78 5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И КПД ПАРОВОГО КОТЛА 5.1. Тепловой баланс парового котла B пapoвoм кoтлe пpи cжигaнии opгaничecкoгo тoпливa oбpaзyютcя выcoкoтeмпepaтypныe продукты cгoрaния, oблaдaющиe бoльшoй тeплoвoй энepгиeй. Значительная часть этой энергии пepeдaeтcя радиaциoнным и кoнвeктивным тeплooбмeнoм пoвepxнocтям нaгpeвa, зaпoлнeнным paбoчeй cpeдoй, в peзyльтaтe чeгo из кoтлa выxoдит пepeгpeтый пap выcoкoгo дaвлeния и тeмпepaтypы, кoтopый нaпpaвляeтcя дaлee в пapoвyю тypбинy. При сжигании 1 кг (или 1 м3) paбoчeй массы тoпливa пoлнoe кoличecтвo теплоты, кoтopoe мoжeт выдeлитьcя в тoпкe, нaзывaeтcя pacпoлaгaeмoй тeплoтoй тoпливa Qрр кДж/кг, или кДж/м3. Она включает в себя следующие источники поступления теплоты: Qрр = Qнр + Qдоп , (5.1) где Qнр – низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг(м3); Qдоп – дополнительные источники теплоты, сопутствующие организации сжигания топлива: Qдоп = Qвнш + Qтл + Qп − Qк , (5.2) Здесь Qвнш – теплота, поступившая в котел с воздухом при подогреве его вне агрегата. Эта теплота учитывается в тех случаях, когда воздух предварительно, до его поступления в воздухоподогреватель котла, подогревается от постороннего источника, например, в калориферах паром из отбора турбины; Qтл – физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например при сжигании мазута необходим подогрев его перед поступлением на котел; Qп – теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; Qк – теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей CaCO3 и MgCO3 , с образованием газообразного COк2 . Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% Qнр . Обязателен учет Qдоп при сжигании мазута, когда в формуле (5.2) Qдоп слагается из первых трех членов. Заметное различие ( Qрр > Qнр ) может иметь место при сжигании углей с высокой влажностью и сернистостью, так как требуется повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель для ослабления сернистой коррозии (подвод Qвнш ), a при сжигании сланцев Qрр = Qнр − Qк . Однако в большинстве случаев 79 при сжигании ряда бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между Qнр и Qрр незначительно и не учитывается, т.е. Qрр = Qнр . Тоже имеет место при сжигании природного газа. Соответствующие статьи использования (расхода) выделившейся в топочной камере тепловой энергии в расчете на 1 кг (м3) сожженного топлива, кДж/кг(м3), обычно нумеруют цифрами. Та часть теплоты, которая затрачивается на подогрев и испарение воды в трубах поверхностей нагрева, а также на перегрев пара, составляет полезно использованное количество теплоты в паровом котле Qисп или Q1 , и определяется повышением энтальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева (рис. 5.1): Q1 = G Dпе D ( hпе − tпв ) + вт ( hвт′′ − hвт′ ) + пр ( h′ − tпв ) , Bк Bк Bк (5.3) где Dпе , Dвт – расход свежего и вторично-перегретого пара на турбину, кг/с; Gпр – расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддерDпе hпе жания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; hпе , tпв , h′ hвт′′ – энтальпия перегретого пара, питаpб тельной воды, поступающей в эконоGпр майзер котла, и воды на линии насыh′ щения при давлении в барабане ( pб ), кДж/кг; hвт′′ , hвт′ – энтальпия вторичноDвт hвт′ перегретого пара на выходе из промеtпв жуточного перегревателя и пара и вхоРис. 5.1. К определению полезно исполь- де в него, кДж/кг; Bк – расход сжигаезованного тепла в паровом котле мого топлива, кг/с или м3/с. Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепловые потери, сопутствующие работе парового котла: Q2 – с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания; Q3 – с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты); Q4 – с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшими частицы); Q5 – с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию); Q6 – с физической теплотой удаляемого из топки шлака. На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Qпр – прочие тепловые потери, связанные с отдачей части на- 80 сыщенного пара из барабана на нужды станции, с отводом теплоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетками и т. п. В итоге уравнение теплового баланса котла запишем в следующем виде: Qрр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 . Полезно использованное тепло Тепловые потери (5.4) Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловосприятий отдельных поверхностей нагрева котла: Q1 = Qтк + Qпек + Qвт + Qэк , (5.5) где Qтк – тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Qпек , Qвт – тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; Qэк – тепловосприятие экономайзера, кДж/кг. Из уравнения (5.5) следует, что тепловосприятие воздухоподогревателя прямо не входит в тепловой баланс котла. Это связано с тем, что теплота, отданная продуктами сгорания воздуху в этой поверхности, возвращается снова в топочную камеру в виде горячего воздуха и дополнительно увеличивает теплосодержание газов в топке. Теплота, отданная газами в воздухоподогревателе, рециркулирует внутри газовоздушного тракта. Вместе с тем, ввод горячего воздуха в зону сжигания топлива повышает температуру газов, скорость горения топлива и глубину его выгорания, т. е. приводит к росту эффективности использования топлива. Общий баланс между поступлением и распределением теплоты в паровом котле показан на рис. 5.2. Здесь теплота горячего воздуха Qгв выделена в виде замкнутого внутреннего контура. Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению Qрр получим относительные доли затрат теплоты в процентах: qi = 100Qi Qрр , (5.6) где Qi – полезная из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса (5.4) можно записать так: 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 . (5.7) 81 Q1 вых вых рпром ;tпром Dпе ; рпе ; tпе вх вх Dпром ; рпром ; tпром Q5т Dпе ; рпе ; tпе Qрр Q5к Qгв Qхв шл 6 Q Q2 шл 4 Q Q4ун Q3 Рис. 5.2. Баланс теплоты парового котла Для получения полноценной версии необходимо обращаться по адресу… «Лаборатория информационных технологий в энергетике», Кафедра «Тепловые электрические станции» ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» e-mail: boiko@krgtu.ru р.т.: (8-3912) 91-27-56 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26 ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» 82