Любом топочном устройствЕ при сжИгании твердого Топлива име-

--- М^СТО^Д^Пеф-И-^Г^ГГГЛ1ТТы~ О Т М~РЛГГТГИ-гп*тГ-1ГТТг5^

Топлива. ^4, Эхи потери принято Разделять на три составлЯющие: потери теплоТы с провалом топлива, например, сквозь решетку. О^

•с Несгоревшим топлИвом, в шлаке <2“л и с унесенныЖИ недогоревщимя частицами топлива 0^.

Если взвешиванием определять количество провала, шлака и уноса, то потеря теплоты с каждым слагаемым,-кДж/кг или ккал/кг, составит:

= (2-72)

В формуле:

(3х— масса провала, шлцка или уноса, кг/с или кг/ч.

— теплота сгорания провала, шлака »или уноса, кДж/кг или ккал/кг.

Вместо определения массы провала, шлака и уноса проще отобрать пробы шлака, провала и уноса и определить в них содержание горючих.

Считают, что теплота сгорания части топлива в провале, шлаке и уносе близка к теплоте сгорания углерода и равна 32 600 кДж/кг или 7800 ккал/кг.

Содержание горючих Гх в любой из слагающих потерь теплоты от механической неполноты горения связайо с его зольностью Ах следующим образом: Гх = 100— —Лх-100%. Тогда величина каждой из слагающих, кДж/кг или ккал/кг, будет:

0х Гх (?х Гх

<2х4 = -§--32 бОО-^од, или <2 ж» “в-7800 щ. (2-73)

Общее количество золы в топливе равно содержанию золы в провале, шлаке и уносе, взятых вместе; это позволяет написать, что

АРВ АфСпр АшлС™ Лн^ун 100 ~ 100 100 100 *

А*В

Разделив каждый из членов написанного выражения (2-74) на величину и

Обозначив частное через а с соответствующим индексом, получим:

1 =аПр+Сшл+Ауа, (2-75)

Выражение, которое называют золовым балансом. Если известны два из трех слагаемых золового баланса, то третье может быть найдено как остаточный член; им обычно бывает доля золы в уносе, определение которой наиболее сложно. Зная долю золы в провале, шлаке и уносе из выражения

1 = ^, (2-76)

Можно определить массу провала, шлака или уноса. Теплота же сгорания каждого из них, кДж/кг, ккал/кг, может быть определена следующим образом:

(Зх = 32 600 или <3Х = 7800 щ. (2-77)

Тогда, пользуясь выражениями (2-72), (2-73), (2-76) и (2-77), напишем:

0=Т^=326^»|-Ш=326^м&ТГ'4'- <2'78>

Или

= Ш^Т7АК

Потери теплоты с провалом и шлаком могут быть записаны анало­гичным путем, и полная потеря теплоты от механической неполноты горения топлива, кДж/кг (ккал/кг), составит:

100-

= + <ЇГ + = 326Лр[ апр 100^;-+ а,

Гун 1 - Гаун100 — Гун]’

TOC o "1-5" h z ИЛИ V

= 78АР [ а"Р 100 —Гпр 100 —Гщл + аУн 100 —Гун] • (2-79)

(Выше было сказано, что потери теплоты принято считать в процен­тах от теплоты сгорания топлива и обозначать через %, тогда

П ___ Ф* ігїгї__ 32 600-ДР Г Лір. Гшл гун 1

Ч* <ЭРН [апр 100 — гпр 100 — Гшл + аУн 100 — Гун] •

Пр 1 шл ' 1 ун J

П _________ 78°- [ ^ПР I п Г ШЛ, Гук 1 ,0

Или

0РН [^ПРЮО—Гпр ‘ шл 100 —Гшл У* 100 — Гун]*

Величина потерь теплоты от механической неполноты горения топ­лива и ее составляющих зависит от типа топочных устройств, интенсив­ности их работы — форсировки, рода и сорта топлива и некоторых других факторов. Суммарная потеря теплоты от механической непол­ноты горения топлива может составлять для слоевых топок от 1—2 до 18%, для камерных топок от 1 до 5%. Их величины определяют во время испытаний котлоагрегата, а для расчетов, принимают из [Л. 12 или 13],.

Поскольку часть топлива из-за механической неполноты горения не сгорает, фактическое количество сгоревшего топлива Вр, кг/с или кг/ч, необходимое для подсчета объема дымовых газов и потерь теплоты

100 — <7*

С уходящими газами, определяется введением величины —щ— :

ВР = В-!Т-- <2-81)

Если образовавшиеся в процессе сжигания твердого топлива иди входящие в состав газообразного топлива горючие газы — окись углеро­да СО, водород Нг, метан СКЦ и тяжелые углеводороды СпНт — не про­бе

Реагировали с кислородом и выходят из котельного агрегата, возникает потеря теплоты от химической неполноты горения топлива фз.

Величина потери теплоты <23 связана с выходом летучих веществ, процессом горения, подготовкой топлива к сжиганию, подачей воздуха в топочное устройство и рядом других факторов. При испытаниях вели­чину С? з определяют отбором пробы газов и ее анализом.

Опыты показали, что потеря теплоты от химической неполноты го­рения топлива при сжигании его в слое лежит обычно в пределах от 0,5 до 3,0%, а при сжигании в камере — от 0,5 до 1,5%. При сжигании газообразных топлив с недостатком воздуха или при недостаточном перемешивании газа и воздуха эта потеря возрастает.

(2-82)

Если из анализа газов известны объемы СО, Нг, СН4 и СгНб, то, зная величину теплоты сгорания каждого из них, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3, можно найти потери <3з:

Ф» = @ео + Фн,+ Фен. + Фол,-

Обычно при подсчете потери теплоты <Эз принимают, что все угле­водороды в продуктах сгорания топлива представляют собой метан,

= @оо + @н,+Фен, + Фс„нт ^ Фен,.

Тогда, воспользовавшись уравнениями (2-39), (2-41), можно преоб­разовать последнее выражение в следующий вид, кДж/кг, ккал/кг, если расчет вести на 1 кг топлива:

Или

(2-83)

Если в продуктах сгорания топлива содержится только СО, послед­нее выражение принимает вид:

Потерю теплоты <3з принято относить к расчетной теплоте сгора­ния данного топлива. Давая ее в процентах, получим:

(2-84)

При проектировании котлоагрегатов значения величины потерь теп­лоты <73 принимают по опытным данным [Л.! 12—14].

Потеря теплоты с уходящими газами происходит из-за того, что из котлоагрегата продукты сгорания выходят в атмо­сферу с температурой, превышающей температуру окружающей среды.

(2-85)

Величина потери теплоты с уходящими газами равна разности энтальпий 'продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и энтальпии окружающего воздуха, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

Ух-М0-

Эту разность относят <к (2рн топлива и выражают в процентах:

Для уменьшения потерь теплоты с уходящими газами устанавли­вают водяные экономайзеры и воздухоподогреватели, принимая спе­циальные меры для защиты поверхностей нагрева, работающих при низких температурах, от коррозии. При этом Для котлоагрегатов малой производительности температура уходящих газов составляет 150 — 210°С, для котлов средней производительности температуру уходящих газов выбирают 110—170°С.

Таблица 2-13

Ориентировочные значения |температур уходящих газов и горячего воздуха для котельных агрегатов небольшой производительности Топливо Температура уходящих газов, °С из котельного агрегата с тепло - пронэводительностыо, * МВт или Гкал/ч Температура горячего воздуха, з°С, при сжи­гании Темпера­тура воз духа на входе в воздухопо­догрева­тель, °С От 23,2 до 58 иііи от 20 до 50 на среднее давление От 2,32 до 23,2 иле от 2 до 20 на низкое дав­ление От 2,32 до 58 или от 2 до 50 водо­грейных В слое В камере Каменные угли с < 6% Бурые угли с №п = 6—16% Торф и топливо с 1ГП> 16% Мазут и природный газ Природный газ 120—150 120—170 130—180 130—160 110—130 II 120—150 120—170 130—180 130—170 120—140 160—200 180—210 190—220 180—230 150—180 До 200 До 250 До 250 До 400 До 400 380—400 300—350 30 45—55 60—65 60—80 30

При отсутствии хвостовых поверхностей температуры уходящих га­зов существенно выше и составляют от 250 до 400°С, увеличиваясь с уменьшением единичной производительности агрегата, понижением давления пара и упрощением установки. Наиболее высокие температу­ры уходящих газов имеют котлоагрегаты и котлы с жаровыми трубами вертикального и горизонтального типа, чугунные водогрейные котлы, работающие обычно с естественной тягой.

Рис. 2-7. Потери тепла в окру­жающую среду собственно котлом и котельным агрегатом.

Для вЬзможности выбора темпе­ратуры уходящих газов для паровых и водогрейных котлоагрегатов неболь­шой производительности и определе­ния типа хвостовых поверхностей на­грева— водяного экономайзера, и воз­духоподогревателя приведена табл. 2-13.

При определенных размерах по­верхностей нагрева у работающего котлоагрегата потери теплоты с уходя­щими газами будут зависеть от степе­ни наружного загрязнения поверхно­стей нагрева; с увеличением загрязне­ния температура уходящих газов и по­тери теплоты <72 будут расти. Потери теплоты <72 увеличиваются с ростом нагрузки котлоагрегата, увеличением объема газов из-за роста избытка воз­духа в топочной камере и увеличения присосов воздуха по газоходам ко­тельного агрегата. Следовательно,

Избыток воздуха в топочной камере необходимо выбирать таким обра­зом, чтобы сумма потерь теплоты от химической, механической неполно­ты сгорания топлива и с уходящими газами была минимальной.

Потеря теплоты в окружающую с р е д у или от наруж­ного охлаждения происходит из-за того, что при работе котельного агрегата наружные поверхности, ограждающие элементы котлоагрега - та, даже будучи покрыты изолирующими материалами, отдают теплоту окружающему воздуху конвекцией и радиацией. Эта потеря теплоты зависит от качества изолирующих материалов, их толщины, состояния и величины наружных поверхностей, приходящихся на единицу тепло - производительности агрегата. Чем больше производительность агрегата, тем меньше приходится на единицу теплопроизводительности ограж­дающих поверхностей и тем ниже потери. Их определяют испытаниями, и по ним построены кривые, приведенные на рис. 2-7.

(2-87)

Более просто можно определять потери теплоты в окружающую среду при обработке результатов опытов как остаточный член тепло­вого баланса, однако в этом случае в него войдут и все неувязки ба­ланса проведенных испытаний, кДж/кг, кДж/м3 или ккал/кг, ккал/м3:

<г.=<грр-[<г,+в.+<г.+<г*+<и-

Потери теплоты от наружного охлаждения принято, так же как и все остальные потери, относить к расчетному количеству теплоты, вно­симой в котлоагрегат, и выражать в процентах:

(2-88)

При проектировании котлоагрегатов потери теплоты находят с помощью графика, приведенного на рис. 2-7. В тех случаях, когда надо определить величину qь при нагрузках агрегата, отличающихся от номинальной более чем на 25%, эту потерю пересчитывают по формуле

(2-89)

Где В*— нагрузка, меньшая номинальной.

Принято, что потери теплоты от наружного охлаждения распреде­ляются по элементам котлоагрегата следующим образом: на топочное устройство приходится 50%, а на каждый другой элемент или газоход

(2-90)

Где I — число элементов или газоходов котлоагрегата.

100

(2-91)

Или более точно

Когда величина больше 2% и к. п. д. котлоагрегата ниже 85%.

Принимая для упрощения, что величина дъ данного газохода или элемента пропорциональна количеству теплоты, передаваемому поверх­ностям нагрева в этом газоходе, ввели понятие коэффициента сохране­ния теплоты

При камерном сжигании твердых топлив с жидким удалением шла­ка, а иногда при камерном и слоевом сжигании и сухом шлаке, удаляе­мом при высоких температурах, имеет место потеря £~физической теплотой шлака. Величина этой потери может быть определена из выражения

?ешл=ашл|нА) Лр. о/0, или 96ШЛ=-§^--1007в. (2-92)

В этом выражении сшл=1—ащ,—аун, величина, определяемая из золового баланса [см. уравнение (2-75)], при слоевом сжигании топли­ва и оШл+«пр=1—%н при камерном сжигании. Величина Сз^з опреде­ляется из выражения (2-58) или из табл. 2-8. При слоевом и камерном сжигании твердого топлива с сухим удалением шлака эта величина мо-

Жет не учитываться, если /4Р<. °/ф.

Температура шлаков при их удалении в сухом виде принимается равной 600°С; в жидком — равней 4+100°С, где '4— температура жид­коплавкого состояния золы.

Иногда у слоевых топок имеются панели и балки, охлаждаемые во­дой, которая в них нагревается. Если эта теплота. не используется, то величина потери теплоты на охлаждение панелей и балок равна:

?6охл=--9:-^охл-Ю0%, или 9бохл=-|^.100»/,. (2-93)

В формуле:

#охл — суммарная поверхность нагрева балок и панелей, обращен­ная в топку, м£;

Фка — полное количество теплоты, воспринятое в котлоагрегате.

Сумма потерь теплоты с шлаком и водой дает величину де— = *7бшл +!<7бОХЛ, %*

Суммарная потеря теплоты котельным агрегатом будет равна:

^Я = Я 2 + Я Ж + Я А I Я 5 + <76ОХЛ + 9бШЛ> °/ в - (2-94)

Для сравнения разных способов сжигания топлива и 'сопоставле­ния топочных устройств используют коэффициент полезного действия топки:

7]т= 100 —- [<73 +#4 + #5 + <7вшл + <7вдхл]» э/в» (2-95)

Где все входящие в данное выражение величины и способы их нахож­дения были рассмотрены ранее. Использованная в котельном агрегате теплота 1 кг или м3 топлива дает к. п. д. бру ттф:

£=тйг 100100*/о

Иногда из количества теплоты, которое передано в котлоагрегате, вычитают количество теплоты, пошедшее на собственные нужды ко­тельного агрегата, которое обозначают через (2С. Н, кДж/с или ккал/ч. Если отнести это количество теплоты к 1 кг или 1 м3 топлива и пересчи­тать электроэнергию в теплоту, отнеся ее к теплоте сгорания топлива, то получим величину теплоты, пошедшей на собственные нужды, %:

9с. н=-|^-100в/о - (2-96)

Вычтя из к. п. д. брутто величину теплоты, пошедшей на собствен­ные нужды котельного агрегата, <7с. н получают к. п. д. неттб котель­ного агрегата, %:

<2-97>

Величину, требующуюся при оценке разных конструкций котлоагрегатов.

-- /0>. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ,

В котельных агрегатах, применяют два основНых типа топОчныХ удЬойет^гоШЗ^оВвЕггохжйгакЙя тОпливаМи' для клмзрно г о,_ Оба типа. топочных устройств могут быть весьма разными по конструктив­ному оформлению, связанному с характеристиками топлива — выходом :тучих, зольностью, влажностью, величиной кусков, свойствами шлака, ^©держанием в топливе серы и т. д.

/1 Слоевое сжигание кусков твердого топлива осуществляется на колосниковой решетке, размещенной в объеме топки, а воздух, не­обходимый для горения топлива, поступает под решетку.

Камерное сжигание топлива осуществляется во взвешенном состоянии в потоке воздуха (твердого в пылевидном состоянии), а воз­дух, необходимый для горения, подают в этот же объем. Объем, пред­назначенный для сжигания всего или части топлива, называют топоч­ным пространством (камерой) и обозначают через Ут. Топочное устройство принято характеризовать его тепловой мощностью, пло­щадью колосниковой решетки /? и объемом топочной камеры. Количе­ство теплоты, выделяющееся в топочном устройстве в течение часа, на­зывают мощностью, МВт иди ккал/ч, и определяют из выражения

(?=5С)рн. (2-98)

В слоевых топках различают полную площадь колосниковой решет­ки Я и «зеркала горения» Л3.т. В топках с неподвижной колосниковой решеткой обычно /?=/?3.г; у топок с цепными, наклонно переталкиваю­щими решетками плошадь зеркала горения меньше полной площади

Из-за наличия различных устройств.

Работа слоевой топки может быть оценена величиной видимого теп­лового напряжения колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2 или ккал/(м2-ч):

€ _ £<Зрн нтш <1 .... В(?а

Или ТГ7-ЖГ’ (2‘99)

Т. е. количеством теплоты, выделившимся в единицу времени на едини­це площади.

Количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема топочной камеры, называют видимым тепловым напря­жением топочного пространства и определяют из выражения, кВт/м3 или ккал / (м3-ч):

(2-! 00)

Для камерных топок пользуются также понятием видимого тепло­вого напряжения сечения топочной камеры. Ртоп, МВт/м2 или Мкал/(м2-ч), определяемого как

Ф в о>„ п

1 топ 1 топ 7

Где /7Топ — горизонтальное сечение камеры на уровне осей горелок, м2.

Ргдд-в-^шшнпм Трп. гшво зажигает£а_ от лежащЕго ш реШ£1Ке-Ле^ подвИжного горящего слоя, это зажиГаниЕ назывАют Нижним. Если за­ЖигаНие топЛива происхОдит за~Счет “излУЧения: пламени над Горящим""' слоем, *а такое зажигание называют верхНим.____________________ ' '

В топках с неподвижной колосниковой решеткой имеют место оба вида зажигания топлива; при движении колосниковой решетки преоб­ладает менее эффективное верхнее зажигание топлива.

Топочные устройства для слоевого сжигания топлива разделяют в зависимости от способа подачи, характера перемещения топлива по колосниковой решетке, перемещения решетки и состояния слоя топли­ва. При неподвижном слое топлива, отсутствии Механизмов Пля Его пео'емешениятюГ Длине шпГ'шиРиНе1шлоСниковой решетки топочное устроиства_ябЛяется прОстейшим: обЫчно оно Загружается "Топливом

Вручную и называетсЯ..... ручной топкЖ~ ТакОе тоПочноЕ устройство (

Исполвзуют только. для аеб13^цих1кодЛ6В 'с мощностью" до 1,Ш_МВх (1 Г кал/ч).

В соответствии с правилами Госгортехнадзора все котло- агрегаты с производительностью более 1,16 МВт (2 т/ч или более 1 Гкал/ч), предназначенные для сжигания твердого топлива, должны иметь механизированные топочные устройства. Этой механизацией мо­гут быть охвачены подача топлива в бункер, расположенный выше топочного устройства, подача топлива на решетку и перемещение его по последней.

Промежуточными между слоевыми и камерными топками для сжи­гания твердого топлива являются топки с псевдоожиженным или «ки­пящим» слоем топлива. В них на мелкозернистые частицы топлива действует поток воздуха и газов, в силу чего частицы топлива перехо­дят в подвижное состояние и совершают движение — циркуляцию в слое и объеме. Скорость воздуха и выделившихся газов не должна превышать определенной величины, по достижении которой начинается унос частиц топлива из слоя. Скорость потока, при которой начинается движение частиц — «кипение», называют критической. Такие топки требуют одинакового размера кусков топлива.’ Слоевые топки применя­ют для агрегатов с теплопроизводительностью до 30—35 МВт (25—

30 Гкал/ч); для более крупных котлоагрегатов приняты топочные устройства с камерным сжиганием и предварительной подготовкой топ­лива. Топливо до поступления в камерные топки измельчается до раз­мера частиц в несколько микрометров. Первичный воздух, транспорти­рующий твердое топливо, имеет меньшую по сравнению с рторичным температуру, а его количество меньше потребного для сгорания. Топ­ливо и воздух в камерные топки подают через специальные горелки, расположение которых на стенах топочной камеры может быть различ­ным. Иногда часть вторичного воздуха подают в виде острого дутья через сопла с повышенными скоростями для изменения положения фа­кела в топочной камере.

Для сжигания жидкого топлива применяют камерные топки, на стенах которых размещают с фронта или встречно форсунки с механи­ческим, воздушным, паровым или смешанным распыливанием топлива. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подают в устройство для установки форсунки с тем, чтобы он поступал по возможности ближе к основанию (корню) факела и чтобы иметь минимальный избыток воз­духа; мазут иногда сжигают в топочных камерах с предтопками — цик­лонами.

Газообразное топливо сжигают в камерных топках, применяя го­релки различных типов. Последние различают по ряду признаков: дав­лению газа перед горелками — низкому, среднему и высокому; конст­руктивным особенностям; характеру смешения — частичному или пол­ному— газа и воздуха в горелках; по способу подвода газа и воздуха: однопроводные—с подводом только газа и двухпроводные — когда в горелку введены газ и воздух по специальным трубам и коробам; по характеру пламени — светящемуся или слабосветящемуся и по длине факела — длинного или короткого.

Обычно в камерных топках требуется обеспечить сжигание двух видав топлива — твердого и жидкого, жидкого и газообразного, твердо­го и газообразного. Вследствие этого горелки конструктивно выполняют большей частью таким образом, чтобы иметь возможность устанавли­вать их минимальное количество, т. е. делают их комбинированными для двух и даже трех видов топлива. Камерные топки выполняют для котлоагрегатов практически любой производительности.

Все топочные устройства по положению относительно котельного агрегата прежде было принято делить на внутренние, нижние и вынос­ные. В современных агрегатах топочные камеры выполняются с макси­мально возможным экранированием.