Новые методы составления прямых тепловых балансов при испытании котлоагрегатов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ГОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИ ГНХИИЧЕСКО! О

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 119 1963 г.

НОВЫЕ МЕТОДЫ СОСТАВЛЕНИЯ ПРЯМЫХ ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ КОТЛОАГРЕГАТОВ

В. Н. СМИРЕНСКИЙ

Для балансовых испытаний котлоагрегатов, работающих на твердом топливе, самыми трудными и малонадежными операциями являются отбор средних проб очаговых остатков и определение их количеств. Шлак бывает очень неоднородным, а при зольном топливе его накапливается за опыт большое количество. Поэтому правильный отбор средней пробы шлака весьма затруднен.

Что касается отбора средней пробы уноса, то иротарировать газоход в месте отбора пробы не представляется возможным ни по фракционному составу ни по процессу его выгорания, особенно если иметь в виду изменения в режиме работы топки во время испытания. Качественное состояние уноса может сильно отличаться по сечению газохода. Это поведет к тому, что отобранная проба не будет представлять среднюю пробу уноса. В результате потеря от механического недожога, подсчитанная по данным испытания, может сильно отличаться от истинной. Вместе с этим получат неправильные значения объем сухих газов, определяемый через эту потерю, а также потери от химической неполноты сгорания и с уходящими газами. В итоге—тепловой баланс не сводится.

Неправильные значения отдельных потерь рельефнее всего выявляются при обработке материалов серий опытов, проведенных для выяснения каких-либо закономерностей в режиме работы топки и ко-тлоагрегата.

В отношении потери от механического недожога следует сделать еще одно замечание. Из двух методов отнесения этой потери за счет недожога углерода или за счет пропорционального недогорания всех горючих элементов топлива наиболее правильным является первый. Процесс образования несгоревших горючих в очаговых остатках, происходящий при сильно затрудненном доступе кислорода воздуха к ядру горящей частицы, подобен процессу коксования. Сравнение же состава кокса с составом исходного топлива говорит о том, что в коксе остается почти весь углерод топлива. Лишь 4 — 5% его переходит в коксовый газ. Что касается водорода и кислорода, то основная их часть, до 70% и больше, переходит в газообразное состояние. Таким образом, принципиально будет более правильно считать, что горючие очаговых остатков состоят в основном из углерода.

Дальше рассматриваются два возможных случая работы топочных устройств испытуемых котлоагрегатов: для самого общего случая

з*. 35

химической неполноты горения и для случая, когда химическая неполнота горения происходит в основном за счет СО. Для первой: случая приведено выражение, позволяющее сразу определить объе\ сухих газов, а для второго — сгоревший углерод. И в том и в другом случаях определение этих величин сразу решает вопрос о сведении всего теплового баланса.

Испытания с прямым сведением теплового баланса проводятся ни всех котлоагрегатах малой мощности и многих котлоагрегатах средней мощности.

I. Общий случай химической неполноты горения

Рассмотрим самый общий случай химической неполноты горения. В таких случаях, естественно, необходим полный газовый анализ. Такого рода испытания могут проводиться при исследовании работы новых конструкций котлоагрегатов или топочных устройств, при переходе на новые, отличные по своим свойствам, топлива и в других случаях, когда химическая неполнота горения может быть значительной и состоять из разных элементов.

При испытаниях котлоагрегатов с прямым сведением тепловою баланса использованное тепло определяется достаточно надежно чере;^ непосредственные замеры. Потеря тепла во внешнюю среду всегда мала и не представляет обычно интереса потому, что существенно воздействовать на величину этой потери не представляется возможным. Для испытуемого котлоагрегата можно взять величину этой потери с достаточной точностью по справочным данным. Таким образом, интерес могут представлять три основные потери: с уходящими газами, от химической и механической неполноты горения. Все эти потери могут быть выражены через объем сухих газов.

1'«Т ь

1) Потеря тепла с уходящими газами

<2 2 = (ССГУГГ '•|„|1/,ш);\х №-0,1260" №гоз 7,94 О.ВЫ1'

100

1,429

100

Н2 + СН4 + сотн„ 100

I/.,

, ., ккал

(<*)хв-------

кг

(1

Выражение в квадратных скобках представляет собой действительное количество воздуха, приходящееся на килограмм сгоревшего топлива, для последнего газохода за установкой аувторое слагаемое в квадратных скобках представляет кислород воздуха, затраченный на окисление полностью сгоревшего водорода; третье слагаемое—азот топлива, условно принятый перешедшим в газообразное состояние, четвертое—увеличение объема сухих газов против объема воздуха за счет химического недожога Н2, СН4 и С^Н^.

Количество водорода, не сгоревшего в Н20 и перешедшего в су хие газы.

НРаа = 0,09 г 2СН4 - СтНп ) 1/(Т%.

(2)

Объем водяных паров

36

НМ?

- 0,111(НР - Н») 0,0] 24 У7Р ^ 0,0161 аух V70 -- . (3)

кг

В данном выражении теоретическое количество воздуха для сгоревшего топлива 1/у заменено теоретическим количеством воздуха для рабочего топлива V0. Это вполне допустимо ввиду ничтожно малого влияния этой замены на результат.

После подстановки в выражение (1) соответствующих значений из (2) и '(3) и некоторых преобразований получим

- гВ111/В11»ух-/(г0х„ —(4)

кг

где

Н, -;- 2СН, + COTH,?

.4 -=-______"__

100

р _ , _ Н, г сн, -I- стн„ 100

У1Ш 0,1 ПН1' г 0,0124 W/1> -f- 0,0161яух V" и

5.55Н" 0,7О'' - 0,8/У1' 100

2) Потеря oí химической неполноты горения

Q, ( 30.2СО • 25,8Н2 Н5М:н4 + СтН„ ) у (5)

\ 100 / кг

3) Потеря от механического недожога

</, ..s^/v Л-™"-'.

кг

где К1' II К!1 - условные количества углерода в рабочем топливе п действительно сгоревшего, °о. Имея в виду, что

У 1,86 К1! нмл

п (RO, ¡ СО : СН, : ///СтНп) кг

откуда

!<••; ■ 0,536 (ROo J¡ СО г СН4 mCmHn)Vvr%. (6)

ПО,'1 учим

Q4 = 81 К"-43,5 (RO-, 1 СО СН, ; шСтНп) - . (7)

кг

Если объем сухих газов, необходимый для сведения теплового баланса, не может быть определен через непосредственные замеры во время опыта, то он может быть найден косвенным путем.

Так как

а, 1 (8)

то, подставляя сюда значения потерь из (4), (5) и (7), определяя из полученного равенства объем сухих газов и делая некоторые возможные упрощения, получим в окончательном виде

81 Кр - ()*>{ 1 - )

"I 100 /

43,5И02 - Гп.1)ух ' Р(с()хн • 13,ЗСО--25,8Н, 42СН,

" т Vап ' К' х

^ стНп _ \ с н кг

1()0 Г"1'1"

9)

Упрощения, принятые в данном выражении, следующие: в числителе опущен член а в знаменателе + А (£вп^ух - - 0,5схв£хв). так как это не может оказать никакого влияния на конечный результат.

Если химическая неполнота горения происходит только ' за счет СО, то

1/п....., -- - -.....--1 --- 100 -!-- — - нлг . (Ю)

43.5 КО,.....-с(Т»ух (гОхн 13,ЗСО кг

Как видно из (9) и (10), объем сухих газов определяется через большие величины. Это может оказать только положительное влияние на точность искомой величины.

В этих выражениях состав газов, объемы, теплоемкости п температура газов относятся к уходящим газам.

Забор газов на анализ и замер температур надежнее всего производить за дымососом, если последний расположен вблизи котлоагре-гата. Если дымосос расположен настолько далеко, что газы могут значительно охладиться (не за счет присосов, а за счет теплоотдачи), то тогда замер температуры уходящих газов и отбор проб для их анализа следует организовать ближе к котлоагрегату, выбрав для этого такие точки замеров, где можно рассчитывать на достаточно хорошее перемешивание газов. Последнее нужно иметь в виду и в случае испытания установки с естественной тягой.

При значительной потере тепла с физическим теплом шлаков, например, при жидком шлакоудалении или при большой зольности топлива и слоевом сжигании, эта потеря может быть учтена в выражениях (9) и (10). Для этого второй член числителя следует писать так:

-<?/> ( 1 - + </•-. + ЯЛ .

"1 100 I

После определения объема сухих газов дальнейшие подсчеты по составлению теплового баланса не представляют никаких затруднений. Потеря <22 подсчитывается по обычной формуле или по одной из видоизмененных (1), (4). При подсчете по общепринятой формуле

предварительно определяется К{ (6) и по известным формулам и Потери (1$ и находятся по формулам (5) и (7). Этим и заканчивается составление теплового баланса.

Приведенный метод позволяет просто, быстро и достаточно точно составить полный тепловой баланс котлоагрегата для самого общего случая химической неполноты горения. Точность находимых балансовых величин, естественно, определяется точностью проводимых во время опыта наблюдений и замеров. Суммарная потеря от механической неполноты горения может быть определена без замеров количеств шлака, провала и уноса, без отбора средних проб и без анализа качества их. Это во многих случаях может сильно облегчить работу наблюдателей во время испытания. Если требуется определение отдельных слагающих потери от механического недожога, то следует организовать замеры по некоторым из них, наиболее надежным и удобным. Трудно поддающаяся определению составляющая механического недожога, например, потеря с уносом, может быть определена по разности.

И. Химическая неполнота горения происходит в основном за

счет СО.

Такой случай встречается очень часто у работающих котлоагре-гатов. Поэтому при рядовых эксплуатационных испытаниях нет надо бности усложнять работу наблюдателей и лаборантов громоздким газовым анализом. Более того, желательно иметь метод, позволяющий при максимальном упрощении работ во время самого опыта достаточно просто и правильно свести полный тепловой баланс.

В этом случае оказывается более удобным использовать выражение для сгоревшего углерода, зная величину которого очень легко определить объем сухих газов, а затем и все основные потери. Величины (1г и <?5 по-прежнему считаем известными.

Выражение для условного количества сгоревшего углерода Крх может быть найдено без данных о количестве и качестве очаговых остатков.

Имея в виду, что в данном случае химическая неполнота горения происходит за счет СО, запишем выражении для основных потерь аналогично тому, как это было в I случае.

1. С)о {сегУС1- £нп 1/вп)

Н" 0.12бО 7,94 0.8Л'/' 100 1-429 100

(^)хв

где

- кп- »УХ (^ОхвШт гвп !|УХ — /И)\в

/=

о,55№ — 0,70 - - рщг 100

к кал

кг

11)

1'нп -0.111^ -0.0124^ - 0.0101ух1/

НАГ

кг

В выражении для Уви так же, как и в (3), вместо У" подставлено V0. так как практически это ничего не изменит.

2. = 30,2 СО I(12)

кг

Q-1 81 (/<-" ■ K'¡)— —

кг

Подставляя в равенство (8) значения приведенных выше потерь (11), (12). (13). заменяя объем сухих газов Vcr, СО и характеристику сгоревшего топлива % через их значения

Г., НЛГ . (14)

R02 -•■- СО кг

со _ п

0.605 - ;- /i

н/' — О 19 fiO'' Ч, -2.35---• Z О.ООГ, (16)

и решая полученное уравнение относительно получим д> (21 - 0.4 RO> 02)М (2,351 — 58,3 RQ2)(№ — 0,126 О^) о/

Vl 5:20.8-- 0.605 L 24.8 (RO, ; 02) 0.124RO, ' "

.'-$десь

M ----- 81 л'' •rRlll'(mnvx Qp{ 3 — Яу±Ч*

\ 100

L ■ 81 КЧ)2 ■ - -(ГПХИ|.

В выражении для Л4 опушен член —/(¿Охв ввиду ничтожно малого его влияния.

После определения Kf¡ баланс сводится просто и быстро, так как ряд величин будет уже1 подсчитан.

Характеристики сгоревшего топлива 3.. (X) и \'а найдутся из выражений (16). (15). (14).

í{ол11чествг) пе<торевшеre> углерода

£«*-=/(" кг о.

Потеря Q-, может быть определена по выражению (11). При расчете -yroft потери но обычной формуле сначала нужно найти теоретическое количество воздуха для сгоревшего топлива

\/<; — 0.0889 /С,' -i 0,265 Н" - 0.0333 О" НМ- .

кг

Потери Q-, и Q¡ определяются по выражениям (12) и (13). Этим и заканчивается сведение теплового баланса.

Использование данного метода позволяет, как и в 1 случае, определить суммарную потерю от механической неполноты сгорания, минуя все операции, связанные с замером количеств и обработкой проб шлака провала и уноса. Анализ газов делается только на R02 и О,. Как известно, поглощение СО в газоанализаторе идет медленно и при малом содержании сто в газах легко может быть допущена значительная ошибка. В данном случае химическая неполнота горения определяется без анализа газа на СО во время опыта. Таким образом, применение данного метода для сведения теплового баланса позволяет значительно упростить работы наблюдателей во время испытания, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться величиной полной потери от механического недожога.

АО