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)
|
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|