Присосы воздуха в котельном агрегате определяются посредством измерения коэффициентов избытков воздуха в контрольных сечениях расположенных по газовому тракту котла. И поэтому, прежде чем говорить о присосах воздуха в котле, важно дать понятие о коэффициенте избытка воздуха.
Горение в топке котла это химический процесс взаимодействия топлива с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепла.
Теоретическое количество воздуха необходимого для сжигания топлива рассчитывается с помощью уравнений реакций окисления горючей массы топлива:
C+O2=CO2;
S+O2=SO2;
2H2+O2=2H2O.
В реальных условиях работы котлов, количество воздуха подаваемого в топку всегда больше теоретически необходимого. Это вызвано тем, что в реальных топочных устройствах добиться полного сгорания топлива при теоретическом количестве воздуха не представляется возможным (несовершенство перемешивания воздуха с топливом, неравномерность подвода воздуха к топливу).
Коэффициента избытка воздуха (α — альфа) это отношение действительного количества воздуха, подаваемого в топку, к теоретически необходимому воздуху:
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки зависит от типа топки, вида топлива и производительности котла. Например, для:
— камерных топок с твердым шлакоудалением, α = 1,15-1,25;
— камерных топок с жидким шлакоудалением, α = 1,15-1,25;
— камерных газомазутных топок, α = 1,02-1,05;
— слоевых топок, α = 1,3-1,6.
Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата, работающего под разрежением, увеличивается. Это вызвано тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.
Присос воздуха выражают как отношение количества воздуха, присасываемого в соответствующий газоход агрегата к теоретическому количества воздуха:
где α’’ – коэффициент избытка воздуха в сечении за участком газохода на котором определяется присос;
α’ – коэффициент избытка воздуха в сечении перед участком газохода на котором определяется присос.
Нормативные величины присосов в топке и газоходах котла при номинальной нагрузке приведены в таблице 1 (в том числе присосы воздуха в газовую сторону воздухоподогревателя, равные перетечке из воздушной стороны).
Таблица 1
| Элементы газового тракта котла | Величина присоса Δα |
|---|---|
| Топочные камеры пылеугольных и газомазутных котлов: | |
| газоплотные | 0.02 |
| с металлической обшивкой труб экрана | 0.05 |
| с обмуровкой и металлической обшивкой | 0.07 |
| с обмуровкой и без обшивки | 0.1 |
| Топочные камеры слоевых топок: | |
| механические и полумеханические | 0.1 |
| ручные | 0.3 |
| Газоходы конвективных поверхностей нагрева: | |
| газоплотный газоход от топки до воздухоподогревателя (величина присоса распределяется равномерно по расположенным в газоходе поверхностям нагрева) | 0.02 |
| негазоплотные газоходы: | |
| фестон, ширмовый перегреватель | 0 |
| первый котельный пучок котлов производительностью ≤50 кг/с | 0.05 |
| второй котельный пучок котлов производительностью ≤50 кг/с | 0.1 |
| первичный перегреватель | 0.03 |
| промежуточный перегреватель | 0.03 |
| переходная зона прямоточного котла | 0.03 |
| экономайзер котлов производительностью >50 кг/с (каждая супень) | 0.02 |
| экономайзер котлов производительностью ≤50 кг/с: | |
| стальной | 0.08 |
| чугунный с обшивкой | 0.1 |
| чугунный без обшивки | 0.2 |
| трубчатые воздухоподогреватели | |
| котлов производительностью >50 кг/с (каждая супень) | 0.03 |
| котлов производительностью ≤50 кг/с (каждая супень) | 0.06 |
| регенеративные воздухоподогреватели (вместе "горячая" и "холодная" набивки) | |
| котлов производительностью >50 кг/с | 0.15 |
| котлов производительностью ≤50 кг/с | 0.2 |
| пластинчатые воздухоподогреватели (каждая супень) | 0.1 |
| Золоуловители: | |
| электрофильтры: | |
| котлов производительностью >50 кг/с | 0.1 |
| котлов производительностью ≤50 кг/с | 0.15 |
| циклонные и батарейные | 0.05 |
| скрубберы | 0.05 |
| Газоходы: | |
| стальные (каждые 10 п.м.) | 0.01 |
| кирпичные борова (каждые 10 п.м.) | 0.05 |
Расчетные величины присосов воздуха в системы пылеприготовления приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Система пылеприготовления | Среднее значение Δαпл |
|---|---|
| С бункером пыли под разрежением: | |
| с шаровыми барабанными мельницами при сушке горячим воздухом | 0.1 |
| с шаровыми барабанными мельницами при сушке смесью воздуха и дымовых газов | 0.12 |
| с молотковыми мельницами при сушке смесью воздуха и дымовых газов | 0.06 |
| со среднеходными мельницами | 0.06 |
| С горячим вдуванием пыли в топку | |
| при работе под разрежением | |
| с молотковыми мельницами | 0.04 |
| со среднеходными мельницами | 0.04 |
| с мельницами-вентиляторами и устройством нисходящей сушки | 0,2-0,25 |
| при работе под давлением | |
| с молотковыми мельницами | 0 |
| со среднеходными мельницами | 0 |
Экспериментально присосы воздуха в топку котла можно определить:
1) Количественно, в соответствии с РД 153-34.1-26.303-98 «Методические указания по проведению эксплуатационных испытаний котельных установок для оценки качества ремонта»
2) Визуально:
— с помощью зажженного переносного факела и создания повышенного разрежения в топке (порядка 70—100 Па) дымососом. Места неплотностей обнаруживаются по затягиванию в них пламени факела;
— нагнетанием давления (порядка 100—120 Па) дутьевыми вентиляторами в топочной камере и газоходах котла. Места неплотностей обнаруживаются по шуму, выходу дыма или на ощупь.
Откуда берутся присосы воздуха в котле и как они влияют на работу котлоагрегата
Через неплотности в обмуровке, в местах похода труб и креплений поверхностей нагрева к каркасу, в топку и конвективные газоходы котла подсасывается холодный воздух из помещения котельной. В дефектах сварных соединений, через сквозные отверстия в листах трубах, возникающие в результате коррозии в пластинчатых и трубчатых воздухоподогревателях, некоторая часть воздуха перетекает в дымовые газы. Все эти присосы воздуха, увеличивая коэффициент избытка воздуха, повышают объем уходящих газов. В итоге энтальпия уходящих газов повышается и, следовательно, увеличивается потеря тепла с уходящими газами.
Присосы холодного воздуха в конвективные газоходы котельного агрегата, повышая объем дымовых газов, приводят также к возрастанию скорости газов и в конечном итоге к повышению гидравлического сопротивления поверхностей нагрева. В результате роста объема дымовых газов и увеличения газовых сопротивлений расход энергии на тягу возрастает.
Присосы холодного воздуха приводят к увеличению потери тепла с уходящими газами не только вследствие увеличения объема дымовых газов, удаляемых в атмосферу, но также и потому, что они способствуют повышению температуры уходящих газов.
Холодный воздух, поступающий в газоходы котла через неплотности, в месте присосов снижает температуру газов и поэтому уменьшает тепловосприятие всех поверхностей нагрева, расположенных по ходу газов после места присосов. Вследствие этого за всеми последующими поверхностями нагрева энтальпия газов немного повышается. Например, в результате подсоса холодного воздуха в топку температуры в ней несколько снижаются. Так как тепловосприятие экранов происходит почти исключительно за счет излучения, то с понижением температуры газов в топке тепловая нагрузка их падает, и температура газов на выходе из нее и далее по всем газоходам повышается.
Присосы холодного воздуха непосредственно перед пароперегревателем снижают перегрев пара, но температуры газов за водяным экономайзером и уходящих газов повышаются. Присосы в газоходы водяного экономайзера также повышают температуру уходящих газов и в конечном счете, увеличивают потери тепла с уходящими газами.
При возрастании температуры газов на входе из топки может возникнуть шлакование экранов, фестона и даже труб пароперегревателя. Объем газов и газовые сопротивления зашлакованных конвективных поверхностей возрастают, приходится увеличивать нагрузку на дымосос или, если мощности его не хватает, снижать производительность котла или уменьшать избыток воздуха в топке. Снижение избытка воздуха в топке вызывает затягивание процесса горения топлива, так что догорание его иногда заканчивается в газоходах котла, потери с химическим и механическим недожогом возрастают. Ввиду того, что для уменьшения избытка воздуха в топке приходится снижать количество воздуха, проходящего через воздухоподогреватель, температура воздуха соответственно возрастает, теплообмен в воздухоподогревателе ухудшается, так как снижаются температурный напор и скорость воздуха (следовательно, и коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху). В результате температура уходящих газов за котлом повышается.