Энергетические характеристики котлоагрегатов

Котлоагрегаты или парогенераторы представляют собой сложные технические сооружения больших размеров, высота которых соизмерима с высотой многоэтажных домов.

В топке котлоагрегата сжигается превращенный в мелкую пыль уголь, газ или распыленный мазут при температурах от 1500 до 2000 °C.

Для более полного сжигания топлива в котлоагрегате в топку вентиляторами в больших количествах подается подогретый воздух. Тепло, выделяемое в процессе сгорания топлива, нагревает воду, циркулирующую в экранных трубах, превращая ее в пар, и увеличивает его температуру и давление до номинальных значений.

Продукты горения дымососами вытягиваются из парогенератора и подаются в очистные устройства, а затем направляются в дымовую трубу.

Вода, подаваемая в котлоагрегат, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается меньше чем в питьевой воде. Очистка воды производится в специальных устройствах — питателях.

По конструктивному выполнению котлоагрегаты подразделяют на барабанные и прямоточные.

В барабанном котлоагрегате имеется стальной барабан, в верхней части барабана — пар, а в нижней — вода (рис. 3.36).

Рис. 3.36. Принципиальная схема котлоагрегата барабанного типа В барабанном котлоагрегате происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси за счет их разных плотностей. С увеличением температуры и давления пара уменьшается разность в плотностях воды и пара, что ухудшает циркуляцию.

В прямоточном котлоагрегате нет барабана, и циркуляция воды создается насосами (рис. 3.37).

Прямоточные котлы требуют по сравнению с барабанными наиболее качественного регулирования подачи воды, а также предъявляют очень высокие требования в отношении ее химической чистоты.

Котлоагрегат обеспечивает первую стадию преобразования энергии на электростанции. При общем уравнении Эподв = f (Эпол) для котлоагрегата существуют две аналитические зависимости:

Рис. 3.37. Принципиальная схема котлоагрегата прямоточного типа.

• 1. Весовая — часовой расход натурального топлива от часового производства пара или производительности котла , т н.т./ч.
• 2. Расходная — часовой расход условного топлива от часового производства тепла , т пара/ч.

Схема энергобаланса котлоагрегата представлена на рис. 3.38, где - тепло топлива сжигаемого в топке; - тепло поступающее в турбоагрегат; - потери тепла с уходящими газами; - потери тепла с химическим недожогом топлива; - потери тепла с механическим недожогом топлива (при газе отсутствуют); - потери тепла с продувкой котлоагрегата; - потери тепла с утечками; - потери тепла в окружающую среду (теплоизлучение).

При общем КПД энергетических котлоагрегатов равном 90 + 96% ниже 90% КПД имеют котлоагрегаты, работающие на торфе, от 90 до 93,5% - на углях, от 94 до 94,5% на мазуте.

Рис. 3.38. Схема энергобаланса котлоагрегата и 96% - на газе. Следовательно, потери котлоагрегатов составляют в расходе топлива от 4 до 10%.

Основными энергетическими характеристиками котлоагрегата в зависимости от нагрузки являются.

1. Коэффициент полезного действия , %:

2. Расходная характеристика , т у.т./ч:

где 7 — теплота сгорания условного топлива, Гкал/т у.т.

3. Относительный прирост расхода топлива , т у.т./Гкал:

где - относительный прирост потерь топлива, т у.т./Гкал.

4. Удельный расход топлива , кгу.т./Гкал:

Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата представлен на рис. 3.39.

Рис. 3.39. Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата Все характеристики имеют три зоны в зависимости от величины нагрузки котлоагрегата: технического минимума нагрузки, экономической нагрузки, форсировки.

Первая — зона технического минимума нагрузки. Диапазон нагрузки этой зоны соответствует 30 + 40% от номинальной нагрузки.

Величина технического минимума нагрузки зависит от конструкции котлоагрегата, условий циркуляции воды и вида сжигаемого топлива. При работе на топливе с малым содержанием летучих веществ (антрацит) величина технического минимума может достигать 60−70% от .

Первая зона характеризуется низкими значениями КПД котлоагрегата и соответственно большими значениями удельных расходов. Эта зона, кроме низкой экономичности работы котлоагрегата, характеризуется неустойчивостью режима горения и является практически нерабочей зоной. Поэтому при распределении нагрузки между котлоагрегатами эта зона не представляет практического интереса.

Вторая зона отвечает наиболее экономичным нагрузкам котлоагрегата до 80 + 85% от . Зона характерна наибольшими значениями КПД и наименьшими значениями удельных расходов, которые мало меняются в пределах своего диапазона.

Третья зона, или зона форсировки, характеризуется резким возрастанием расходной характеристики за счет быстрого роста потерь, что не компенсируется ростом нагрузки котлоагрегата и приводит к снижению КПД и возрастанию удельных расходов топлива. Рост потерь в этой зоне определяется трудностями синхронного регулирования процесса горения в котлоагрегате.

Рассмотрим подробнее расходную энергетическую характеристику котлоагрегата , которая представляет собой вогнутую кривую с непрерывно возрастающей величиной относительного прироста b'.

В общем случае кривизна расходной характеристики в трех названных зонах является незначительной. Поэтому вогнутую кривую расходной характеристики котлоагрегата можно заменить ломаной линией, состоящей из трех прямолинейных отрезков (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Расходная энергетическая характеристика котлоагрегата, состоящая из прямолинейных отрезков При выравнивании расходной энергетической характеристики во внимание обычно принимаются только вторая и третья зоны. График характеристики при этом имеет вид, представленный на рис. 3.41, а ее аналитическое выражение, т у.т./ч:

где и - относительные приросты потерь II и ІII зоны, т у.т./Гкал.

Рис. 3.41. Расходная энергетическая характеристика котлоагрегата с учетом второй и третий зоны.