Енергийни Парогенератори

http://utc‐power.hit.bg/

1 2 3 4 5 6rpQ Q Q Q Q Q Q= + + + + +

1Q − Полезно използвана топлина

2Q − загуба на топлина от изходящите газове

3Q − от химично недоизгаряне

4Q − от механично недоизгаряне на горивото

5Q − от охлаждане на околната среда

6Q − загуба с физичната топлина на шлака

43

10012600 . . ,%100crr

p

qCOq VQ

−=

Загуба на топлина от механично недоизгаряне на горивото

Сума от неизгорялото в пропадналото,в шлаката и в отнесеното(това което отива към комина)

4 4 4 4 , /пр вл отнQ Q Q Q kJ kg= + +


Gпеппр = Gпр·Aпр/100, kg

Gпепшл = Gшл·Aшл/100, kg

Gпепотн = Gотн·Aотн/100, kg

Bизп·Ar/100 = Gпр·Aпр/100 + Gшл·Aшл/100 + Gотн·Aотн/100

aпр = (Gпр/Bизп)·(Aпр/Ar), - aшл = (Gшл/Bизп)·(Aшл/Ar), - aотн = (Gотн/Bизп)·(Aотн/Ar),

ЗАГУБА НА ТОПЛИНА ОТ ВЪНШНО ОХЛАЖДАНЕ Q5/q5

Загубата на топлина от външно охлаждане се дължи на отдаването на топлина от външната повърхност на парогенератора към заобикалящата го среда. Топлообменът с нея се осъществява чрез излъчване и конвекция. Загубите зависят от вида и състоянието на изолацията (зидарията).

Q5 = (Σki·Fi·∆tср i)/B, kJ/kg

Ki-коефициент на топлопреминаване

B‐количество гориво,което за 1ца време вкарваме в съоръжението

Тъй като околната площ на котела нараства на втора степен,а мощността нараства на 3‐та степен, то с увеличаването мощността на котела, приведената загуба на топлина от външното оглаждане намалява,тъй като компактността на съоръжението се повишава.


Поради трудностите, свързани с определянето на тези загуби, на базата на значителни по обем измервания, са построени номограми, при които параметър е номиналната производителност по пара на парогенератора. Те обаче могат да се прилагат при режими, които не се отличават от номиналния с повече от 25 %. Когато това отклонение е по-голямо, се ползва следната зависимост:

q5 = q5ном·Dном/D, %

където: Dном и D са съответно номиналната и действителната (за която се търси q5) производителност по пара на парогенератора.

Загубата на топлина от външно охлаждане се отнася за всички газоходи на парогенератора. Прието е, тя да е пропорционална на усвоената в дадения участък от газохода топлина. Ето защо, при определяне на топлината, която се поглъща от даден топлообменник, влиянието на q5 се отчита чрез коефициента на съхранение на топлината - φ. Следователно за отделен газоход:

Q5i = (1 - φ)·∆Hг

i, kJ/kg

но тъй като: ∆Hгi = Q1

i + Q5i или Q5

i = (1 - φ)·(Q1i + Q5

i), то за всички газоходи се получава:

Q5 = (1 - φ)·(Q1 + Q5), kJ/kg

Полезно усвоената топлина е равна на:

Q1 = Qpr·(100 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6)/100, kJ/kg

Но тъй като (100 - ...) е в действителност брутния коефициент на полезно действие, то може да се запише, че:

100·Q5 = (1 - φ)·Qpr·(ηпгбр + q5)

или за коефициента на съхранение на топлината - φ:

φ = 1 - q5/(ηпгбр + q5),


ЗАГУБА НА ТОПЛИНА С ФИЗИЧНАТА ТОПЛИНА НА ШЛАКАТА Q6/q6

Шлаката напуска парогенератора (става дума за изгаряне на твърдо гориво) с температура по-висока от температурата, с която суровото гориво влиза в съоръжението (системната граница). Следователно, част от освободената в котела енергия ще бъде загубена с физическата топлина на шлаката. Стойността на тази загубена топлина зависи от температурата и количеството на шлаката.

Загубата се определя по следните формули:

Q6 = aшл·(Ar/100)·cшл·tшл, kJ/kg q6 = aшл·(Ar/Qp

r)·cшл·tшл, %

При горива, съдържащи карбонати, тази загуба се определя съгласно:

q6 = (aшл·(Ar + (1 - Кразл)·(СО2)kr)·cшл·tшл)/Qp

r, % (при наличие на карбонати в горивото)

ПОЛЕЗНО ИЗПОЛЗВАНА ТОПЛИНА,КПД И РАЗХОД НА ГОРИВО

Q1 = (hпп - hпв)·D/B + (h" - hпв)·Dнп/B + (h"вп - h'вп)·Dвп/B + (h' - hпв)·Dпр/B, kJ/kg

B е изразходваното гориво, kg/s; D - произведената в парогенератора прегрята пара, kg/s; Dнп - наситената пара, взета непосредствено от барабана (ако има такава), kg/s; Dвп - вторично прегрятата пара, kg/s; Dпр - водата, изхвърлена при продухването на изпарителната система (за изхвърляне на отделилите се от водата соли в парогенератора - обикновено Dпр = (0.005 до 0.05)·D), kg/s; hпп - специфичната енталпия на прегрятата пара, kJ/kg hпв - специфичната енталпия на подхранващата вода, kJ/kg h'вп - специфичната енталпия на прегрятата пара преди вторичния паропрегревател, kJ/kg h"вп - специфичната енталпия на прегрятата пара след вторичния паропрегревател, kJ/kg h" - специфичната енталпия на наситената пара, определена за налягането в барабана, kJ/kg h' - специфичната енталпия на кипящата вода, определена за налягането в барабана, kJ/kg

Специфичната енталпия се определя за съответното налягане и температура, като за парогенератори с естествена циркулация налягането пред економайзера (подхранваща вода) е с окл. 8 % по-високо (при котли на средно налягане) и с окл. 5 % по-високо (при котли на високо налягане) от налягането в барабана. Налягането в барабана е с 10 % по-високо от това на прегрятата пара при средно налягане и с 1 MPa по-високо при високо налягане.

Ако няма вторичен прегрев и ако разходът на вода за продухване е по-малък от 2 % и ако няма наситена пара, взета непосредствено от барабана, то полезно използваната топлина ще бъде равна на:

Q1 = (hпп - hпв)·D/B, kJ/kg

Ако разходът на вода за продухване е по-малък от 2 % и ако няма наситена пара, взета непосредствено от барабана, но има вторичен прегрев на парата, то полезно използваната топлина ще бъде равна на:

Q1 = (hпп - hпв)·D/B + (h"вп - h'вп)·Dвп/B, kJ/kg


Коефициент на полезно действие

Ако, при работещ парогенератор, е възможно с достатъчна точност, да се измерят количествата и параметрите на произведената пара, както и количеството изразходвано гориво и се определи калоричността му, то по следната формула, може да се определи брутния коефициент на полезно действие на котелния агрегат:

ηпгбр = (ΣDi·∆hi)/(B·Qrp)·100, %

Горното уравнение изразява т.н. прав топлинен баланс.

В практиката, особено при големи съоръжение, работещи с твърдо гориво, определянето на разхода на гориво е свързано с много затруднения и неточности, а понякога дори не е възможно да се осъществи пряко. Поради тази причина се практикува т.н. обратен топлинен баланс, при който се определят отделно всичките загуби, а брутният кпд се получава по формулата:

ηпгбр = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), %

Определянето на кпд по обратен топлинен баланс дава възможност за анализ на топлинните загуби.

При работата на един парогенератор се изразходва енергия за функционирането на спомагателните му съоръжения: помпи, вентилатори и т.н. Отчитайки и тази изразходвана енергия (разход за собствени нужди) може да се определи нетният кпд на котела:

ηпгнт = ηпгбр - Qсн/(B·Qrp)·100, %

Намирайки брутният кпд по обратния баланс, и тъй като разходът на пара винаги може да се измери приемливо точно, може да се определи и разходът на гориво:

B = 100·(ΣDi·∆hi)/(Qrp·ηпгбр), kg/s

Отчитайки загубите от механическото недоизгаряне на горивото,които се отразяват на действителния обем на димни газове в парогенератора,за тяхното определяне при топлинните

пресмятания,се използва т.нар. изчислителен разход на гориво 2Q :

4100 . , /100изяqB B kg s−

=


Основни положения за изграждане на пещи

Пещ (пещна камера/горивна камера) - мястото, където се осъществява горивния процес. В пещта се освобождава енергията на горивото и в зависимост от нейната (на пещта) конструкция, тази топлина (енергия) се отдава или изцяло на продуктите на горене или на тях и на вторичния (работната среда) топлоносител. (В случая на това съждение не се включват присъщите за всеки процес загуби.)

Пещ (пещна камера/горивна камера) - предназначение - да осигури пълното окисление на цялата горима маса (и да отнеме част от топлината на продуктите на горене - екранни нагревни повърхности).

За окислението (пълното изгаряне) са меродавни най-вече стойностите за q3, q4 и q6 (последната като загуба). Ето защо, за коефициента на полезно действие на пещната камера (КПД) може да се запише, че е равен на:

ηп = 100 - (q3 + q4 + q6), %

В крайна сметка, за постигане на кпд-оптимум трябва да се изпълни, за протичащия в пещта горивен процес, условието за ТТТ (отпимално смесване, оптимален времепрестой и оптимална температура - Time, Temperature and Turbulence).

В зависимост от горивото, елементният му състав, предварителната подготовка и условията за оптимална скорост на горене, се прилагат различни подходи при организирането на горивния процес. Докато течните и газообразните горива се изгарят факелно (т.е. камерно горене), то при твърдите, горенето може да бъде слоево, в кипящ слой или прахово (камерно).

Пещи за слоево горене - стабилен слой

При стабилния слой, основен елемент на пеща е скарата. Върху нея се извършва предварителната подготовка на горивото - изсушаване на въглищата и отделянето на летливите. Самите летливи изгарят основно над слоя, поради което в конструкциите на този вид пещи има и камера за догаряне, разположена над слоя. Наименованието "камера за догаряне" е въведено поради факта, че освен летливите в нея изгаря и част от образувалия в слоя въглероден окис, а също така и отнесените с изходящите димни газове въглищни частици.

В сравнение с всички останали пещи, при скаровото горене, времепрестоя на горивото, от теоретична гледна точка може да се приеме като "безкраен" (разбира се, че трябва да се отчитат всичките условности на това твърдение, но то има предимно качествено значение по отношение на другите технологии).

Характерното за пещите със слоево горене е и минималната предварителна подготовка на подаваното в тях твърдо гориво, тъй като по хода на предвижването му по скарата, то последователно се подсушава (а това в преобладаващата си част води и до неговото раздробяване), отделят се летливите, които горят над слоя, а в него изгаря коксовият остатък с частична газификация на въглерода до въглероден окис, който от своя страна, в качеството си на междинен газов продук на горенето, се доокислява в надскаровото пространство (камерата за догаряне).

Най-важната конструктивна характеристика на основния елемент на пещите със стабилен слой - скарата, е нейната площ. Последната се определя с оглед осъществяването на процесите по подготовка и изгаряне на горивото за времето на неговия престой върху скарата (τпрест). Дебитът на горивото през слоя може да се определи по следния израз:

B = wсл·hсл·bсл·ρнас, kg/s

http://ut

ϑ"пкα

където hгоривото

Скоростскарата активнаширочин

Произвевреме омалък иплощ напредстаотношенопределче α·Vo ~

Реципроскарата

В зависиграницинеобход

ϑ

гориво

горещ в

(п RQ V=

( . )п

ад

QV c ϑ

Гп рQ Q=

tc‐power.hit

''пкϑ

hсл и bсл са со.

тта на слоя w(lактск) към вта площ на ната на слоя

едението hслот единица пи/или равен а скарата даавлява скороние на макслена постоя~ Qr

i, от коет

очната стойи представл

имост от гори: от 400 до димата площ

адϑ − адиаб

ъздух/студе

2 2

0.RO ад NV Vϑ +

1д

=

3100.100

Гр

q− −−

t.bg/

съответно ви

wсл може давремепрестоскарата (Fак

я (bсл), т.е.:

л·ρнас описваплощ изгаряна единица)а премине (достта му преималната синна стойносто следва (с

ност на врелява най-ва

ривото и кон1 400 kW/m2

щ на скарата

атна темпер

ад

Vϑ =

Q3,Q4,Q6

ен въздух

2 2. N ад Hc Vϑ +

4 6

4

q q Qq

− −+

−

исочината и

а се предстаоя (τпрест), а вктск) като про

w

F

а масата на kизг·hсл·ρнас). За да изгода се подадеез тази едини стойност пст, т.е. kизг·hслед извест

τпрест

мепрестоя (ажната топл

1/τпрест ~ q

нструктивнит2. На базатаа

ратура на га

_ ,.

пQ CV c

° ‐ади

2 2

0 . . )H O H O адV c ϑ

, /в внQ Q kJ−

и широчинат

ави като отновъз основа оизведениет

wсл = lактск/τпреи

Fактск = bсл·lакт

горивото въколичествоори това горе) въздух раница площ опрез сеченисл·ρнас·α·Vo =ни преобраз

т ~ Fактск/(B·Q

(qR) се нариинна характ

qR = (B·Qri)/F

те особеноса на тези (пр

аз – теоретич

иабатна тем

) ( 1).nпкα+ −

/ ( /kg kJ Nm

та на слоя, а

ошението нна активнатто между ак

ест

тск

ърху единицо гориво (kизгриво ще е неавен на kизг·от скарата. Тето, която з= const. От гзувания), че

Qri), s

ча видимо ттеристика на

актск, kW/m2

сти на пещарепоръчител

чна темпера

мпература –

0. . b x адV c ϑ− +

3 )m

а ρнас - насип

а активнатаа дължина дтивната дъл

ца площ от сг е делът на еобходимо пhсл·ρнас·α·Vo

Тази скороста конкретенгоривната тее:

топлинно наа пещите съ

qR се изменлни) стойнос

атура

отн темп. Н

. .100

r

отнАa c+

пната плътн

а дължина нда се дефинлжина на ска

скарата. За а изгорялотопрез тази едo, което по сът е ограничен случай досехника е изв

атоварване нъс слоево го

ня в широкисти се опред

На пещта към

. адcϑ

ност на

а нира и арата и

единица о и е по-диница ъщество ена по стига вестно,

на орене:

и деля и

м


" 0 0 3. / . /( ). . . ( ). . . , / ( / )в пк ппс пк в гор в ух ппс пк в студ в ухQ V c V c kJ kg kJ Nmα α α ϑ α α ϑ= −Δ −Δ + Δ + Δ

,( . )

пад

Q CV c

ϑ = °

1

.

,(1 ).( . ) .

пад Г

Г сух газ ca

Q gC rr V c V

ϑρ

= ° ⇒ =+

Радиационен топлообмен

"" 0,9пкпк

ад

ТТ

θ = ≤

0,6" 0

0,6 0,60.пк

п

BM a B

θ =+

_

0 30

. . .. .

СТ

изч Г

ср ад

B V cBc F Тϕψ

=

. пМ J P x= − ‐ къде се намира макс стойност на температурата по височина в пещната камера

па − свойствата на средата; абсорбционен коефициент на пламъка

. .1

. , . . .

срк p sп факел

ср

а а е

k описва абсорционните поглъщащи способности на средата

−≈ = −

−

. .ср p пепл пепл кокск к r k кμ= + +

P=0,01MPa – налягане в пещта

3,6. ,пк

ст

Vs mF

= −дебелина на излъчващия слой

"

0,6273,

1 ( )

адпк

п

o

Т CаМB

ϑ = − °+

‐ изходна температура на пещната камера

"11 3

0,3 0,6_

5,67.10 . . .1 . .[ ]

. .( . )

апк

ср ст ад

изг

ТF Т

М BuB V c

ϑψ

ψ

−=+

" 0,6"

0,3 0,6 0,9.

пк oпк

ср o

Т BТ M Bu B

θ = = ≤+

http://ut

0

рГ

VN

M М

VrV

=

=

Усвоява

.QHk

=Δ

I Част

Да се из

% проце

Да се на

1. 0 0V =

2.2ROV =

tc‐power.hit

2 2

0

0

(1 0, 4.

.(1 )Г

раз

N RO

М x

rV

−

++

ане на топл

2,ср

Q mtΔ

‐ То

зчислява до

ентите – до

апише на ръ

0,0889.( rc +

0,01866.(C=

t.bg/

3). vr

инната ене

оплоотдаващ

4‐тия знак с

втория знак

ъка !

0,375. )rS+ +

0,375.rC S+

ергия от кот

ща повърхн

след десети

к !

0, 265. rH+

)rS

тела

ост

ичната запет

0,0333.O−

тая !

rO

http://ut

3.2

0NV =

4.2

0H OV =

5.2

α =

6.2H OV =

7. ГV V=

8. пепелμ

9. СГV =

10. VROH

tc‐power.hit

00,79. 0V +

0,111. rH= +

2

21112

измO− −

02 0,0h oV= +

2 2RO NV V+ +

.100.

r

отнАа=

1otnа a= −

11ГAG = −

2 2

0RO NV V+ +

2 2.O RO ROV c=

1xp p

cc c= +

t.bg/

0,8.100

rN

0,0142.w+

. измCO

0161( 1).α −

2(H OV α+ −

VN2 =VO

VH2O = V

r

ГG

шлакаa

1,306.00

rA α+

0( 1).Vα+ −

2.O изхϑ

???

2 1

2 1

.(p px

c cϑ

ϑ ϑ−

−

0,0161.V+

0.V

01).V

VoN2 + 0.79·

O2 = 0.21·(α -Vo

H2O + 0.01

0.Vα

1)xϑ ϑ−

0V

·(α - 1)·Vo, N- 1)·Vo, Nm3/61·(α - 1)·Vo

Nm3/kg (Nm3//kg (Nm3/Nmo, Nm3/kg (Nm

/Nm3) m3) m3/Nm3)


11.2 2

02. .N N N изхH V c ϑ=

12. 02 2 2. .h o h o h o изхH V c ϑ=

13 аналогично

14. . . .100

r

пепел отн пеплАH a c ϑ=

15. . . 2 2 2пр на горене Vro Vh o VNH H H H= + +

16. 00

. ( 1). ( 1). . .изл в ух въздухVH H V cα α ϑ− = − = −

17.u

18. 0. .. .ст в ух ст в ухH Vα ϑ− −=

19. . .2 4.(100 ),%изх газове ст в х

rр

H Hq qQ

−−= −

20. 43

10012600. . . ,%100СГr

р

qCOq VQ

−=

21. 6 . . . / ,%r rшлака пепел шлака рq a A c Qϑ=

22. 100 ( 2 3 4 5 6),%брпг q q q q qη = − + + + +

23.51

5qq

ϕη

= −+

(~0.99….)

II ЧАСТ

Ползват се част от резултатите от първа част !

Търси се:

1. Внесената с въздуха топлина в пещната камера; 2. Цялата внесена в пещната камера топлина; 3. Адиабатната (теоретичната) температура на всичките продукти на горене.

1. Определяне на внесената с въздуха топлина в пещната камера QВ: QВ = (α"

п - ∆αп - ∆αппс)·Vo·cгор. в-х·ϑгор. в-х + (∆αп + ∆αппс)·Vo·cст. в-х·ϑст. в-х, kJ/kg QВ = 1 063.5676 kJ/kg

http://ut

QQ Зе Q

ϑ и гр

1 мм от

Поне за градуси стойнос

Числен м

tc‐power.hit

2. ОпределQп = Qr

р·((10Qп = 12 678.

3. ОпределЗа да се наменталпия тр

Qп = VRO2·cp + (α"

п -

Решаването

ϑа = 1 950.3

или Да се ре

графично, кразлични ст

4. графиката д

4 температ(черната ли

ст я имаме и

метод:

t.bg/

ляне на цяла00 - q3 - q4 - .3503 kJ/kg

ляне на адиамери адиабарябва да е р

pVRO2·ϑа + VoN

1)·Vo·cpв-х·ϑа

о на горното

834 °C

еши и графи

като се постртойности на

да отговаря

тури трябва диния на графи намираме

ата внесенаq6)/(100 - q4)

абатната (театната темправна на цял

N2·cpVoN2·ϑа +

а + ((aотн·Ar)/

о равенство

ично на мил

рои кривататемператур

на 10~20 гр

да сметнемфиката ние ядолу темпе

в пещната )) + QВ - QВН

еоретичнатапература налата внесен

+ VoH2O·cpV

oH

/100)·cpпеп·ϑ

става чрез

лиметрова х

а на енталпирата им.

радуса ! по х

м при тази адя строим,тя ературата гр

камера топлН, kJ/kg

а) температувсичките пра в пещната

H2O·ϑа а

итерации (н

хартия ! ! !

ията на всич

хоризонтала

диабатна тее крива, но афично.

лина Qп:

ура ϑа: родукти на га камера топ

напр. Regula

чките продук

а

мпература пизглежда п

горене, тяхнплина, т.е.

a falsi).

кти на горен

през 200 илправа).QП‐та

ната

не за

и повече зи

http://ut

начϑ = п

R

III Ч

tc‐power.hit

олучената с

Robibg1 – sk

ЧАСТ

t.bg/

стойност от г

kype Емил /л

графиката +

лекции/

+‐ 100

Енергийни Парогенератори

Documents

Transcript of Енергийни Парогенератори