Потери теплоты
Потери теплоты с уходящими газами является наибольшей из всех указанных выше потерь теплоты и зависит от вида сжигаемого топлива, нагрузки котлоагрегата, температуры и объема уходящих газов, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.
Потери теплоты с уходящими газами, пропорциональна их энтальпии, т. е. произведению VrCrƟr. Ясно, что для снижения потери теплоты с уходящими газами следует стремиться к уменьшению их объема и температуры. Однако объем уходящих газов не может быть меньше теоретического, а температура - ниже температуры точки росы во избежание конденсации водяных паров из продуктов сгорания. Температурой точки росы называют температуру, при которой водяные пары в продуктах сгорания, находящиеся под определенным парциальным давлением, начинают конденсироваться.
Объем уходящих газов может быть равен теоретическому при условии сжигания топлива с т=1 и отсутствии присосов воздуха в газоходы агрегата. Следовательно, чем ближе коэффициент избытка воздуха в топке к единице и чем меньше присосы воздуха в газоходы котла, тем меньше потеря теплоты с уходящими газами. Кроме того, увеличение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах приводит к перерасходу электроэнергии на привод дымососа и вентилятора. Теоретический объем продуктов сгорания зависит только от состава сжигаемого топлива. Наружные и внутренние загрязнения поверхности нагрева приводят к увеличению температуры уходящих газов и, следовательно, к повышению потери теплоты с уходящими газами. В связи с этим в эксплуатации необходимо следить за чистотой поверхностей нагрева.
Тепловой баланс агрегата принято составлять относительно температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором, поэтому необходимо учитывать теплоту, вносимую с этим воздухом. Чем выше температура воздуха, забираемого вентилятором, тем меньше потеря теплоты с уходящими газами.
Потеря теплоты с уходящими газами для современных паровых и водогрейных котлов в зависимости от указанных выше факторов составляет 4-10 %.
Потеря теплоты от химической неполноты горения обычно обусловлена появлением в уходящих продуктах сгорания горючих газов СО, Н2, СН4. Более сложные горючие газы в условиях высоких температур, наблюдаемых при горении, успевают разложиться па указанные простейшие газы.
Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).
Потеря теплоты от химической неполноты горения чаще всего наблюдается в топках с несовершенной организацией смесеобразовательных процессов (неправильное распределение и плохое перемешивание воздуха с топливом). Существенное влияние на полноту горения оказывает и уровень температуры в топочной камере. При температурах ниже 1000 °С происходит существенное замедление газификации и горения топлива.
При коэффициентах избытка воздуха, меньших единицы, наблюдается резкое увеличение потери теплоты от химической неполноты горения. С увеличением коэффициента избытка воздуха до определенного значения потеря теплоты от химической неполноты горения уменьшается, а затем снова начинает возрастать. Это объясняется тем, что при заметном увеличении коэффициента избытка воздуха происходит существенное снижение уровня температуры в топочной камере.
Потеря теплоты от механической неполноты горения наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой практически чистый углерод.
Очаговые остатки покидают топку с провалом, шлаком и уносом. Под провалом понимают часть очаговых остатков, провалившуюся сквозь зазоры колосникового полотна. Часть очаговых остатков, организованно удаляемых из топки, называют шлаком. Часть очаговых остатков, которая выносится продуктами сгорания за пределы топочной камеры, называют уносом. Потеря теплоты от механической неполноты горения представляет собой сумму потерь теплоты с провалом, шлаком и уносом.
Вся зола (Ар), содержащаяся в топливе при слоевом сжигании, может перейти частично в провал, шлак и унос. Следовательно, если принять количество золы, введенное в топку, за 100 %, то золовой баланс топки может быть представлен уравнением
Где апр, ашл, аун - доля золы топлива, перешедшая в провал, шлак, унос, %.
Эти величины определяются (в процентах) по формулам:
Где Апр, Ашл, Аун - содержание золы в провале, шлаке и уносе, %;Gпр, Gшл, Gун - расход провала, шлака и уноса, кг/с; В - расход топлива, кг/с; Ар - содержание золы в рабочей массе топлива, %.
При сжигании топлива в факельных топках провал отсутствует и золовой баланс упрощается:
аШл + аУн= 100.
Потеря теплоты от механической неполноты горения, т. е. потеря с провалом, шлаком и уносом (в процентах), подсчитывается по формулам:
где Гпр, Гшл, Гун содержание горючих в провале, шлаке, уносе, % .
Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и Конструкции топки, коэффициента избытка воздуха. При слоевом сжигании топлива потеря q4 зависит также от зольности топлива, а при факельном сжигании - не зависит. Это обусловлено тем, что при факельном сжигании тонко измельченной пыли частицы золы и горючего обособлены, т. е. слипания взвешенных частиц золы и угля в топке практически не происходит.
Потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты горения зависят от коэффициента избытка воздуха. При этом потеря q2 с ростом коэффициента избытка воздуха увеличивается, а потери от химической и механической неполноты горения (в определенном интервале изменения α) снижаются. Следовательно, существует такой коэффициент избытка воздуха, при котором сумма потерь теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты горения минимальна. Этот коэффициент избытка воздуха называют оптимальным, т. е. наиболее выгодным. Оптимальный коэффициент избытка воздуха при эксплуатации котельных агрегатов выбирается в результате испытаний.
Потеря теплоты от наружного охлаждения обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности парового или теплопроизводительности водогрейного котла.
Потеря в виде физической теплоты шлаков имеет место при жидком шлакоудалении, а иногда и при сухом, если сжигается высокозольное топливо. В некоторых конструкциях слоевых топок имеются панели и балки, охлаждаемые водой, которая не используется и сбрасывается в канализацию, что приводит к потере теплоты. У современных паровых и водогрейных котлов панели и балки, охлаждаемые, водой, обычно включаются в циркуляционный контур котла. Поэтому в современных агрегатах эта потеря отсутствует.