 |
|
Тема4. 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 оС.
Для более полного сжигания топлива в котлоагрегате в топку вентиляторам 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. 41).
Рис.41. 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. 42).
Рис.42. Принципиальная схема котлоагрегата прямоточного типа.
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
для котлоагрегата существуют две аналитические зависимости:
1. Весовая - часовой расход натурального топлива от часового производства пара или производительности котла 
;
2. Энергетическая - часовой расход условного топлива от часового производства тепла 
.
Схема энергобаланса котлоагрегата представлена на рис. 43
Рис.43. Схема энергобаланса котлоагрегата.
- тепло сжигаемого в топке топлива;
- тепло поступающее в турбоагрегат, потери тепла:
- с уходящими газами;
- с химическим недожогом топлива;
- с механическим недожогом топлива (при газе отсутствуют);
- с продувкой котлоагрегата;
- с утечками;
- 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 и 96 % - на газе.
Следовательно, потери котлоагрегатов составляют в расходе топлива составляют от 4 до 10 %.
Основными энергетическими характеристиками котлоагрегата в зависимости от нагрузки являются:
1. Коэффициент полезного действия 
, % 
2. Расходная характеристика 
, тут/ч
где 
- теплота сгорания условного топлива, Гкал/тут.
3. Относительный прирост расхода топлива 
, тут/Гкал
где 
- относительный прирост потерь топлива, тут/Гкал.
4. Удельный расход топлива 
, тут/Гкал
Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата представлен на рис. 44.
Все характеристики имеют 3 зоны в зависимости от величины нагрузки котлоагрегата: технического минимума нагрузки, экономической нагрузки, форсировки.
1. 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 медленным возрастанием величины потерь (пологая часть характеристики), что перекрывается, однако, незначительной величиной нагрузки котла в этой зоне и приводит к низким значениям КПД котла и соответственно, к большим удельным расходам.
Рис.44. Общий вид энергетических характеристик котлоагрегата.
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 собой 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.
Вторая зона (средних нагрузок) отвечает наиболее экономичным нагрузкам котла, так как влияние больших значений относительного прироста перекрывается ростом нагрузки в этой зоне. Вторая зона – называется экономичной зоной.
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 неприрывно возрастающей величиной относительного прироста .
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. 45).
Рис. 45. Расходная энергетическая характеристика котлоагрегата состоящая из прямолинейных отрезков.
При выравнивании расходной энергетической характеристики во внимание обычно принимаются только вторая и третья зона. Характеристика при этом имеет следующий вид (рис. 46), а её аналитическое выражение, тут/ч
где и 
- относительные приросты потерь II и III зоны, тут/Гкал.