Потери теплоты с уходящими газами

Потери теплоты с уходящими газами Q_y.г (q_y.г) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов Н_у.г, покидающих котел при температуре t_у.г, превышает физическую теплоту посту­пающих в котел холодного воздуха и топлива .

Потери теплоты с уходящими газами Q_y.г занимают обычно ос­новное место среди тепловых потерь котла и составляют q_y.г = 5... 12 % располагаемой теплоты . Для расчета Q_y.г используют формулу

Здесь Н_у.г, — энтальпии соответственно уходящих газов и теоретически необходимого холодного воздуха, МДж/кг (МДж/м³).

Потери теплоты с уходящими газами зависят в основном от объема и температуры уходящих газов. Наибольшее внимание для снижения этих потерь следует уделять уменьшению коэффициента избытка воздуха α_у.г в уходящих газах, который зависит от коэф­фициента избытка воздуха в топке α_т и балластного воздуха за счет его подсосов в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением:

.

Оптимальное по условию минимума суммарных потерь теплоты q_y.г + q_х.н значение находят с помощью графика (рис. 6.17, а). Возможность снижения α_т зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, типа горелок и топочного устройства. При благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха из­быток воздуха α_т необходимый для полного сгорания, может быть уменьшен.

Принимается, что при сжигании газообразного топ­лива коэффициент избытка воздуха α_т < 1,1, при сжигании мазута α_т = 1,1, для пылевидного топлива α_т = 1,2 и для кускового топлива α_т=1,3... 1,7.

Подсосы воздуха по газовому тракту α_подс в пределе могут быть сведены к нулю в котлах, работающих под наддувом, т.е. под дав­лением в дымовом тракте. Для котлов, работающих под разреже­нием, подсосы составляют Δα_подс= 0,15...0,3 и даже больше. Ме­стами проникновения воздуха из окружающей среды в систему котла являются места прохода труб через обмуровку, уплотнения лючков, дверок, гляделок, холодная воронка, трещины и неплот­ности в обмуровке.

Нередко высказывается мнение, что опасность, связанная с под­сосами воздуха в топку незначительна, что можно использовать этот воздух для процесса горения. Такие суждения неверны. Дело в том, что большая часть воздуха подсосов засасывается в топку че­рез небольшие неплотности стен топочной камеры, т. е. не может проникать глубоко внутрь топочной камеры. Двигаясь вблизи экра­нов, в зоне относительно невысоких температур этот воздух в го­рении участвует слабо. Таким образом, несмотря на достаточно высокое значение α_т на выходе из топки, основной процесс горе­ния протекает с недостатком воздуха, часть топлива, не сгорая, выносится из топки, повышая температуру продуктов сгорания и создавая восстановительную среду внетопочного пространства. Повышение температуры частиц топлива (следовательно, и золы), а также образующаяся восстановительная среда усиливают про­цессы шлакования и загрязнения труб.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потерь теплоты Q_y.г приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Важнейшим фактором, влияющим на потери с уходящими га­зами Q_y.г, является температура уходящих газов t_y.г. Ее снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя), так как чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур Δt уходящих газов и нагреваемого рабочего тела (например, воздуха), тем большая площадь поверхности на­грева требуется для охлаждения продуктов сгорания.

Повышение же температуры уходящих газов приводит к уве­личению потери с Q_y.г, следовательно, к дополнительным затра­там топлива ΔВ на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура t_y.г оп­ределяется на основе технико-экономических расчетов при сопо­ставлении годовых капитальных затрат на сооружение поверхно­сти нагрева и затрат на топливо (см. рис. 6.17).

На рис. 6.17, б приведена область температур от t^’_у.г до t^’’_у.г, в кото­рой расчетные затраты различаются незначительно. Это может слу­жить основанием для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры t^’’_у.г, при которой начальные капитальные затраты будут ниже, чем при t^’_у.г . Необходимая поверхность нагрева также будет меньше, т.е. теплообменник будет более компактным, что облег­чает условия его обслуживания и ремонта. При выборе в качестве более целесообразной температуры t^’’_у.г уменьшается также вероят­ность конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сго­рания, и коррозии поверхности нагрева.

С увеличением тепловой нагрузки котельного агрегата (увели­чением расхода топлива В и выхода пара D) потеря теплоты q_у.г с уходящими газами возрастает. Это связано с тем, что с ростом нагрузки увеличивается количество выделенной теплоты в топке. Одновременно увеличиваются объем продуктов сгорания и их ско­рость в газоходах котла. При этом теплоотдача к конвективным поверхностям нагрева возрастает пропорционально увеличению скорости лишь в степени 0,6...0,8. Таким образом, тепловыделе­ние превышает тепловосприятие, и температура уходящих газов с увеличением нагрузки повышается.

При работе котла на твердом и жидком топливе поверхности нагрева могут загрязняться золой топлива. Это приводит к ухудше­нию теплообмена продуктов сгорания с поверхностями нагрева. Для сохранения заданной паропроизводительности в таком случае приходится увеличивать расход топлива. Загрязнение поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового трак­та котла, и при недостаточной мощности дымососа нагрузка котла снижается. Для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата необходимо систематически очищать его поверхности нагрева от загрязнений.