Потери теплоты с уходящими газами

Потери теплоты с уходящими газами Q_у.г (q_у.г) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов H_у.г, покидающих котел при температуре t_у.г, превышает физическую теплоту поступающих в котел холодного воздуха a_у.гH^о_х.в и топлива c_т∆t_т.

Потери теплоты с уходящими газами Q_у.г занимают обычно основное место среди тепловых потерь котла и составляют q_у.г = 5…12% располагаемой теплоты Q^p_p. Для расчета Q_у.г используют формулу

Q_у.г = H_у.г - a_у.гH^о_х.в.

Здесь H_у.г,H^о_х.в – 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 a_у.г в уходящих газах, который зависит от коэффициента избытка воздуха в топке a_т и балластного воздуха Da_подс за счет его подсосов в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением:

a_у.г = aт +∆a_подс.

Оптимальное по условию минимума суммарных потерь теплоты q_у.г + q_х.н значение a^опт_т находят с помощью графика.

Возможность снижения a_т зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, типа горелок и топочного устройства. При благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха a_т, необходимый для полного сгорания, может быть уменьшен. Принимается, что при сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха a_т £ 1,1, при сжигании мазута a_т =1,1, для пылевидного топлива a_т = 1,2 и для кускового топлива a_т = 1,3…1,7.

Рисунок 1.11 – Графическое определение оптимальных значений коэффициента избытка воздуха a^опт_{т в} топке котла (а) и температуры t^опт_у.г уходящих газов (б):

q _у.г, q_х.н – потери теплоты с уходящими газами и от химической неполноты сгорания, %; t’_у.г, t’’_у.г – расчетные температуры уходящих газов, ^оС; SЗ – суммарные затраты, руб./год; З_F – затраты на поверхность нагрева, руб./год

Подсосы воздуха по газовому тракту ∆a_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 a_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.

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 a_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 усиливает процессы шлакования и загрязнения труб.

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

Важнейшим фактором, влияющим на потери с уходящими газами Q_у.г, является температура уходящих газов t_у.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 ∆t 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_у.г и, следовательно, к дополнительным затратам топлива ∆B на выработку одного и того же количества пара или горячей воды.

На рисунке 1.11, б приведена область температур от t¢_у..г до t²_у..г, в которой расчетные затраты различаются незначительно. Это может служить основанием для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры t²_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 t²_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 B 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.