Классификация котельных установок

Тепловые потери
Q₂ – потери теплоты с уходящими газами. Это наибольшие потери теплоты в котлоагрегате они составляют 5 – 10 % и являются следствием того, что температура уходящих газов выше температуры окружающей среды.
Q₂ = (Н_ух – Н_х.в.)(1 - ⁴)
Н_ух – энтальпия уходящих газов:
Н_ух = α_ухL₀с_псt_ух , где с_пс – теплоемкость продуктов сгорания.
Н_хв – энтальпия холодного воздуха:
Н_хв = α _тL₀с_вt_хв , где α _т – коэффициент избытка воздуха в топке.
1 - ⁴ – поправка, учитывающая уменьшение количества продуктов сгорания из–за физической неполноты сгорания топлива.
С понижением температуры уходящих газов на 12-15⁰С потери теплоты уменьшаются на 1⁰С.
Пути снижения температуры уходящих газов: 1) уменьшение α_т и α_ух, то есть совершенствование процесса горения и ликвидация присосов холодного воздуха, 2) увеличение хвостовых поверхностей теплообмена (экономайзер и воздухоподогреватель).
Предельно минимальная температура уходящих газов определяется условием предотвращения возможности низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей нагрева, и зависят от содержания окислов серы в уходящих газах. Поэтому обычно температура уходящих газов составляет 110…170⁰С. Кроме того уменьшение коэффициента избытка воздуха в топке α _т приводит к увеличению потерь от химической неполноты сгорания Q₃, поэтому оптимальное α _т определяется из условия минимума q₂+q₃.
Оптимальный коэффициент избытка воздуха в уходящих газах и оптимальная температура уходящих газов определяются из условия минимума приведенных затрат.

q,%
 

α _опт α


Затраты

t_ух^опт t_ух

При увеличении t_ух возрастает удельный расход топлива, так как снижается КПД котла, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат, при этом увеличение t_ух позволяет уменьшить поверхности нагрева котла, его габариты, тем самым снижая капитальные затраты.
В процессе эксплуатации котла, поверхности нагрева загрязняются, что приводит к ухудшению условий теплообмена и соответственно к увеличению величины Q₂. Таким образом, для обеспечения паспортного КПД котла необходимо проводить систематическую очистку поверхностей нагрева.
Q₃ – потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных веществ: CO, Н₂, С_mH_n. Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:
1) общий или местный недостаток воздуха, 2) плохое перемешивание топлива и воздуха, 3) малые размеры топки, 4) низкая температура в топочной камере, 5) слишком высокая температура, что может привести к диссоциации продуктов сгорания.
Величина Q₃ сильно зависит от значения α (смотри предыдущую диаграмму), так же Q₃ зависит от расхода топлива (от нагрузки котла).
q₃
 I – зона малого расхода топлива и низкой температуры в топке
II – оптимальная зона
III – зона большого расхода топлива и нехватки объема топки
В основе расчета Q₃ лежит уравнение:
Q₃ = Q_COV_CO+ Q_H2V_H2+Q_CH4V_CH4+…
V_i - объем горючего газа в продуктах сгорания;
Q_i – теплота сгорания горючего газа.
При определении неполноты сгорания и разработке мероприятий по снижению величины Q₃ следует иметь в виду, что в продуктах сгорания в первую очередь появляется СО, это наиболее трудносжигаемый компонент среди возможных продуктов неполноты сгорания. Затем появляется Н₂ и другие газы. Если в продуктах сгорания отсутствует СО₂, то нет и других горючих газов и величина Q₃=0.

Q₄ – потери от физической неполноты сгорания.

Q₄=Q₄^пр +Q₄^шл +Q₄^ун
Q₄^пр – потери тепла с провалом через холостниковые решетки;
Q₄^шл – потери тепла со шлаком;
Q₄^ун – потери тепла с уносом топлива с продуктами сгорания.
Эти потери характерны для твердого топлива и могут достигать для промышленных котельных 10…12%. Для газообразного и жидкого топлива Q₄=0. При проектировании величину Q₄ выбирают из справочной литературы в зависимости от вида топлива и месторождения. При эксплуатации Q₄ определяется путем анализа шлака и провала.
Количество уноса определяется из золового баланса: А^р – (пр+шл), где А^р – зольность топлива.

Q₅ – потери от наружного охлаждения. Возникают вследствие разности температур наружной поверхности и окружающей среды. Зависят от паропроизводительности агрегата.

q₅, %

 
10 100 1000
1 – собственно котел;
2 – котел вместе с хвостовыми поверхностями.
Потери на наружное охлаждение пропорциональны площади наружной поверхности котла. Так как паропроизводительность котла, которая пропорциональна объему топочного пространства, возрастает примерно в 1.5 раза быстрее, чем площадь наружной поверхности, то соответственно потери на наружное охлаждение с увеличением паропроизводительности будут уменьшаться. При проектировании Q₅ определяется из справочников при номинальной паропроизводительности котла. Если фактическая паропроизводительность отличается от номинальной, то
q₅= q_5н ^н

Q₆ – потери с физической теплотой шлаков.

Потери Q₆ возникают при удалении из топочной камеры шлаков имеющих высокую температуру. Эти потери характерны для топок с жидким удалением шлаков.
Q₆ = а_шл с_зл t_ш ^р
а_шл – доля золы топлива в шлаке;
с_зл – средняя теплоемкость золы;
t_ш – температура шлака.
Q₆ значительна для высокосернистых топлив и с высокой зольностью. Величина Q₆ составляет 1 – 5%. При зольности менее 10% в котлах с камерными топками Q₆ < 0.2% и в тепловом балансе не учитывается.