Потеря теплоты с уходящими газами.

Потеря теплоты с уходящими газами Q_уг (q_уг) возни­кает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов Н_уг, покидающих котел при температуре t_уг, превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха α _угН_уг и топлива c_Tt_т.

Если пренебречь малым значением энтальпии топлива, а также теплотой золы (для твердого топлива), содержащейся в уходящих газах, потеря теплоты с уходящими газами, МДж/кг (или МДж/м³), может быть подсчитана по (2.15) или по формуле

(2.32)

Если температура окружающей среды равна нулю (tх.в = 0), то потеря теплоты с уходящими газами равна энтальпии уходящих газов: Q_уг = Н_уг.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5—12 % располагаемой теплоты топлива, и определяется объемом и составом продуктов сгорания, существенно зависящих от балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α _уг, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке α _т и бал­ластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением:

α _уг= α _т+∆ α (2.34)

В котлах, работающих под давлением, присосы воздуха отсутствуют.

С уменьшением а_т потеря теплоты Q_уг (q_уг) снижается, однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива Q_xн.и (q_хн). Оптимальное значение а_т выбирается с учетом достижения минимального суммарного значения q_уг + q_хн (рис. 2.3).

Возможность уменьшения а_т зависит от рода сжигаемого топлива и типа топочного устройства. При более благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха а_т, необходимый для достижения наиболее полного горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива, когда условия для эффективного перемешивания компонентов горения достаточно благоприятны, коэффициент избытка воздуха в топке принимают а_т ≤ 1, 1, при сжигании мазута а_т=1, 1, пылевидного топлива а_т=1, 2, кускового топлива а_т= 1, 3н-1, 7.

Присосы воздуха по газовому тракту котла ∆ α в пределе могут быть сведены к нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и гляделок, имеющихся в газоходах и работающих под разрежением, затруднено и практически ∆ α = 0, 15-0, 3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q_yг приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос. Допустимые присосы воздуха в отдельных элементах котла даны в справочной литературе.

Важнейшим фактором, влияющим на Q_yг является температура уходящих газов t_уг Ее снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздухоподогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и соответственно меньше тем­пературный напор ∆ t между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности Н требуется для такого же охлаждения газа. Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q_yг и, следовательно, к дополнительным затратам топлива ∆ В на выработку одного и того же количества пара, горячей воды или другого теплоносителя. В связи с этим оптимальная температура t_yг. определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых затрат для теплоиспользующих элементов и топлива для различных значений t_yг (рис. 2.4).

На рис. 2.4 можно выделить область температур (от t_yг’ до t_yг’’), в которой расчетные затраты отличаются незначительно. Это дает основание для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры t", при которой, как это видно из рис. 2.4, начальные капитальные затраты будут меньше.

В ряде случаев снижение t_y._r ограничивается возможностью внешней коррозии хвостовых поверхностей нагрева (воздушного подогревателя, экономайзера) из-за конденсации на них водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. В связи с этим выбор t_yг зависит также or температуры питательной воды, температуры воздуха на входе в воздушный подогреватель и других факторов.

Для комбинированных энерготехнологических агрегатов, вырабатывающих технологическую и энергетическую продукцию, температура уходящих газов выбирается с учетом требований технологического процесса.

Температура уходящих газов промышленных котлов в зависимости от их производительности и времени использования, качества и стоимости сжигаемого топлива, температуры питательной воды и поступающего воздуха принимается 110—170°С и выше. При работе котла на относительно дорогом топливе применяют более глубокое охлаждение уходящих газов. При относительно дешевом топливе повышают температуру уходящих газов. При этом следует напомнить, что стоимость топлива в различных районах страны различна.

С увеличением тепловой нагрузки котельной установки (увеличением расхода топлива В и выхода пара D) потеря теплоты с уходящими газами q_yг в ней возрастает (рис. 2.5). Это связано с тем, что с увеличением нагрузки соответственно увеличивается количество выделяемой 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 увеличивается.

При работе котла на твердом топливе, а также при работе эиерготехнологических агрегатов поверхности нагрева могут загрязняться золой топлива и технологическим уносом. Это приводит к сущест­венному снижению коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания к рабочему телу и, следовательно, к повышению t_у._г. При этом для сохранения заданной паропроизводительности котельной установки приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла, и при недостаточной мощности дымососа нагрузка котла снижается. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

При определении потери теплоты с уходящими газами, %, учитывают уменьшение объема газов, обусловленное механической неполнотой сгорания

топлива, введением поправки тогда, получаем