Тепловой баланс котельного агрегата

Лекция № 13

Общие сведения о топливе. Общие характеристики топочных устройств

План лекции

1. Общие сведения о топливе

2. Тепловой баланс котельного агрегата

3. Общие характеристики топочных устройств

4. Котельные установки

Литература:

1. Погодина Л.В. «Инженерные сети, инженерная подготовка и оборудование территорий, зданий и стройплощадок». – М.: Дашков и К», 2006

Общие сведения о топливе

Топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения значительного количества тепловой энергии (табл. 13.1). Основным видом топлива является органическое топливо, образовавшееся из остатков растительного и животного происхождения под давлением и без доступа воздуха в течение длительного времени.

По агрегатному состоянию топливо можно разделить на твердое, жидкое и газообразное. По способу получения на естественное, добываемое из недр земли, и искусственное (получаемое путем химической или механической переработки естественного топлива).

Таблица 13.1

Общая классификация топлива

Топливо в том виде, в котором оно сжигается, то есть поступает в топку, называется рабочим топливом.

В состав твердого и жидкого рабочего топлива входят углерод, водород, сера, кислород, азот, зола и влага.

Газообразное топливо представляет собой смесь различных химических соединений. В состав природного газа входят метан (50 – 98 %), этан, пропан, бутан, углеводороды высшего порядка метанового ряда, углекислый газ, азот. Основные компоненты искусственного газообразного топлива – окись углерода, водород, метан, углекислый газ, азот. В газообразном топливе, как естественном, так и искусственном, содержаться водяные пары, различные смолы и др.

Основной теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, которая показывает, какое количество теплоты в кДж выделяется при сжигании 1 кг твердого (или жидкого) топлива или 1 м³ газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшей теплотой сгорания топлива Q ^р_в, кДж/кг, называют количество теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании с учетом теплоты, выделившейся при конденсации водяных паров, которые образуются при горении. Низшая теплота сгорания Q ^р_н, кДж/кг, не учитывает теплоту, выделившуюся при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания.

В расчетах используется низшая теплота сгорания, так как теплота водяных паров бесполезно теряется, уходя с дымовыми газами в трубу.

Для сравнения различных видов топлива по величинам их теплоты сгорания введено понятие « условное » топливо – топливо, расчетная теплота сгорания которого равна 29,308 МДж/кг. В соответствии с этим каждое топливо имеет свой тепловой эквивалент

Э_т = Q^р_н / 29308

Тепловой баланс котельного агрегата

Горение топлива есть химический процесс соединения его горючих элементов с кислородом воздуха, протекающий при высокой температуре и сопровождающийся выделением большого количества теплоты.

Комплекс устройств, в котором происходит сгорание топлива и получение горячей воды или пара за счет выделившейся теплоты сгорания, называется котельным агрегатом (котлоагрегатом).

Тепловым балансом котлоагрегата называется распределение теплоты, выделившейся при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери, возникающие при его работе. Обычно тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (или жидкого) или 1 м³ газообразного топлива. Уравнение теплового баланса имеет вид

Q^р_р = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆

где Q^р_р – располагаемая теплота, кДж/кг (кДж/м³);

Q₁ – полезно использованная теплота на образование пара или нагревание воды, кДж/кг (кДж/м³);

Q₂ – потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг (кДж/м³);

Q₃ – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м³);

Q₄ – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м³);

Q₅ – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг (кДж/м³);

Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков, кДж/кг.

В процентном соотношении уравнение теплового баланса можно представить в виде

100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆

Располагаемая теплота Q^р_р включает низшую теплоту сгорания топлива, теплоту, вносимую горячим воздухом, используемым для горения топлива, и физическую теплоту топлива при внешнем его подогреве. В том случае, когда воздух и топливо предварительно не подогреваются, Q^р_р = Q^р_н.

Потери теплоты с уходящими газами q ₂ являются наибольшими из всех потерь теплоты. Эта величина может достигать 8 – 10 %. Эти потери возникают в связи с тем, что продукты сгорания, выходя из котлоагрегата, имеют температуру значительно выше температуры окружающего воздуха. Чем выше температура уходящих газов, тем больше теплопотери.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q ₃ тем значительнее, чем ниже температура в топке, хуже перемешивание топлива с воздухом, чем меньше длительность пребывания топлива в топке. Для механических и полумеханических топок q ₃ ≈ 3 %, для камерных топок q ₃ ≈ 0,5-1 %.

Механическая неполнота сгорания топлива q ₄ является результатом неучастия во всех стадиях процесса горения части топлива, поступившего в топку (унос мелкодисперсных частиц топлива дымовыми газами, провал их через зазоры колосниковой решетки и др.). Для слоевых механических и полумеханических топок q ₄ = 1 – 10 %, для камерных топок q ₄ = 1 – 6 %.

Потеря теплоты в окружающую среду q ₅ зависит от температуры наружных поверхностей котлоагрегата, теплоизоляции, тепловой мощности котлоагрегата и др. В зависимости от мощности котлоагрегата величина q ₅ колеблется от 0,2 до 0,7 %.

Потеря теплоты с физической теплотой шлаков q ₆ зависит от способа шлакоудаления. При сухом шлакоудалении эта величина составляет 1 – 1,5 %, а при жидком шлакоудалении в камерных топках q ₆ = 1 – 3 %.