6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.

В паровом котле при сжигании органического топлива образуются высокотемпературные продукты сгорания, обладающие большой тепловой энергией. Значительная часть этой энергии передается радиационным и конвективным теплообменом поверхностям нагрева, заполненным рабочей средой, в результате чего из котла выходит перегретый пар высокого давления и температуры, который направляется далее в паровую турбину.

При сжигании 1 кг (или 1 м³) рабочей массы топлива полное количество теплоты, которое может выделиться в топке, называется располагаемой теплотой топлива Q^Р_РкДж/кг, или кДж/м³

Здесь Q^Р_Н- низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг; Q_ДОП- дополнительные источники теплоты, сопутствующие организации сжигания топлива

где Q_ВНШ- теплота, поступившая в котел с воздухом при подогреве его вне агрегата. Эта теплота учитывается в тех случаях, когда воздух предварительно, до поступления в воздухоподогреватель котла, подогревается от постороннего источника, например в калориферах, паром из отбора турбины; Q_ТЛ- физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута и подогреве его перед поступлением в котел; Q_П- теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; Q_К- теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСО₃и MgCO₃с образованием газообразного СО^К₂.

Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% Q^Р_Н. Обязателен учет Q_ДОПпри сжигании мазута, когда в формуле (6.2) Q_ДОПслагается из первых трех членов. Небольшое различие (Q^Р_Р> Q^Р_Н) может иметь место при сжигании углей с высокой влажностью и сернистостью, так как требуется повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель для ослабления сернистой коррозии (подвод Q_ВНШ), а при сжигании сланцев Q^Р_Р= Q^Р_Н- Q_К. Однако в большинстве случаев при сжигании бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между Q^Р_Ни Q^Р_Рнезначительно и не учитывается. То же имеет место при сжигании природного газа.

Соответствующие статьи использования (расхода) выделившейся в топочной камере тепловой энергии в расчете на 1 кг (м³) сожженного топлива, кДж/кг, обычно нумеруются цифрами. Та часть теплоты, которая затрачивается на подогрев и испарение воды в трубах поверхностей нагрева, а также на перегрев пара, составляет полезно использованное количество теплоты в паровом котле Q_ИСПили Q₁и определяется повышением энтальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева

где D_ПЕ, D_ВТ- расход свежего и вторично перегретого пара, идущего на турбину, кг/с; D_ПР- расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; h_П.П, h_П.В,h' - энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; h'_ВТ, h'_ВТ- энтальпия вторично перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара на входе в него, кДж/кг; В - расход сжигаемого топлива, кг/с или м³/с.

Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепловые потери, сопутствующие работе парового котла:

Q₂- потери с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания;

Q₃- потери с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты);

Q₄- потери с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы);

Q₅- потери с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию);

Q₆- потери с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Q_ПР- прочие тепловые потери, связанные с отдачей части насыщенного пара из барабана на нужды электростанции, с отводом теплоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетками и т.п. В итоге уравнение теплового баланса котла записывается в следующем виде:

Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловосприятий отдельных поверхностей нагрева котла:

где Q_Т.К- тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Q^К_ПЕ, Q_ВТ- тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кДж/кг; Q_ЭК- тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.

Из уравнения (6.5) следует, что тепловосприятие воздухоподогревателя прямо не входит в тепловой баланс котла. Это связано с тем, что теплота, отданная продуктами сгорания воздуху в этой поверхности, возвращается снова в топочную камеру в виде горячего воздуха и дополнительно увеличивает теплосодержание газов в топке.

Теплота, отданная газами в воздухоподогревателе, рециркулирует внутри газовоздушного тракта. Вместе с тем ввод горячего воздуха в зону сжигания топлива повышает температуру газов, скорость горения топлива и глубину его выгорания, т.е. приводит к росту эффективности использования топлива.

Общий баланс между поступлением и распределением теплоты в паровом котле показан на (рис. 6.1). Здесь теплота горячего воздуха Q_Г.Ввыделена в виде замкнутого внутреннего контура.