теплотехника. Ответы 8.8.2l5.4.2l6.7.2l. Контрольные вопросы Что такое располагаемая теплота сгорания топлива
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
5.4.2. Контрольные вопросы 1. Что такое располагаемая теплота сгорания топлива? Тепловой баланс парогенератора выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой, называемой располагаемой теплотой топлива Qрр, и суммой полезно использованной теплоты Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4 Q5, и Q6. Общее уравнение теплового баланса, кДж/ кг, имеет вид: Q pp = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 где Q1(q1)--теплота полезно использованная в парогенераторе Q2(q2)--потери теплоты с уходящими газами; Q3(q3)--потери таплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q5(q5)--потери теплоты в окружающую среду; У каких топлив О pp и Q pн отличаются более заметно друг от друга и за счет каких составляющих? Теплота сгорания зависит от множества критериев: влажности, сернистости, зольности. Теплота сгорания бензина практически одинакова для различных марок. Она варьируется в пределах 43,5–44,5 кДж/кг. Данные показатели не зависят от октанового числа бензина и определяются составом топлива. При этом содержащийся в нем водород существенно снижает тепловую ценность бензина из-за возможности связывания с кислородом и образования влаги. Определить точные показатели теплоты сгорания керосина нельзя, так как процентное содержание додекана, тридекана, тетрадекана, пентадекана в каждой партии топлива отличается. Поэтому для различных групп удельная теплота сгорания керосина составляет 43000±1000 кДж/кг. Она обусловлена характеристиками нефти. При этом на теплоту сгорания влияют плотность и вязкость керосина, которые зависят от внешних температур. Отмечено, что при повышении температуры резко возрастает удельная теплоемкость. Основным показателем влияния на КПД моторов при использовании дизельного топлива служит теплота сгорания. Она определяет процент расхода топлива и показатели КПД. Так, при большом поступлении выделяемой энергии снижается потребление топлива и увеличивается КПД. Но теплота сгорания дизельного топлива напрямую зависит от наличия в составе воды и серы. Поэтому состав дизельного топлива регламентируется. В большинстве случаев теплота сгорания определяется в пределах от 39 200 до 43 300 кДж/кг в зависимости от характеристик используемой при производстве нефти. 2. Какие поверхности нагрева обеспечивают тепловосприятие Q1? Парообразующие поверхности паровых котлов различных систем заметно отличаются друг от друга, но всегда они располагаются в основном в топочной камере и воспринимают тепло радиацией. В зависимости от вида сжигаемого топлива топочные экраны воспринимают 40-50% полного количества теплоты, отдаваемой рабочей среде в котле в целом, в поверхностях нагрева горизонтального газохода это тепловосприятие составляет 20-25%, а на поверхности конвективной шахты приходится 30-40% теплоты. 3. Почему необходима оптимизация температуры уходящих газов, а не максимальное ее снижение для уменьшения потерь q2? Важнейшим фактором, влияющим на потери с уходящими газами, является температура уходящих газов. Ее снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя), так как чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур ∆t уходящих газов и нагреваемого рабочего тела (например, воздуха), тем большая площадь поверхности нагрева требуется для охлаждения продуктов сгорания. Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Qy.г и, следовательно, к дополнительным затратам топлива ∆В на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура ty.г определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых капитальных затрат на сооружение поверхности нагрева и затрат на топливо. Область температур от t'у.г до t"у.г, в которой расчетные затраты различаются незначительно. Это может служить основанием для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры t"у.г, при которой начальные капитальные затраты будут ниже, чем при t'у.г. Необходимая поверхность нагрева также будет меньше, т.е. теплообменник будет более компактным, что облегчает условия его обслуживания и ремонта. При выборе в качестве более целесообразной температуры t"у.г уменьшается также вероятность конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, и коррозии поверхности нагрева. 4. Какие характеристики топлива влияют на выбор оптимальной температуры уходящих газов? Выбор температуры уходящих газов производится на основании технико-экономического расчета по условию оптимального использования топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Однако во избежание низкотемпературной коррозии при температурах металла, меньших температуры точки росы, приходится выбирать повышенные температуры уходящих газов по сравнению с экономически выгодной или принимать специальные меры по защите воздухоподогревателя. 5. Какие эксплуатационные факторы определяют потери теплоты q3? Потери тепла от химической неполноты сгорания зависят от величины коэффициента избытка воздуха в топке ат. Поэтому выбор его имеет большое значение. При плохой аэродинамике в топке, плохом горелочном устройстве и при малых ат может возникнуть большая потеря q3. Потеря q3 может повышаться при малых нагрузках котла, когда снижается температура в топке и замедляется процесс горения. Продукты неполного сгорания могут появляться также при недостаточном времени пребывания дымовых газов в топке (когда мал объем топочной камеры, либо велика форсировка котла). 6. Как на практике определяют потери теплоты q4? При сжигании каких топлив эта потеря наибольшая и почему? Потеря теплоты от механической неполноты сгорания q4 связана с недожогом твердого топлива в топочной камере. Часть его в виде горючих частиц, содержащих углерод, водород, серу, может уноситься газообразными продуктами сгорания, часть – удаляется вместе со шлаком. Потеря от провала при правильном конструировании полотна решетки обыкновенно незначительна и в балансе тепла колеблется в пределах, равных 0,5÷2,0%. Потеря в шлаках, особенно для многозольного топлива, может достигать довольно больших размеров. Наблюдается прямая зависимость между количеством золы в топливе и потерей со шлаками. Путем улучшения условий сжигания, выделения, например, в механических топках особого участка, предназначенного для выжигания из шлака частичек попавшего в них топлива, удается по большей части довести и эту составляющую механического недожога до сравнительно небольших размеров. Гораздо сложнее бороться с последней потерей - уносом горючих частичек в газоходы и трубу. При неспекающемся коксе топлива (а энергетические угли по большей части обладают таким коксом) потеря от уноса топлива сильно возрастает, причем чем больше в топливе будет мелочи, тем больше мелких кусочков будет вынесено потоком газов в газоходы установки. Мелочь топлива, обладающего неспекающимся коксом, выносится из слоя воздухом и газами. Наиболее мелкие фракции мелочи сгорают в топочном пространстве, а остальные начинают подпрыгивать на решетке, причем чем мельче куски, тем на большую высоту куски будут подниматься при их движении вверх и вниз. Часть твердых частиц топлива залетает в междуутрубное пространство котла, где вследствие уменьшившегося живого сечения скорости газов резко повышаются, захватывают с собой попавшие в газоход частицы топлива и выносят их в борова или трубу. Таким образом, подпрыгнув, может опуститься назад только частица топлива, не залетевшая в газоход, иначе она попадет в унос, составляя в дальнейшем потерю от механической неполноты сгорания. Количество выделяемого на решетке тепла пропорционально расходуемому топливу, а следовательно, и идущему на его сжигание воздуху и скоростям его движения по слою. С изменением расхода воздуха пропорционально изменяются и скорости его движения через слой, влияющие на потерю от уноса. Указанные скорости и расход топлива получают хорошее отражение в так называемом тепловом напряжении зеркала горения. Q/R ккал/м2 час, где Q = QPн В - количество тепла, выделяемого в 1 час на решетке; R - площадь зеркала горения. Иногда в качестве характеристики работы топки принимают ее в весовое напряжение В/R, что неправильно, так как расход воздуха пропорционален не весу сжигаемого топлива, а произведению Qpн В 7. Определите, в каком случае потеря q5, будет больше: на котле номинальной мощностью 300 МВт (1000 т/ч) или при нагрузке 300 МВт на котле с номинальной мощностью 600 МВт (2000 т/ч)? Чем выше тепловая нагрузка (форсировка) котла, тем больше топлива сжигается в его топке и тем больше образуется дымовых газов. Одновременно с увеличением теплопроизводительности котла при повышенной форсировке растут потери теплоты с уходящими газами, так как температура уходящих газов при увеличении нагрузки возрастает. С увеличением нагрузки также возрастают потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания. Изменение тепловой нагрузки котла влияет на величину тепловых потерь и его КПД. При минимальной нагрузке (точка а) основную роль играют потери теплоты в окружающую среду. С ростом нагрузки уменьшаются потери теплоты в окружающую среду, но увеличиваются остальные тепловые потери. КПД котла возрастает и достигает в точке б максимальной величины. Следовательно: на котле номинальной мощностью 300 МВт (1000 т/ч) потеря q5 будет больше. 8. Какие значения тепловых потерь влияют на определение оптимального избытка воздуха? Оптимальный коэффициент избытка воздуха определяется при тепловых испытаниях котлоагрегата. При эксплуатации воздух подают в соответствии с режимной картой, газоанализатор контролирует это соответствие и должен показывать значение СО2 с отклонениями 0 4 - 0 6 % от заданного. На котлах с производительностью пара 20 т / ч типа ДКВР-20-13 избыток воздуха целесообразно контролировать по содержанию кислорода О3 в уходящих газах, что увеличит точность определения коэффициента избытка воздуха. Регулирование тяги должно обеспечить полное удаление продуктов сгорания. За оптимальный коэффициент избытка воздуха принимается такой, при котором сумма потерь тепла с уходящими газами, от химической и механической неполноты горения и расход электроэнергии на тягу и дутье минимальны. За оптимальный коэффициент избытка воздуха принимается такой, при котором сумма потерь теплоты с уходящими газами, химической и механической неполноты горения и расход на тягу и дутье минимальны. Определение оптимального коэффициента избытка воздуха рекомендуется производить в два этапа. На первом этапе определяется ориентировочное значение оптимального коэффициента избытка воздуха. На втором этапе производится уточнение и окончательный выбор оптимального коэффициента избытка воздуха. Второй этап выполняется после проведения опытов по выбору оптимальной тонкости пыли и положения факела в топочной камере. 9. Какие преимущества имеет определение КПД по обратному балансу? Метод по обратному балансу характеризуется большей точностью, используется при эксплуатации и проектировании котла. При этом Q 3 и Q 4 определяется по рекомендации и из справочников. Q 5 определяется по графику. Q 6 – рассчитывается (редко учитывается), и по существу определение по обратному балансу сводится к определению Q 2 , которое зависит от температуры уходящих газов. КПД брутто зависит от типа и мощности котла, т.е. производительности, вида сжигаемого топлива, конструкции топки. На КПД влияет также режим работы котла и чистота поверхностей нагрева. При наличии механического недожога часть топлива не сгорает (q4), а значит не расходует воздуха, не образует продуктов сгорания и не выделяет теплоты, поэтому при расчете котла пользуются расчетным расходом топлива: Bp=B(1- q4)/100 10. В чем различие между КПД котла брутто и нетто? Если коэффициент полезного действия агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте - нетто. Разность между выработанной и отпущенной теплотой представляет собой расход на собственные нужды. 11. Как изменяется КПД котла с изменением нагрузки? При минимальной нагрузке (точка а) основную роль играют потери теплоты в окружающую среду. С ростом нагрузки уменьшаются потери теплоты в окружающую среду, но увеличиваются остальные тепловые потери. КПД котла возрастает и достигает в точке б максимальной величины. 6.7.2. Контрольные вопросы Перечислите основные характеристики угольной пыли? Угольная пыль представляет собой сухой тонкий порошок с размерами частиц от самых мелких пылинок крупностью 0,1 мкм до более крупных (300...500 мкм). Качество пыли, получаемой в пылеприготовительных установках, принято характеризовать тонкостью помола, определяемой рассевом пробы на ситах с различным размером отверстий. Тонкость помола характеризуется остатки на стандартных ситах с ячейками размером 50; 90; 200; 500 и 1000 мкм. Остаток на сите обозначается обычно буквой R. Для рассева берут пробу пыли массой 25-50 г и производят рассев на полном комплекте из 8-10 сит с размером отверстий на ситах от 50 до 1000 мкм. Однако обычно пользуются двумя ситами: для каменного угля - с отверстиями 90 и 200 мкм, для бурого - 90 и 1000 мкм или 200 и 1000 мкм. В результате рассева определяется остаток пыли на указанных ситах, который и характеризует тонкость размола. Обычно остаток на сите принято обозначать R с индексом, соответствующим размерам отверстий сита (например, R200 - остаток на сите с отверстиями 200 мкм). 2. Зачем строят интегральную зерновую характеристику и на основании чего ее получают? На современных ТЭС твёрдое топливо перед сжиганием в топке котла проходит процесс подготовки в системе пылеприготовления. В ней куски сырого влажного топлива превращаются в сухую угольную пыль. Последняя представляет собою сухой тонкий полидисперсный порошок с размерами частиц от самых мелких (0,1 мкм) до крупных (500 – 1000 мкм). Тонкость помола или дисперсность угольной пыли определяют рассевом её пробы на рассевочной машине, оснащённой набором сит с размерами отверстий от 50 до 1000 мкм. Результаты рассева определяют массовыми количествами остатка Rх прохода через каждое сито. По данным рассева строится кривая зависимости остатков на разных ситах Rх от размера частиц х, называемая интегральной зерновой характеристикой. Интегральные зерновые характеристики угольной пыли подчиняются уравнению:  где b и n − постоянные коэффициенты, характеризующие соответственно тонкость измельчения и равномерность зернового состава; e − основание натуральных логарифмов.  Рисунок №1 - Интегральная характеристика пыли 3. Что включает в себя тепловой баланс сушильно-мельничной системы?
Чтобы составить тепловой баланс сушилки по теплу, которое передано установке (см. рисунок), нужно учитывать, что подводимое к сушилке тепло  для общих случаев будет складываться из  (тепла нагревания сушильного агента) и  (дополнительно подводимого тепла).Чтобы составить тепловой баланс необходимо ввести обозначения:  – средняя удельная теплоемкость в (Дж/кг·К): сушильного агента; влаги; которая удаляется в процессе сушки; самого продукта и транспортировочных устройств сушилки; – соответственно температура воздуха до его попадания в воздухоподогревательное устройство и на выходе из сушилки, °С; – температура продукта перед входом в сушилку и на выходе из нее, °С; – вес транспортных механизмов, кг; – температура транспортного механизма на входе и выходе из сушильной установки, °С; – энтальпия водяного пара в свежем воздухе и отработанном, Дж/кг.4. Что представляет собой процесс сушки топлива и перечислите основные виды устройств для сушки? Пусть на сушку поступает G1 исходного влажного материала, имеющего температуру Т1, °С. В сушилке из материала испаряется W влаги и удаляется G2 высушенного материала при температуре Т2 с теплоемкостью см и теплоемкостью воды св, Дж/(кг× град). В сушилку подается L, кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером воздух имеет энтальпию I0, Дж/кг сухого воздуха; после нагрева, т. е. на входе в сушилку, энтальпия воздуха повышается до I1 сухого воздуха. В процессе сушки в результате передачи тепла материалу, поглощения испаряющейся из материала влаги и потерь тепла в окружающую среду энтальпия воздуха изменяется, и на выходе из сушилки энтальпия отработанного воздуха равна I2, Дж/кг сухого воздуха. Количество тепла, подводимое в калорифер, обозначим через QK. Тогда с учетом потерь тепла сушилкой в окружающую среду Qп имеем : LI0+G2cmT1+WcвT1+Qк=LI2+G2cмT2+Qп, Из этого уравнения можно определить общий расход тепла на сушку QK: Qк=L(I2-I0)+G2cм(T2-T1)-WcвT1+Qк, (6) Разделив обе части последнего уравнения на W, получим выражение для общего расхода тепла на 1 кг испарившейся влаги: qк=l(I2-I0)+qм-cвT1+qп, l = L/W, qп = Q/W, qм=(G2cм(T2-T1))/W, где: l = L/W – удельный расход теплоносителя, 1/ч. q = Q/W- удельный расход тепла, Дж/кг. Приборы и материалы: Шкаф сушильный с регулированием температуры, вентилятор имитатор естественной сушки, весы рычажные, набор масс, образцы влажной древесины различного размера. При включении установки тумблеры нагрева «основной» и «дополнительный» установить в положение «вкл». Через 5 минут работы тумблер «дополнительный нагрев» выключить. Сушильная установка, моделирующая процесс сушки в естественных условиях представляет собой вентилятор в кожухе, на котором размещаются исследуемые образцы. Поток воздуха обеспечивает конвективный процесс сушки в условиях комнатной температуры.  Рисунок №3 – Сушильная установка 1- сушильная камера, 2 – блок управления, 3 – включатели нагрева, 4 – нагревательный элемент, 5 – термометр-терморегулятор, 6 – обратная связь от термометра к блоку регулирования температуры, 7 – дверца для загрузки образцов в сушильную камеру. 5. Почему для высокореакционных топлив применяется газовая сушка? Сушка топлива в системе приготовления осуществляется горячим воздухом либо смесью воздуха и продуктов сгорания, отбираемыми из топки. Часть воздуха, используемая для сушки и транспорта пыли, называется первичным воздухом. Доля первичного воздуха зависит от влажности, выхода летучих веществ и реакционной способности топлива. Благодаря глубокой подсушке высоковлажного топлива, более высокой температуре горючей смеси зажигание становится устойчивым, хорошо подсушенная пыль интенсивно выгорает. 6. Назовите виды замкнутых схем пылеприготовления? Схемы пылеприготовления могут быть замкнутыми или разомкнутыми. При замкнутой схеме сушильный агент вместе с пылью сбрасывается в топку, а при разомкнутой отработанный сушильный агент сбрасывается в атмосферу. Схема с прямым вдуванием топлива всегда замкнутая, а с промежуточным пылевым бункером может быть и замкнутой, и разомкнутой. В промышленных и отопительных котельных установках, как правило, применяются только замкнутые схемы, т. е. схемы со сбросом сушильного агента в топку. В промышленных и отопительных котельных установках преимущественно применяются индивидуальные схемы пылеприготовления с прямым вдуванием пыли как более простые и дешевые. Индивидуальные схемы пылеприготовления с промежуточным пылевым бункером применяются для энергетических парогенераторов большой мощности при сжигании антрацитов и тощих углей с малым выходом летучих (6-15%). Эти схемы сложны и дороги. Выбор схемы и расчет пылеприготовительного оборудования производится в соответствии с нормами расчета и проектирования пылеприготовительных установок, разработанными ВТИ и ЦКТИ. 7. Перечислите преимущества и недостатки различных схем пылеприготовления? Основные преимущества сжигания топлива в виде пыли заключаются в следующем: 1. Возможность сжигания с достаточно высоким КПД любого топлива, включая малореакционные антрациты, а также высоковлажные и высокозольные угли и отходы углеобогащения; 2. Практически неограниченная по условиям сжигания топлива единичная мощность котла; 3. Полная механизация топочного процесса, легкость регулирования, возможность полной автоматизации топочного устройства; 4. Отсутствие подвижных деталей в топке, что повышает эксплуатационную надежность агрегата. Недостатками сжигания топлива в пылевидном состоянии являются: 1. Сложность, громоздкость и в большинстве случаев высокая стоимость оборудования пылеприготовления, а также значительный расход на приготовление пыли электроэнергии (антрацит - 25 - 30 кВт/ч) 2. Низкие объёмные плотности тепловыделения в камере горения, находящиеся при факельном сжигании пыли в пределах qv= 0,1 - 0,3 МВт/м3. Последнее обуславливается малой массовой концентрацией топлива в единице объёма такой топки (20 - 30г/м3), а также неблагоприятными условиями подвода окислителя к поверхности реагирования и отвода продуктов сгорания вследствие низкой относительной скорости горящих частиц в газовоздушном потоке. 8. Почему в схему пылеприготовления без промбункера не рекомендуется ставить ШБМ? При этой схеме производительность системы пылеприготовления должна соответствовать нагрузке котла. Производительность мельницы регулируется количеством подаваемого топлива и числом оборотов вентилятора, иначе - количеством подаваемого воздуха. Вся система находится под разряжением. Напор, создаваемый вентилятором составляет 300-400 мм в. ст. Для этой схемы наиболее выгодны мельницы, у которых нагрузка электродвигателя возрастает линейно с возрастанием производительности мельницы. Этими свойствами обладают шахтные, аэробильные и среднеходные мельницы, ШБМ не удовлетворяют этому условию. У них удельный расход энергии на размол и расход металла (износ шаров, брони) растут обратно пропорционально производительности мельницы. Поэтому в схемах без промбункера применение ШБМ рекомендуется только при работе котлов с ровным графиком. 9. Укажите основные типы и принципы действия сепараторов пыли? Классификация сепараторов ведется по виду массовой силы действующей на частицу: а. цетробежные (массовая сила - центробежная); б. инерционные (массовая сила-сила инерции); в. гравитационные (массовая сила-сила веса). Принцип работы сепаратора основан на использовании центробежных сил и собственного веса более крупных фракций пыли, которые отделяются из общего пылевоздушного потока и возвращаются на домол в размольный аппарат. Сепараторы типов СПЦ и СПЦВ входят в состав оборудования шаровых барабанных мельниц стационарных котельных установок. Предназначены для отделения из воздушного потока, выносимого из мельницы, и возврата на домол к крупных частиц пыли. Сепараторы СВЦ для взрывобезопасных топлив и СВЦВ для взрывоопасных топлив. Классифицируются по максимальному объему проходящей аэросмеси и компонуются с мельницей соответствующей производительности. Сепараторы выпускаются в двух исполнениях, отличающихся друг от друга диаметром входного (выходного) патрубка. 10. Какая схема пылеприготовления и оборудование лучше всего подходит для приготовления к сжиганию бурого угля с Vг > 25% и Wр > 25% ? Наиболее хорошо производится сжигание каменных и бурых углей с выходом летучих Vг ≥ 25% (марки Г, Д, Ж) 11. В чем заключается принципиальное отличие молотковых мельниц типа ММТ от ММА? Молотковые мельницы относятся к классу быстроходных. Мельницы выполняются с аксиальным подводом горячего сушильного агента (ММА), обладают большей самовентиляцией и менее склонны к завалу топлива. либо с тангенциальным подводом к окружности ротора (ММТ), которые имеют более короткий ротор (более компактны), меньший расход электроэнергии на размол, и в них более равномерно изнашиваются била. 12. Перечислите основное оборудование, которое входит в состав технологических схем подготовки к сжиганию газа и мазута на ТЭС? Подготовка газообразного топлива к сжиганию заключается в его подводе к топке и дросселировании до рабочего давления. Давление подаваемого газа не является постоянным и изменяется в зависимости от величины потребления. Для облегчения регулирования расхода газа, подаваемого к отдельным котлам, с помощью регуляторов поддерживают постоянное давление газа в магистрали котельной. Наибольшее избыточное давление в магистрали котельной по правилам техники безопасности ограничивается величиной в 0,29 МПа. Газ поступает на электростанцию от магистрального газопровода или газораспределительной станции (ГРС) с давлением 0,7—1,3 МПа. В каждом ГРП выполняется несколько (чаще три) ниток газопровода с установкой регуляторов давления, одна из которых является резервной. Кроме того, помимо регуляторов предусматривается байпасная линия. Для очистки газа от механических примесей перед регулирующими клапанами, которые поддерживают необходимое давление «после себя», имеются фильтры. Для защиты от аварийного повышения давления газа установлены предохранительные клапаны. Количество газа, прошедшего газорегуляторный пункт, регистрируется расходомерами. Основными устройствами к каждому паровому котлу на газопроводе являются автоматический регулятор расхода газа (АРР) и отсекающий быстродействующий клапан (БК). АРР обеспечивает необходимую тепловую мощность котла в любой момент времени. Импульсный отсекающий БК отключает подачу газа в топку парового котла в случае аварийной ситуации, когда поступление газа может создать опасность взрыва (обрыв факела, падение давления воздуха у горелок, останов электродвигателей дымососа или дутьевого вентилятора и т.п.). 8.8.2. Контрольные вопросы Назовите определяющие размеры топочной камеры. Геометрически топочная камера характеризуется линейными размерами: шириной фронта а, глубиной b и высотой hТ, расчет которых определяется количеством сжигаемого топлива, его тепловыми физико-химическими характеристиками. Произведение fТ = аb, м2 – сечение топочной камеры, через которое с достаточно большой скоростью (7-12 м/c) проходят раскаленные топочные газы. Почему тепловые напряжения qv и qf имеют ограничения в топочных камерах? Величина qv обратно пропорциональна времени пребывания частиц топлива в топочном объеме при условии равномерного заполнения объема продуктами сгорания (топочными газами). Величина qf прямо пропорциональна средней скорости движения топочных газов в топке при условии равномерности заполнения сечения. Какова роль двусветных экранов в топках? Чем отличаются условия работы такого экрана от настенного? Экран – это поверхность нагрева, расположенная в топке и служащая для получения пара из воды, циркулирующей по трубам этого экрана и защищающие обмуровку котла от непосредственного воздействия пламени. Двухсветный экран – экран, получающий теплоту с двух сторон. С помощью двусветного экрана можно заметно снизить высоту топки и ее объем, приблизив их к минимально допустимым значениям. Отличия: воспринимает интенсивный тепловой поток с обеих сторон (отсюда и название — двусветный) н отличается более высокими тепловыми напряжениями, что требует тщательного обеспечения охлаждения металла труб. Объясните, чем характеризуется процесс шлакования? Как избежать в эксплуатации это явление? Процесс шлакования топочных экранов можно представить двумя стадиями. Вначале образуется первичный, медленно растущий слой, а затем быстро растущие вторичные отложения. Способность к саморасшлаковке экранов обусловлена свойствами первичного слоя. Чем прочнее первичный слой, тем труднее саморасшлаковка под действием силы тяжести и ниже эффективность средств очистки поверхностей нагрева. Основное средство предотвращения шлакования — это прежде всего грамотная организация процесса горения в топке котла (топочного режима) и профилактическое использование средств очистки поверхностей нагрева. Для очистки конвективных поверхностей нагрева котла в зависимости от его конструкции и свойств сжигаемого топлива применяются: виброочистка, паровая обдувка, дробеочистка. График и периодичность работы этих средств очистки устанавливаются на основании результатов наладки и опыта эксплуатации и определяются местной инструкцией. В чем проявляются преимущества вихревых горелок по сравнению е прямоточными? Преимущества прямоточных горелок: 1. Конструктивно просты, по сравнению с вихревыми горелками;2. Имеют меньшее аэродинамическое сопротивление, чем вихревые горелки, следовательно, меньший расход электроэнергии на собственные нужды; 3. Меньший выход оксидов азота, чем у топок с вихревыми горелками; 4. Возможность компактной установки горелок по углам топки; 5. Способность формировать единый вихревой поток топочных газов (тангенциальная, концентричная структура факела); 6. Большая дальнобойность, чем у вихревых горелок. Недостатки: 1. Худшая, чем в вихревых, организация перемешивания потока; 2. Меньшая единичная мощность; 3. Большее влияние на показатели способа компоновки горелок в топке; 4. Стабилизация процесса горения в основном протекает за счет внешней эжекции продуктов сгорания; 5. Менее универсальны по топливу Преимущества вихревых горелок: 1. Обеспечивает приосевую и периферийную зону рециркуляции для стабилизации и надежного воспламенения факела; 2. Интенсивное смесеобразование, приводящее к улучшению выгорания топлива и сокращению длины факела; 3. При годность для сжигания низкокачественных топлив; 4. Большая единичная мощность, возможность совмещения в одном корпусе двух горелок (сдвоенные горелки) Недостатки: 1. Малая дальнобойность струи, факела; 2. Интенсивное смесеобразование, приводящее к увеличенному выходу оксидов азота; 3. Повышенное гидравлическое сопротивление горелки; 4. Большое число горелок в мощных топках со сложными разводками экранов, загромождение зоны обслуживания воз- духоподводами, топливоподающими коробами Как правильно следует выполнить прямоточную горелку? При сжигании каких топлив они более выгодны и почему? Примером прямоточной щелевой горелки является широко используемая поворотная горелка. В этой горелке аэросмесь поступает через центральный патрубок, откуда через поворотные сопла-щели она выходит в топку. Вторичный воздух поступает в топку по наружному соплу. Сопла при помощи электродвигателя можно поворачивать вверх и вниз от горизонтальной плоскости на 12—20°. Это дает возможность менять положение факела в топке. Ввиду отсутствия турбулизирующего эффекта прямоточные горелки создают дальнебойные струи с малым углом расширения и слабым перемешиванием потоков. Это горелочное устройство сжигает пылевидное топливо в тонких плоских параллельных струях. Прямоточная горелка имеет одно или несколько сопл, пылевоздушная смесь подается в топку со скоростью 20—30 м/с через вертикальные узкие вытянутые амбразуры, расположенные на расстоянии 1,2—2 м одна от другой. Оси горелок расположены в одной вертикальной плоскости, которые образуют блок горелок Какими мерами обеспечивается твердое шлакоудаление из топки и отсутствие шлакования стен? При сухом шлакоудалении и отсутствии шлакования топки могут быть применены шахты непрерывного слива. При жидком шлакоудалении применяют шлакосмывные шахты с постоянным уровнем воды. Непрерывное механизированное шлакоудаление со шнеками и скребковыми транспортерами применяют при выходе шлаков свыше 0 6 - 1 т/ч как при жидком, так и при сухом шлакоудалении. При недостаточном охлаждения стен холодной воронки, или малом их наклоне жидкие капли шлака не гранулируются, а твердый шлак, накапливающийся на скатах, размягчается, а затем прилипает к холодным скатам. Значительные отложения, периодически отрываются и падают в горловину воронки, вызывая затруднения в работе шлакоудаляющих устройств. Поэтому большое значение для этого типа топок имеет организация горения и компоновка горелочных устройств. Из шлакоприемника шлак в остывшем виде механически удаляется в канал шлакозолоудаления. Далее твердое шлакоудаление может быть организовано тремя способами: механическим, гидравлическим, пневматическим. Самый простой способ удаления шлака - с помощью механических средств - грейферов, скреперов, а также ленточных, шнековых, скребковых транспортеров. Каким образом создают условия для жидкого шлакоудаления из топки? Назовите типы топок для жидкого шлакоудаления. Для обеспечения жидкого шлакоудаления необходимо, чтобы температура газов у стен нижней части топки и в районе пода была выше температуры текучести шлака, т.е. Эг> /нж, где tHX = tc+ (50-100) °С - температура нормального жидкотекучего состояния. Создание таких условий в нижней части топки возможно путем приближения ядра факела к поду топки и покрытия настенных экранов в этой зоне карборундовой огнеупорной тепловой изоляцией (футерование экранных труб). Жидкое шлакоудаление обеспечивает выпадение золы в топку до 30-40% (в топках с твердым шлакоудалением - только 10-20%), благодаря чему уменьшается процент содержания золы в газах, поступающих на конвективную поверхность котла. А это предупреждает преждевременное истирание труб фракциями летучей золы, причем фракции эти более мелкие, чем в топке с твердым шлакоудалением. Таким образом, жидкое шлакоудаление способствует увеличению срока эксплуатации котельного оборудования. В однокамерной открытой топке пылевидное топливо через горелки поступает в камеру, стенки которой в нижней части покрыты ошипованными футерованными экранными трубами. В связи с этим в камере при горении топлива развивается достаточно высокая температура, обеспечивающая плавление шлака. Расплавленный и уловленный здесь шлак через летку стекает в ванну (на рисунке не показана), где гранулируется водой, а затем охлаждается. Степень улавливания золы в такой топке составляет 15... 30 % общего содержания золы, поступившей с топливом. Следует, однако, отметить, что для такой открытой топки в области перехода от «горячей» зоны к не утепленной «холодной», где температура снижается и шлак теряет текучесть, наблюдается интенсивное ошлаковывание экранных поверхностей нагрева. В однокамерной полуоткрытой топке в результате специально выполненного пережима зона плавления и зона охлаждения в значительной степени разделены. В камере горения экранные трубы ошипованы и покрыты огнеупорной обмазкой, в связи с чем температура там составляет 1700... 1800°С. В камере улавливается 30...40% золы топлива, которая удаляется в жидком состоянии через летку. В верхней части топки расположены открытые экранные поверхности, обеспечивающие охлаждение газа и уносимой золы. В двухкамерной топке с жидким шлакоудаленем камера горения топлива с жидким шлаком и камера охлаждения разделены шлакосепарационной решеткой, выполненной из ошипованных экранных труб, на поверхность которых нанесена огнеупорная обмазка. Перечислите виды вихревых топок. Какие преимущества они имеют в организации сжигания топлива? Топки с горизонтальными циклонами. Тангенциально вводимый в цикле др. гориз. предтопок с большой скоростью вторичный воздух закручивает поток первичной смеси и в результате ц/б эффекта частицы топлива отбрасывается к стенкам циклона. Длительность пребывания частиц топлива в топке ограничена временем пребывания продуктов сгорания в топке. В горизонтальных циклонах топливо с первичным воздухом подводят аксиально. Имеют хорошие показатели при сжигании каменных и маловлажных бурых углей. Топки с вертикальным циклоном. Рабочие потоки вдуваются при меньшей скорости, чем в гориз.. В них ц/б эффект выражен меньше, крупные частицы не задерживаются в потоке, а выпадают на под топки. По этой причине сжигание в них дробленного топлива невозможно. Продукты сгорания проходят окна, образов. разводкой труб в виде лопастей, прекращений вращение потока. Затем они выходят в камеру охл. с открытыми экранами. Жидкий шлак стекает по стенкам и удаляется ч-з сетку. Топки с пересекающими струями. Принудительный подвод топочных газов к корню факела для интенсификации воспламенения горения. Достоинства: экономичное сжигание каменного угля при высоком энерговыделении в объеме топки, а при переходе на другое топливо, сравнит-но небольшое изменение скорости на выходе из топки. Почему газ и мазут можно экономично сжигать в одной топочной камере? Экономичная эксплуатация топочных устройств для сжигания газа и мазута требует соблюдение оптимальных условий работы всего комплекса топочного устройства, т. е. горелок и топочной камеры при разных нагрузках котлоагрегата. Не только мазут, но и газообразные топлива в исходном состоянии по существу не являются "истинным" топливом. Они становятся им только после прохождения подготовительных стадий - преобразования до простейших составляющих в виде смеси молекул, атомов и уцелевших или образовавшихся молекул окиси углерода и водорода. Это объясняется тем, что химической реакции горения должны предшествовать непосредственные контакты молекул топлива и окислителя Правильная организация подготовительных стадий диктуется тем, что скорость протекания этих стадий, предшествующих процессу горения, несравненно ниже скорости химической реакции горения. При неполном сгорании природного газа с высоким содержанием метана в большинстве случаев не наблюдается сажеобразования, однако, как показали испытания, значительные потери тепла от химической неполноты сгорания могут быть и при прозрачных продуктах горения. Содержание в продуктах горения 1% метана обусловливает потери тепла q3 из-за химической неполноты сгорания около 10% (при α= 1,2). Для сжигания газа и мазута, доведения его до состояния "истинного" топлива, подготовленного для высокотемпературного действительного процесса горения, необходимы еще до газификации подготовительные стадии механического дробления - распыления и испарения. Экономичная эксплуатация топочных устройств для сжигания газа и мазута имеет главный фактор - количество воздуха, вводимого через амбразуры горелок в топочную камеру, характеризуемое оптимальным избытком воздуха - αоптт.  Рисунок № 4 Типичные кривые зависимости потерь тепла q2, q3, q4 и к. п. д. котлоагрегата от коэффициента избытка воздуха в топке ат, топливо - мазут. Назовите наиболее характерные способы расположения горелок в газомазутных топках. В основном газомазутные топки имеют традиционную призматическую форму со слабо наклонным подом (15-20°) и одностороннюю (рис. 5, а) или встречную (рис. 5, б) компоновку горелок. Известны топки циклонного типа (рис. 5, в) и с подовым расположением горелок (рис. 5, г). Как показывает опыт эксплуатации, применение сложной конструкции топок с циклонами не оправдывает себя.  Рисунок 5 – Схемы топок для сжигания газа и мазута Какими методами получают тонкие распыл мазута? Какой из них более пригоден для котла, работающего при переменных нагрузках? В cлучае иcпользования воздушного pаcпыления чеpез фоpcунку подаётcя около 10÷15 % воздуxа, необxодимого для гоpения. Cкоpоcть воздуxа доcтигает 1000 м/c , чем обеcпечиваетcя xоpошее дpобление капелек мазута c получением тонкого pаcпыла. Для котлов cpедней и большой пpоизводительноcти пpи поcтоянной pаботе на мазуте, как правило, пpименяются меxаничеcкие фоpcунки, как наиболее экономичные. Как можно обеспечить тонкий распыл мазута при сниженной нагрузке котла? Производительность механических форсунок регулируют изменением давления мазута перед форсункой. При снижении давления резко ухудшается качество распыли- вания, поэтому такие форсунки имеют малый диапазон регулирования. Чтобы не снижать качество распыливания топлива, регулирование мощности при уменьшении нагрузки может осуществляться отключением части работающих форсунок. Какие применяют способы для завихрения воздуха в горелках? В двухулиточных и улиточно-лопаточных вихревых горелках пылевоздушной смеси и вторичному воздуху сообщается закрученное движение с одинаковым направлением вращения. В прямоточно-улиточных горелках раскрытие факела достигается установкой рассекателя в выходном сечении канала первичного воздуха и закруткой потока вторичного воздуха. Горелки с направлением закручивания по часовой стрелке (если смотреть со стороны улитки аэросмеси) называют правыми, а с обратным направлением крутки потоков – левыми. Благодаря закрутке потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха в топочной камере распространяются в виде двух концентрически расположенных усеченных полых конусов, причем внутри находится конус пылевоздушной смеси, имеющий несколько больший угол раскрытия для лучшего перемешивания со вторичным воздухом. В осевой области раскрывающейся струи создается разрежение, вызывающее приток горячих продуктов сгорания к корню факела с его внутренней стороны. Поэтому при подаче пылевоздушной смеси через вихревые горелки зажигание факела происходит как по внешней, так и по внутренней поверхности, что увеличивает удельный периметр воспламенения и интенсифицирует как процесс воспламенения, так и горения. Значение внутренней рециркуляции продуктов сгорания для зажигания больше, так как они изолированы от экранных поверхностей и на траектории возврата к корню факела не охлаждаются. Улиточно-лопаточные вихревые горелки выполняют одно- и двухпоточными по вторичному воздуху. В них закрутка вторичного воздуха осуществляется осевыми лопаточными аппаратами, а пылевоздушной смеси – улиточными закручивателями. В прямоточно-улиточной вихревой горелке пылевоздушная смесь подается прямоточно по центральной цилиндрической трубе. На выходе из нее пылевоздушный поток, омывая конический рассекатель, раскрывается. Вторичный воздух, поступающий через улиточный закручиватель, завихривает факел. Угол раскрытия рассекателя рекомендуется принимать в пределах 90–120°. Главное преимущество этих горелок заключается в меньшем аэродинамическом сопротивлении тракта первичного воздуха. Как обеспечивают необходимую степень крутки воздушного потока при низкой нагрузке? Ввиду более низкой турбулизации потока прямоточные горелки создают дальнобойные струи с малым углом расширения и с вялым перемешиванием первичного и вторичного потоков. Поэтому успешное сжигание топлива достигается взаимодействием струй разных горелок в объеме топочной камеры. Они могут быть установлены- неподвижно или выполнены как поворотные, что облегчает наладку топочного режима. Каким способом обеспечивают быстрое перемешивание газа и воздуха в газовой горелке? Завершается ли этот процесс в пределах горелки? Кинетическая горелка - устройство, обеспечивающее хорошее перемешивание газа с необходимым количеством воздуха и подающее эту смесь в пространство сгорания со скоростью, предотвращающей проскок пламени. На долю топки приходится создание условий для надежного зажигания смеси и полного выгорания горючих. Кинетические горелки позволяют сжигать топливо с минимальными значениями а = 1,02-1,05 и высокими значениями объемного тепло- напряжения (1000-2000 млн кДж/(м3 ч)). Факел таких горелок - слабосветящийся, прозрачный и практически невидим на фоне раскаленного огнеупора. Такое горение называют беспламенным. Что такое комбинированная горелка? Комбинированная горелка – устройство, предназначенное для сжигания более чем одного вида топлива. Конструктивно комбинированная горелка представляет собой устройство, в котором соединена газовая и жидкотопливная горелка. Комбинированные горелки используют в сферах, где могут возникать перебои с подачей газа, при этом требуется возможность срочного перехода на другой тип топлива. Также указанные элементы востребованы там, где подача основного горючего производится на объект по определенному графику, а также если не обеспечивается необходимый термический режим топки. |
