Общее характеристики котлов.

Показатели работы топочных устройств

К топочным уст-м предъявляется ряд требований: 1) обеспечение заданной тепловой мощности установки, с получением теплоносителя требуемых параметров; 2) надёжность и безопасность в условиях длинной эксплуатации; 3) простота в обслуживании; 4) полнота выгорания топлива (q₃, q₄ – минимальны); 5) манёвренность и небольшой расход энергии на собственные нужды; 6) возможность применения резервного топлива.

Основными показателями работы топочных устройств являются: 1) пригодность для сжигания данного топлива; 2) требуемая теплопроизводительность: ; 3) коэффициент избытка воздуха на выходе из топки; 4) значение потерь теплоты с хим. и мех. неполнотой сгорания топлива; 5) видимая объёмная плотность тепловыделения в топке: ; 6) видимая плотность теплового потока теплового потока зеркала горения: ; 7) видимая плотность теплового потока в сечении топки ; 8) доля золы, покидающая топку с уносом ; 9) необходимое давление воздуха перед топочной камерой и его температурой. Выбор характеристик топочных устройств связан с качеством топлива и принятым способом сжигания.

 

Принцип Ле Шателье-Брауна.

Химические реакции идут в обе стороны, то есть одновременно идёт образование продуктов по прямой реакции и исходных веществ по обратной реакции. Данный принцип подтверждает, что при изменении внешних условий равновесие в химических реакциях смещается так, чтобы противодействовать изменению внешних условий. Так, если прямая реакция является экзотермичной (с выделением теплоты), то образовавшаяся реакция является эндотермичной. При повышении температуры равновесие смещается в сторону исходных веществ и уменьшается тепловыделение. При не очень высоких температурах эти смещения для реакции горения мало заметны. Давление также воздействует на положение равновесия, если реакции протекают с изменением объёма газа.

 

 

Закон действующих масс.

При стремлении термодинамической системы к равновесию при постоянных р и Т изобарно-изотермический потенциал стремится к минимальному при данных условиях значению: (1); где - энтальпия системы, - энтропия системы, - абсолютная температура.

Запишем химическую реакцию вида: (2), где химические символы исходных веществ и продуктов реакции; стехиометрические коэффициенты.

Из условий минимума изобарно-изотермического потенциала для реакции (2), если участвующие в ней вещества считать идеальными газами, можно записать следующие соотношения: (3), где - изменение энтальпии в реакции при стандартном p и Т, равное тепловому эффекту в реакции при р =const; - изменение энтропии в реакции при стандартном р и Т; - парциальные давления продуктов реакции и исходных веществ; K_p – константа равновесия реакции по парциальному давлению; - стехиометрический коэффициент, который берётся со знаком “+” для продуктов реакции и со знаком “–“ для исходных веществ.

Зависимость (3) выражает закон действующих масс. При равновесии связь между парциальным давлением и массами веществ, участвующих в прямой и обратной реакциях, определяется константой равновесия. Константа равновесия по парциальному давлению зависит только от температуры и не зависит от давления. Для выяснения зависимости от давления уравнение (3) переведём к относительным молярным долях. Для идеального газа молярная доля компонента определяется по формулам: , где р – полное давление смеси, которое определяется по формуле .

, где - константа равновесия по молярным долям, зависит от Т и р.

Кроме температуры и давления на равновесие химической реакции влияет избыток исходных веществ или продуктов реакции, а также присутствие в газовой смеси инертных компонентов. При температурах до 2500 К равновесие в реакциях горения сильно смещается в сторону продуктов горения, при этом реакции протекают практически в одну сторону и возможно практически полное испарение горючих компонентов топлива. В камерах сгорания реактивных двигателей, где температуры составляют от 3000 до 3500 К даже при высоком давлении существенную роль играют обратные реакции и реакции диссоциации.

 

 

Общее характеристики котлов.

Стационарные котлы стандартизированы по параметрам и мощности: 1) Котлы низкого давления для производственных и бытовых потребителей с естественной и принудительной циркуляцией с давлением пара 9 атм, паропроизводительностью 0,16-1 т/ч насыщенного пара. Температура питательной воды 50 С. 2) Котлы среднего давления для выработки насыщенного или слабо перегретого пара давлением 14 атм, с естественной циркуляцией и паропроизводительностью 2,5-160 т/ч и температурой питательной воды 105 С. 3) Котлы среднего давления с естественной циркуляцией для выработки насыщенного и слабо перегретого пара с давлением 24 атм, паропроизводительностью 6,5-160 т/ч, температура питательной воды 105 С. 4) Котлы среднего давления (40 атм) с естественной циркуляцией, вырабатывающие перегретый пар с температурой 440 паропроизводительностью 10-160 т/ч, температура питательной воды 150 С. Данные параметры приняты исходя из возможности выполнения пароперегревателя и ступеней турбины из углеродистой стали. Данная ступень пароперегревателей обеспечивает конечную влажность пара на выходе из цилиндра низкого давления не более 10-12 %. 5) Котлы высокого давления (100 атм) с естественной и принудительной циркуляцией и паропроизводительностью 160-820 т/ч с температурой перегретого пара 540 С и с температурой питательной воды 215 С. Данные параметры обеспечивают конечную влажность пара в цилиндре низкого давления не более 12 %. 6) Котлы высокого давления (140 атм) с температурой перегретого пара 540-550 С и паропроизводительностью 210-1000 т/ч с температурой питательной воды 230 С. Данные параметры обеспечивают возможность увеличения начального давления при наличии промежуточного перегрева и сохранении при этом допустимой конечной влажности пара. 7) Прямоточные котлы сверхкритического давления 255 атм, паропроизводительностью 1000-4000 т/ч, с температурой перегретого пара 540-560 С, питательной воды 270 С.

В настоящее время имеются установки, вырабатывающие пар с давлением 300 амт и с температурой перегретого пара 600 С. Шкалы давления и производительность энергетических котлов приняты соответственно параметрам пара и мощности турбоагрегатов, исходя из установки 1-2 котлов на турбоагрегате.

Обозначение котлов: Е – естественная циркуляция, ЕП – естественная циркуляция с промежуточным пароперегревателем, П – прямоточные, ППр – прямоточные с промежуточным перегревателем пара.

Е- Dн - Pн – пример марки котла.

 

Компоновка котлов.

Под компоновкой понимают взаимное расположение газоходов и поверхностей нагрева.

 

 

а) П-образная компоновка; б) П-образная двухходовая; в) Т-образная с двумя конвективными шахтами; г) с U-образными конвективными шахтами; д) инвертная топка; е) башенная компоновка.

Наиболее распространена П-образная компоновка и она обеспечивает подачу топлива в нижнюю часть топки и вывод отработанных продуктов сгорании из нижней части конвективной части. Её недостатками является: неравномерное заполнение продуктами сгорания объёма топочной камеры; неравномерное вымывание продуктами сгорания поверхностей нагрева, расположенной в верхней части топки; неравномерные концентрации золовых частиц по сечению конвективной части.

Т-образная компоновка позволяет снизить глубину конвективной шахты и высоту горизонтального газохода.

Наличие двух конвективных шахт усложняет системы отвода отработанных продуктов сгорания.

Компоновку с U-образной конвективной шахтой применяют при верхнем расположении дымососа.

Компоновка с инвертной топкой обеспечивает хорошее заполнение топки факелом, позволяет иметь низкое расположение ПП и минимальное сопротивление воздушного тракта вследствие малой длинны воздуховодов. Её недостатками являются ухудшение аэродинамики переходного газохода, вызванная расположение горелок и дымососов и вентиляторов на большой высоте. Такая компоновка используется при сжигании жидких и газообразных топлив.

Башенную компоновку применяют для пиковых водогрейных котлов, работающих на газе и мазуте. Она позволяет использовать самотягу в газоходе. Однако при этом усложняется опорная конструкция конвективных поверхностей нагрева.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: