Тепловой баланс содорегенерационного котлоагрегата

Тепловой баланс СРК целесообразно составлять, как и для энергетических котлоагрегатов, на 1 кг рабочей массы топлива, поскольку расчеты теплового баланса на 1 т вырабатываемой целлюлозы или на 1 кг а.с.в. щелока не дают полной характеристики рационального использования теплоты щелока.

К расходным статьям теплового баланса принято относить:

- расход теплоты на испарение воды и перегрев водяных паров при использовании газоконтактного испарителя;

- физическая теплота плава (жидкого шлака);

- расход теплоты на плавление минеральных солей;

- расход теплоты на эндотермическую реакцию восстановления сульфата;

- потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания щелока;

- потери теплоты с уходящими сухими газами;

- потери теплоты в окружающую среду;

- полезно использованная теплота, израсходованная на генерацию пара.

Работа содорегенерационного котлоагрегата в отношении использования теплоты, внесенной в его топку, оценивается теплотехническим и технологическим коэффициентами полезного действия.

При определении теплотехнического КПД агрегата полезно использованной теплотой принято считать только теплоту, израсходованную на генерацию пара, а при определении технологического КПД - кроме того, и теплоту, израсходованную на испарение влаги и перегрев водяных паров, физическую теплоту плава, теплоту на плавление минеральных солей и теплоту на эндотермическую реакцию восстановления сульфата.

Целесообразно при оценке совершенства использования теплоты сгорания щелока за полезно использованную теплоту принимать только ту часть теплоты, которая расходуется на генерацию пара и нагрев воды для непрерывной продувки котла, как это делается при расчете теплового баланса энергетических котлов.

Уравнение теплового баланса СРК имеет вид:

Q_р = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈, кДж/кг,

или в процентах от располагаемой теплоты щелока

100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ + q₇ + q₈, %,

где , %.

Q_р - количество теплоты, получаемое в топке при сжигании 1 кг рабочей массы щелока (располагаемое тепло), кДж/кг;

Q₁ и q₁ - полезно израсходованная теплота на генерацию пара и нагрев воды для продувки котла, кДж/кг и %;

Q₂ и q₂ - физическая теплота, теряемая с уходящими газами в атмосферу, кДж/кг и %;

Q₃ и q₃ - потери теплоты из-за химической неполноты сгорания органической массы щелока, кДж/кг и %;

Q₄ и q₄ - потери теплоты из-за механической неполноты сгорания щелока (теплота несгоревшего углерода, содержащегося в плаве и уносе), кДж/кг и %;

Q₅ и q₅ - потери теплоты в окружающую среду наружными поверхностями топки, газоходов, трубопроводов в пределах содорегенерационного котлоагрегата, кДж/кг и %;

Q₆ и q₆ - физическая теплота плава (жидкого шлака), кДж/кг и %;

Q₇ и q₇ - расход теплоты на плавление минеральных солей, кДж/кг и %;

Q₈ и q₈ - расход теплоты на реакцию восстановления сульфата, кДж/кг и %.

Располагаемая теплота щелока определяется по формуле:

Q_р = Q^r_i + Q_в + Q_щ, кДж/кг,

где Q^r_i - низшая теплота сгорания щелока, или средневзвешенная теплота при совместном сжигании щелока с мазутом или газом, кДж/кг; Q_в - количество теплоты, внесенное в топку с воздухом, подогретым в калорифере, кДж/кг; Q_щ - физическая теплота щелока, подогретого в емкостях и подогревателях, или средневзвешенная физическая теплота при совместном сжигании щелока и вспомогательного топлива, кДж/кг.

При расчетах по обратному балансу, когда расход щелока еще неизвестен, теплота подогрева воздуха определяется по формуле:

, кДж/кг,

где α _т - коэффициент избытка воздуха в топке; V^о - теоретический объем воздуха, м³/кг; t'_в, t" _в – температура воздуха на входе и выходе из калорифера, °С; С_в – теплоемкость влажного воздуха при его средней температуре, кДж/(м³ · К).

Если воздух подогревается в водовоздушных теплообменниках за счет теплоты, полученной питательной водой в водяном экономайзере, то в этом случае теплота, внесенная воздухом в топку, не входит в располагаемую теплоту щелока.

При известных расходах щелока и воздуха, поступающих в топку:

, кДж/кг,

где V_в - расход воздуха, м³/с; В_щ - расход щелока, кг/с.

Физическая теплота щелока:

Q_щ = С_щ t_щ, кДж/кг,

где t_щ - температура щелока, °С; С_щ - теплоемкость щелока,

С_щ = 4, 1 – 0, 0218 (100– ), кДж/(кг·К).

Потери теплоты с уходящими газами:

Q₂ = Q_ух – Q_хв, кДж/кг,

Теплота уходящих газов:

Q_ух = (V_сг С_сг + V_вп С_вп + 0, 0017 ) · , кДж/кг,

где V_сг, V_вп – соответственно объем сухих газов и водяных паров, м³/кг; С_сг, С_вп – теплоемкость сухих газов и водяных паров, кДж/(м³·К), теплоемкость сухих газов может быть рассчитана как суммарная теплоемкость компонентов сухих дымовых газов; величина 0, 0017 учитывает физическую теплоту уноса на 1 °С при теплоемкости уноса С_ун = 0, 83 кДж/(кг·K) и его количестве, составляющем в среднем 20 % от содержания минеральной части; – минеральная часть рабочей массы щелока, %.

Теплота холодного воздуха, поступившего в топку и газоходы котла, определяется по формуле:

Q_хв = α _ух V^о (С_в t_в), кДж/кг,

где α _ух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах; V^о - теоретический объём воздуха, м³/кг; С_в - теплоемкость влажного воздуха, кДж/(м³·К); t_в - температура холодного воздуха, °С.

Относительные потери теплоты с уходящими газами:

, %,

Потери теплоты от химической неполноты сгорания щелока. Основными продуктами неполного сгорания являются оксид углерода СО, свободный водород Н₂, метан СН₄ и сероводород Н₂S, уходящие с дымовыми газами. Потери теплоты из-за химического недожога определяются по формуле:

Q₃ = (106, 5 СО + 358, 5 СН₄ + 122 Н₂ + 232 Н₂S) V_сг, кДж/кг,

где СО, СН₄, Н₂, Н₂S – содержание горючих компонентов в дымовых газах, выраженное в % от объема сухих дымовых газов.

, %.

Потери теплоты от механического недожога. Проведенные испытания отдельных содорегенерационных котлоагрегатов показывают, что потери теплоты от механического недожога крайне малы при нормальном режиме работы топки и зависят от содержания горючих веществ в уносе и плаве:

, кДж/кг,

где - потери теплоты из-за механического недожога с уносом

, кДж/кг;

- потери теплоты из-за механического недожога с плавом

, кДж/кг;

μ _зл - концентрация золы в уходящих газах, г/м³; V_г - объем уходящих газов, м³/кг; С_ун, С_пл - содержание горючих веществ в уносе и плаве; в_пл – выработка плава на 1 кг а.с.в. щелока.

, %,

Потери теплоты в окружающую среду. Определение потерь теплоты в окружающую среду путем непосредственного измерения тепловых потоков с поверхности газоходов, трубопроводов и емкостей при помощи тепломеров является чрезвычайно трудоемкой работой, поэтому в практике испытаний энергетических котлоагрегатов потери теплоты в окружающую среду ориентировочно определяют по нормативному графику, составленному на основании обработки результатов испытаний котлоагрегатов различной мощности.

До тех пор, пока не накопится соответствующий экспериментальный материал, позволяющий построить график для определения потерь теплоты содорегенерационными котлоагрегатами в окружающую среду (рис.50), эти потери следует определять по графику, построенному для энергетических котлоагрегатов.

Физическая теплота плава. Физическая теплота плава при испытании содорегенерационного котлоагрегата по прямому балансу, когда определена выработка плава на 1 кг а.с.в. щелока, может быть определена по формуле:

, кДж/кг,

, %,

где = 1, 13 кДж/(кг·К) – теплоемкость плава; в_пл - выработка плава на 1 кг а.с.в. щелока, кг/кг а.с.в.; t_пл - температура плава, °С.

Рис.50. Потери теплоты от наружного охлаждения.

Расход теплоты на плавление минеральных солей. С учетом теплоты плавления солей, входящих в состав плава, расход теплоты на плавление может быть определен как:

, %,

где - соответственно содержание карбоната, сульфида, сульфата натрия и едкого натра, кг/кг а.с.в.

Расход теплоты на восстановление сульфата можно определить, зная содержание сульфида в плаве:

, кДж/кг,

,

где - содержание сульфида в плаве, кг/кг а.с.в.;

- содержание сульфида в сухой массе щелока, %; 1, 82 = 142/78 - коэффициент пересчета сульфида в сульфат; 7123 - расход теплоты на восстановление сульфата в сульфид, кДж/кг.