Полезно используемая теплота и к. п. д. парового котла
Уравнение для можно составить, если рассмотреть схему котла, представленную на рис. 3.3. В котел поступает питательная вода в количестве , кг/с, с энтальпией , МДж/кг. Эта вода вносит в котел в единицу времени теплоту , МВт. Вода в котле нагревается, кипит и превращается в перегретый пар. Из котла выходит перегретый пар , кг/с, с энтальпией , МДж/кг. Следовательно, с перегретым паром из котла уносится теплота в количестве , МВт.
Разница между теплотой, уносимой из котла с перегретым паром, и теплотой, вносимой в него с питательной водой, является полезно использованной теплотой, то есть
. | (3.6) |
В постоянном режиме работы уровень воды в котле не должен изменяться. Для выполнения этого требования необходимо соблюдать условие . Тогда из выражения (3.6) получим, МВт,
, | (3.7) |
Рис. 3.3. К определению полезно используемой теплоты |
откуда
. | (3.8) |
Отношение полезно используемой теплоты к располагаемой называется коэффициентом полезного действия парового котла, %,
. | (3.9) |
Подставив в формулу (3.9) значение из (3.8), для получим, %,
. | (3.10) |
Для вспомогательного парового котла, выдающего потребителям не перегретый, а влажный пар, определяется по формуле, %,
, | (3.11) |
где | – | соответственно расход и энтальпия влажного пара на выходе из пароводяного коллектора, кг/с и МДж/кг. |
Метод расчета к. п. д. котла по формулам (3.10) и (3.11) называют методом прямого теплового баланса. В настоящее время значения для главных судовых котлов составляют 93–95%, для вспомогательных 80–90%. Метод прямого теплового баланса устанавливает связь между к. п. д., расходом и энтальпией пара и питательной воды, расходом топлива и теплотой его сгорания.
Кроме метода прямого теплового баланса для определения к. п. д. котла существует метод обратного теплового баланса. Суть его заключается в следующем. Возьмем уравнение теплового баланса в виде (3.5), разделим все члены этого уравнения на величину и умножим на 100. Тогда получим, %,
, | (3.12) |
где | – | относительные тепловые потери, %. |
Из формулы (3.12) получим выражение для к. п. д. котла по обратному тепловому балансу, %,
. | (3.13) |
Это выражение связывает к. п. д. котла с тепловыми потерями: к. п. д. котла тем выше, чем меньше тепловые потери.
Теперь подробнее рассмотрим вопрос о тепловых потерях.
Тепловые потери
Наибольшей среди тепловых потерь является потеря теплоты с уходящими газами, относительная величина которой составляет, %,
. |
Для мазутов может быть принята постоянной ( = 40,6 МДж/кг), поэтому зависит от абсолютной потери теплоты с уходящими газами , которая в соответствии с формулой (3.3) равна . Из этого выражения видно, что потеря теплоты с уходящими газами меньше энтальпии уходящих газов на величину . Так как по абсолютному значению много больше , то есть , то зависит в основном от . Величина будет тем меньше, чем меньше значение . Следовательно, для снижения потери необходимо уменьшать энтальпию уходящих газов .
Из диаграммы h – (см. рис. 2.3) видно, что энтальпия газов зависит от температуры h и коэффициента избытка воздуха . Таким образом, зависит от температуры уходящих газов h и коэффициента , а для снижения необходимо уменьшать h и .
Теперь рассмотрим, как определяется температура h при проектировании котла. Вначале определяют величину , %,
. | (3.14) |
Значения можно принимать, например, по прототипу, однако лучше пользоваться данными исследований. Затем определяют по формуле
; | (3.15) |
находят энтальпию уходящих газов , МДж/кг,
. | (3.16) |
Далее, пользуясь диаграммой – h, по значению и принятому коэффициенту избытка воздуха а находят температуру уходящих газов h .
При проектировании котла необходимо стремиться к уменьшению h . Снижение h , например, на 15–17°С приводит к уменьшению на 1%. Следовательно, к. п. д. котла увеличится тоже на 1%.
Снижение h достигается за счет более глубокого охлаждения газов в котле, то есть увеличением дополнительных поверхностей нагрева: водяных экономайзеров, газовых воздухоподогревателей. Однако уменьшению h препятствует опасное явление, возникающее при низких температурах, – низкотемпературная сернокислотная коррозия хвостовых поверхностей нагрева котлов. Это явление связано с образованием в продуктах сгорания паров серной кислоты H2SO4 , которые при низкой температуре конденсируются на поверхностях нагрева, вызывая их коррозию.
У современных паровых котлов при работе на нормальной нагрузке h = 150 ÷ 160°С; к. п. д. достигает значений 94–93% при = 5 ÷ 6% и = 1,03 ÷ 1,05.
Рассмотрим потерю теплоты от химического недожога и . Относительная потеря теплоты от химического недожога равна, %,
, | (3.17) |
где | – | абсолютная потеря теплоты от химического недожога, МДж/кг. |
Потеря связана в основном с неполным горением углерода и образованием в продуктах сгорания горючего газа СО. При сжигании жидкого топлива величину можно принимать равной 0,5%. Тогда будет равна, МДж/кг,
. | (3.18) |
Относительная потеря теплоты стенками котла в окружающую среду равна, %,
, | (3.19) |
где | – | абсолютная потеря теплоты стенками котла в окружающую среду, МДж/кг. |
Величина зависит от температуры наружных стен котла. Современные судовые котлы имеют двойные стены, между которыми движется подаваемый в котел воздух. Поэтому температура наружных стен котла невысокая и значение невелико.
Для главных паровых котлов принимают равной 0,5–0,7%; Для вспомогательных котлов значение выше и составляет 1,5–2%. Приняв , можно определить величину , МДж/кг,
. | (3.20) |
В окружающую среду теплоту отдает как сам котел, так и каждый его элемент: топка, пароперегреватель и др. Предполагается, что каждый элемент котла теряет количество теплоты, пропорциональное теплоте, передаваемой в элементе поверхностям нагрева. Это учитывается при введении в балансовое уравнение для каждого элемента котла коэффициента сохранения теплоты, , который меньше единицы и равен
. | (3.21) |
Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2664;