Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы
Шрифт:
После завершения топочного процесса в котле образуются продукты сгорания, состав и количество которых имеют большое значение как для процессов теплообмена и аэродинамики в конвективных поверхностях нагрева, так и для анализа проблемы загрязнения атмосферного воздуха.
Если пренебречь ничтожно малым объемом монооксида углерода Vco, то можно считать, что газообразные продукты сгорания – это трехатомные газы: (Vco2+ Vso2), азот VN2 и водяные пары VH2O. Объем трехатомных газов VRO2 (м3/кг)
Объем азота при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха будет равен сумме азота воздуха и молекулярного азота, образовавшегося из азотсодержащих компонентов топлива:
Объем водяных паров в продуктах сгорания складывается из нескольких составляющих: водяного пара, образовавшегося при сгорании водорода топлива, испарившейся влаги топлива и, наконец, влаги, внесенной в топку вместе с теоретически необходимым количеством воздуха:
В этом уравнении принято, что влагосодержание воздуха в = 10 г/кг. В тех случаях, когда в котле сжигается мазут с использованием форсунок парового распыливания, необходимо добавить еще один член – 1,24 GФ, где GФ – расход пара, кг/кг.
Объем водяных паров при фактическом расходе воздуха (>1) будет несколько больше за счет водяных паров, содержащихся в дополнительном воздухе (-1):
Таким образом, окончательное выражение для подсчета объема продуктов сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива К (м3/кг) имеет вид:
При сжигании газообразного топлива теоретический объем азота, как и в случае с углем, состоит из азота воздуха и молекулярного азота, присутствующего в топливе:
Объем трехатомных газов VRO2 (м3/м3) при сжигании газа равен:
Теоретический объем водяных паров также рассчитывается по формуле, отличающейся от аналогичной зависимости для угля:
Здесь dг.тл – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3. Теперь, для определения объема водяных паров и общего
В некоторых случаях требуется определить плотность сухого газа dг.тл (кг/м3). Зная состав газа, легко рассчитать dг.тл при нормальных условиях:
dг.тл = 0,01[1,96CO2 + 1,52H2S + 1,25N2 + 1,43О2+ 1,25СО + 0,0899Н2 + (0,536m + 0,045n)СmНn]. (4.15)
После этого можно определить массу дымовых газов (кг/м3) при сжигании природного газа:
При сжигании твердого топлива масса продуктов сгорания (кг/кг) рассчитывается по другой формуле:
4.2. Пароводяной тракт
Материальный баланс нагреваемой среды в паровом котле достаточно прост: поступает в котел питательная вода при температуре, определяемой системой подогрева с использованием низкопотенциальной теплоты из отборов паровой турбины. Выдает котельная установка на ТЭС перегретый пар, используемый для производства электрической энергии.
На промышленных предприятиях чаще можно встретить котлы, вырабатывающие насыщенный пар для технологических нужд или систем отопления.
Кроме пара, в расходную часть материального баланса (только на барабанных котлах) должна быть включена продувка, то есть котловая вода, удаляемая из барабана с загрязняющими примесями. Таким образом, уравнение материального баланса для пароводяного (точнее – для водопарового) тракта имеет простой вид:
Dпв = Dо + Dпр. (4.18)
Здесь Dпв – расход питательной воды, кг/с; Do – свежий пар, кг/с и Dпр – котловая вода продувки, кг/с.
На котлах, которыми оборудуют энергоблоки с промежуточным перегревом, появляется еще один контур. В таких котлах расходы пара промперегрева на входе и выходе примерно равны между собой: D'пп = D''пп.
4.3. Баланс теплоты котельной установки
Если известен материальный баланс котла, можно составить и тепловой баланс. При этом следует учитывать, что процессы по газовоздушному тракту котла протекают при практически постоянном давлении, а количество тепла, отданное газами (Q, МДж/кг), равно разности теплосодержания продуктов сгорания в топке и на выходе из котла, то есть
Q = I' - I'', (4.19)
где I – энтальпия газа, МДж/кг.
Энтальпия газа при постоянном давлении является произведением его объема при нормальных условиях (на 1 кг топлива) на объемную теплоемкость [МДж/(м3·град)] и температуру (°С).
В каждом сечении газохода, кроме газообразных продуктов сгорания, имеются еще избыточный воздух и зола (при сжигании твердого топлива). Поэтому энтальпию продуктов сгорания в расчете на 1 кг твердого, жидкого или 1 м3 газообразного топлива в любом сечении необходимо рассчитывать по формуле: