел, кг/с:

(12).

               На этот расход топлива рассчитывают  топливоприготовительное оборудование. В самом котле (при работе  на твердом топливе) в большинстве  случаев сгорает не все топливо, поскольку имеются потери с механическим недожогом q₄. Для расчета действительных объемов продуктов сгорания и необходимого расхода воздуха на горение вводят понятие расчетного расхода топлива:

В_р=В(1-0,01q₄) (13).

             Коэффициент полезного действия брутто характеризует совершенство работы собственно парового котла. Однако его нормальная работа обеспечивается большим количеством вспомогательных машин и механизмов, потребляющих часть вырабатываемой блоком (электростанцией) электроэнергии. Затраты энергии на них называют собственным расходом котельной установки N_ср. К расходу мощности на вспомогательное оборудование относят затраты на дутьевые вентиляторы,  дымососы, оборудование пылесистемы, обдувочные аппараты и большое число электродвигателей дистанционного  и автоматического управления. Доля затрат энергии на собственный расход котла, %, от общей выработки электроэнергии при его работе в блоке с турбиной

(14),

где В – расход топлива  на паровой котел, кг/с; - КПД выработки электроэнергии на электростанции.

                  Величина  для мощного парового котла составляет 4-5%. Если вычесть из затраты энергии на собственный расход, то получается КПД котла нетто, характеризующий эффективность работы котельной установки по отношению к электроэнергии, отпущенной потребителям:

(15).

 

2. Классификация паровых котлов. Параметры и маркировка.

 

       В зависимости от характеристики соответствующего тракта и его оборудования вводится соответствующая классификация паровых котлов.

По виду сжигаемого топлива  различают паровые котлы для  газообразного, жидкого и твердого топлива.

        По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с уравновешенной тягой и с наддувом. Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разностей плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой.

        Если сопротивление газового  тракта (так же как и воздушного) преодолевается работой дутьевых  вентиляторов 4, то котлы работают с наддувом.

          Котлы, в которых давление в  топке и начального газохода (перед поверхностью нагрева 15) поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевых вентиляторов и дымососов (соответственно 20 и 22 – рис.6 или 4 и 7 – рис.7), называют котлами с уравновешенной тягой. В этих котлах воздушный тракт находится под давлением и его сопротивление преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, а газовый тракт находится под разрежением (сопротивление этого тракта преодолевается дымососом). Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы.

          В настоящее время стремятся  все котлы, в том числе и  с уравновешенной тягой, изготовлять  в газоплотном исполнении.

           По виду водопарового (пароводяного) тракта различают барабанные и прямоточные котлы. Во всех типах котлов по экономайзеру 3 и пароперегревателю 7 вода и пар проходят однократно. Различие определяется принципом работы испарительных поверхностей нагрева 6.

        В барабанных котлах пароводяная  смесь в замкнутом контуре, включающем  барабан 3, коллекторы 5, и испарительные поверхности нагрева (экраны 12 на рис.6 и трубы 6 на рис.8), проходит многократно, причем в котлах с принудительной циркуляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос 8 (рис.8,б). В прямоточных котлах (рис.8,в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 1.

            По фазовому состоянию выводимого из котла (топки) шлака различают котла с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖМУ) шлак удаляется в расплавленном состоянии.