6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.

Потери теплоты с уходящими газами определяются тем, что продукты сгорания после прохождения газового тракта не охлаждаются до температуры окружающего воздуха, а имеют достаточно высокую температуру. Превышение энтальпии уходящих газов над энтальпией поступающего в котел атмосферного воздуха представляют потери Q₂называемые потерями теплоты с уходящими газами

где H_УХ, H_Х.В- соответственно энтальпия уходящих из котла газов и поступающего холодного воздуха, кДж/кг топлива.

Формулу (6.17) можно переписать в следующем виде

В этой формуле - энтальпия теоретического объема уходящих газов при α = 1;- энтальпия избыточного воздуха в потоке газов при θ_УХ;- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, кДж/кг.

Из формулы (6.18) следует, что главными факторами, влияющими на значение потерь Q₂являются температура θ_УХ, зависящая от размера конвективной поверхности котла и интенсивности отдачи теплоты к этой поверхности, и величина α_УХ, характеризующая превышение объема продуктов сгорания над минимальным их объемом.

Связь необходимой поверхности нагрева с глубиной охлаждения газов можно получить из уравнения конвективного теплообмена, которое запишем в следующем виде:

где F_К- площадь конвективной поверхности нагрева, м²; Q_К- тепловосприятие поверхности, кДж/кг; k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²·K); Δt - средний температурный напор между газами и рабочей средой в поверхности нагрева, °С. Снижение температуры уходящих газов на 15…20°С приводит к уменьшению потерь q₂или, что то же самое, к росту КПД котла примерно на 1%. Однако снижение температуры не происходит само собой, для этого требуется отнять дополнительную теплоту от газового потока ΔQ_Кза счет установки дополнительной конвективной поверхности ΔF_К. При этом по мере уменьшения температуры газов снижается температурный напор Δt, что вызывает повышенный рост размеров конвективной поверхности. Графически эта зависимость изображена на рис. 6.2.

При понижении температуры θ_УХодновременно возрастают затраты энергии на тягу, так как растет сопротивление газового тракта, возрастает интенсивность сернокислотной коррозии металла поверхностей и газового тракта за котлом, снижается высота теплового и динамического выброса газов выше устья дымовой трубы, что ухудшает экологическую обстановку в зоне вокруг электростанции.

В то же время было бы неправильно проектировать паровые котлы с высокой температурой θ_УХ. Это привело бы к снижению эффективности использования топлива и его неоправданному перерасходу. Поэтому выбор температуры уходящих

где ΔS_ВП, ΔS_ЭК- дополнительные затраты на увеличение поверхностей воздухоподогревателя и экономайзера; ΔS_ТРАК- то же на оплату электроэнергии в связи с увеличением сопротивления тягодутьевого тракта; ΔS_ДЫМ.ТР- то же в связи с необходимостью увеличения высоты дымовой трубы; ΔS_ТОПЛ- снижение затрат на оплату топлива из-за снижения его расхода.

Рис. 6.3. К определению оптимальной температуры уходящих газов: а - зависимость от стоимости поверхностей и стоимости сжигаемого топлива: 1 - затраты на поверхности нагрева; 2 и 2' - затраты на дорогое и дешевое топливо; 3 и 3' - суммарные расчетные затраты; б - зависимость от температуры питательной воды и влажности топлива; 4 - границы для сухих топлив с W_п < 0,7; 5 - то же для влажных топлив с W_п = 1…5

Условие оптимума температуры θ^ОПТ_УХопределяется минимумом расчетных затрат, его находят путем решения уравнения

Характерные зависимости оптимальной температуры уходящих газов θ^ОПТ_УХот определяющих факторов приведены на рис. 6.3.

Оптимальная температура существенно зависит от стоимости топлива и его качества, прежде всего от влажности. Чем выше цена топлив, тем при прочих равных условиях больше стоимость сэкономленного топлива, что окупает более развитую поверхность нагрева и тем самым позволяет иметь более низкую температуру уходящих газов (рис. 6.3, а).

При большой влажности растет объем продуктов сгорания топлива и их удельная теплоемкость, так как теплоемкость паров воды наибольшая. Поэтому при

охлаждении газов на одинаковое число градусов Δθ_УХпри большой влажности необходимо отвести большое количество теплоты, что требует дополнительного увеличения поверхности нагрева по сравнению с сухим топливом. При более низкой стоимости влажного топлива увеличение поверхности не окупается, в результате оптимальная температура уходящих газов с повышением влажности растет (рис. 6.3, б).

Значение оптимальной температуры уходящих газов зависит также от параметров пара (давления, температуры), с которыми работает паровой котел. С ростом параметров развивается регенеративный подогрев питательной воды и растет температура воды на входе в котел (см. рис. 6.3, б).

В связи с этим увеличивается теплота газов на выходе из экономайзера, что приводит к некоторому росту оптимальной температуры уходящих газов. В итоге для паровых котлов высокого и сверхкритического давления оптимальные значения θ^ОПТ_УХнаходятся в диапазоне 120…160°С.

Для полупиковых котлов с ограниченным сроком эксплуатации только в периоды повышенных электронагрузок системы более существенным становится уменьшение стоимости котла. Поэтому этот тип котлов отличается использованием пониженных параметров пара и более высокой температурой уходящих газов (θ_УХ= 160…200°С).

Потери теплоты с уходящими газами сильно зависят от α_УХ, чем выше избыток воздуха в топке и больше присос в газоходах, тем больше объем продуктов сгорания за агрегатом, что увеличивает Q₂. Кроме того, присос холодного атмосферного воздуха в газоходах охлаждает продукты сгорания и снижает теплоотдачу за счет уменьшения температурного напора. Отрицательное действие большого избытка воздуха в топке и присоса его в газоходах выражается также в увеличении нагрузки на дымососы, а, следовательно, и расхода электроэнергии на собственные нужды.

Расчетные значения потери q₂достигаются лишь при эксплуатации котлов с чистыми поверхностями нагрева. Во время работы котла поверхности нагрева могут существенно загрязняться шлаком и золой, что ухудшает теплообмен и приводит к росту θ_УХ, соответственно возрастают газовое сопротивление и нагрузка на дымососы.

Для достижения в эксплуатации проектных режимов работы котла его поверхности нагрева подвергаются систематической очистке с использованием различных механизмов (паровая и водяная обдувка, дробеочистка, виброочистка, импульсная термоочистка). Большое значение для уменьшения потерь теплоты q₂имеет создание газоплотных настенных поверхностей нагрева.