Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы
Шрифт:
Рис. 3.18. Схема газопроводов в помещении котельной
На электростанциях, расположенных по соседству с предприятиями металлургического профиля, часто сжигают доменный или коксовый газ. В этих случаях система газоснабжения принципиально не отличается от схемы подачи природного газа. Но в любом случае для котлов, получающих из общей магистрали технологический газ, должен быть предусмотрен индивидуальный ГРП, в котором осуществляются дросселирование и поддержание постоянного давления газа.
Глава 4.
Котельная установка сконструирована и работает в строгом соответствии с законом сохранения энергии. Это значит, что тепловая энергия, полученная в топке в результате сгорания органического топлива, расходуется на нагревание и превращение воды в пар, а также на перегрев этого пара до заданной температуры. Некоторая часть тепловой энергии при этом теряется в окружающую среду, с уходящими газами, с физическим теплом золы и шлака. Присутствует среди потерь и несгоревшая часть топлива – химический и механический недожог (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема основных тепловых потоков котла
4.1. Газовоздушный тракт
Для превращения химической энергии органического топлива в тепловую, в топочную камеру котла подаются топливо и окислитель, а из котла удаляются продукты сгорания. Конструкторы котла и эксплуатационный персонал (каждый – в зоне своей компетенции) стараются обеспечить максимально полное сгорание топлива, минимальные потери в окружающую среду и максимальную степень охлаждения продуктов сгорания, покидающих котельную установку. Всё это вместе приводит к повышению коэффициента полезного действия – КПД (брутто).
Приходная часть материального баланса котла — это топливо (В, кг/с) и окислитель (LB, кг/с), в качестве которого используется организованно подаваемый в топку горячий воздух. Кроме того, в негазоплотных котлах, работающих под разрежением, в топку и конвективные газоходы подсасывается некоторое количество воздуха (Lт и Lк, кг/с). При этом подсосанный в конвективный газоход воздух в процессе горения не участвует, то есть является полностью балластным.
Расходная часть материального баланса — газообразные продукты сгорания, покидающие котел, и твердые очаговые остатки – золошлаки (последние – только при сжигании твердого топлива). При этом шлак удаляется через холодную воронку или через летку (в топках с жидким шлакоудалением), а зола уноса улавливается в электрофильтрах или других золоуловителях (за исключением небольшой части, уносимой газообразными продуктами сгорания через дымовую трубу).
Таким образом, уравнение материального баланса по газовоздушному тракту можно записать в таком виде:
B + LB + L = Lr + Gз/ш. (4.1)
В случае сжигания жидкого или газообразного топлива в этом уравнении последний член отсутствует.
Расход топлива В определяется мощностью (паропроизводительностью) котельного агрегата, а необходимый расход окислителя (кислорода) можно подсчитать по содержанию в топливе горючих компонентов – углерода С, водорода Н и серы S.
Так, например, количество кислорода, необходимое для полного сгорания углерода, легко определить, зная молекулярные массы углерода (12), кислорода (32) и плотность кислорода при 20 °С и 101,3 кПа (1,428 кг/м3):
Точно
Если учесть, что содержание кислорода в воздухе (по объему) составляет приблизительно 21 %, то для определения теоретического количества сухого воздуха VBO (м3/кг), необходимого для полного сгорания твердого и жидкого топлива (то есть при = 1,0), можно записать:
VBO = 0,0889 (Сr + 0,375SrO+K) + 0,265Нr – 0,ЗЗЗОr. (4.4)
Аналогичный расчет для случая, когда в котле сжигается газообразное топливо, позволяет определить теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 м3 газа (VBOм3/м3) с известным химическим составом:
VBO = 0,0476 [0,5СО + 0,5Н2 + 1,5H2S + 2(m + n/4)СmНn– O2]. (4.5)
Скорость горения, как и скорость других химических реакций, зависит, в частности, от концентрации реагирующих веществ. Поэтому теоретически необходимого количества воздуха оказывается недостаточно для полного сгорания топлива: на последней стадии горения скорость реакций станет недопустимо малой – топливо не успеет сгореть в зоне высоких температур. Именно поэтому в топку подают количество воздуха, превышающее теоретически необходимое. Отношение первого ко второму называют коэффициентом избытка воздуха и традиционно обозначают первой буквой греческого алфавита – . Следовательно,
= VB / VBO, (4.6)
где VB и VBO – фактический и теоретически необходимый расходы воздуха (м3/кг или м3/м3).
В некоторых странах используют не «коэффициент» (отношение), а «избыток» воздуха в процентах, то есть 100 (VB – VBO) / VBO. Понятно, что = 1,15, например, соответствует избытку воздуха 15 %, = 1,2–20 %, и т. д.