Parni kotli - IIlab.fs.uni-lj.si/kes/energetska_proizvodnja/ep-predavanje-t06.pdf · Parni kotli - II. 2 Energetska proizvodnja Pretakanje vode in pare skozi kotel imenujemo cirkulacija

1 Energetska proizvodnja

Vsebina:- cirkulacija v kotlih - merilna in regulacijska oprema kotlov- kontrola zgorevanja- izkoristek in toplotne izgube kotlov

Parni kotli - II


Pretakanje vode in pare skozi kotel imenujemo cirkulacija. Pretakanje mora biti takointenzivno, da zanesljivo zagotovi odvajanje toplote, ki se iz plamena in vročih dimnihplinov prenaša skozi stene cevi v vodo in paro. Razlikujemo več načinov kroženjavode in pare skozi kotle:a) z naravno cirkulacijob) prisilno cirkulacijo in c) prisilnim pretokom.Pri naravni cirkulaciji voda sama, brez pomoči črpalk kroži od grelnikov vode skozi boben in uparjalnik ter nazaj v boben. Cirkulacijo iz bobna skozi uparjalnik in nazaj vboben imenujemo obtok. Pri naravni cirkulaciji je obtok mogoč zaradi različnih gostotvode v padnih ceveh in dvofaznega toka voda-para v ceveh uparjalnika.

Pri prisilni cirkulaciji vzdržuje obtok obtočna črpalka, vgrajena v padnem vodu obtoka.

Prisilni pretok je sistem značilen za kotle z najvišjimi parametri in nadkritičnim tlakom.Sistem nima bobna in cirkulacijskega obtoka. Ogrevani medij se skozi kotel pretaka brez notranjih obtokov.

Parni kotli - cirkulacija


Osnovni tipi cirkulacij v vodocevnih parnih kotlih

naravna cirkulacija prisilna cirkulacija prisilni pretok





naravna cirkulacija naravni obtok skozi uparjalnik

Tlačno razliko, ki nastaja zaradi vzgona oz. različnih gostot v padnih in dvižnih vodih računamo po enačbi:



Cirkulacijsko število C pokaže, kolikšen del masnega toka vode, ki je v obtoku, seupari pri enkratnem prehodu skozi uparjalnik.

V izrazu je razmerje med celotnim masnim tokom v obtoku in masnim tokom pare, ki nastane pri enkratnem prehodu celotnega toka skozi obtok.

Vrednosti cirkulacijskega števila za nekatere parne kotle:



Merilna in regulacijska oprema kotlov

Za varno, zanesljivo in kvalitetno obratovanje parnih kotlov uporabljamo avtomatskokrmiljenje in reguliranje. Merilno regulacijska oprema obsega merilne senzorje, inštrumente, pretvornike, zapirala, regulatorje, pogone, itd. Osnovni sistem reguliranja v parnih kotlih tvorijo trije med seboj povezani sistemi za:− reguliranje moči− reguliranje temperature sveže pare,− reguliranje napajanja

Merilno regulacijska (krmilna) oprema parnega kolta obsega v vsaki regulacijski zanki tri osnovne elemente:− merilni člen− regulator oz. krmilnik− izvršni člen



Merilni členi so merilni instrumenti, ki izmerjene veličine pretvarjajo v izhodni signal,napetost, tok, impulz, ... Regulator je element, ki poskrbi za odziv krmiljenega sistema tako, da regulira delovanjeizvršnih členov. Lahko so enostavni mehanski ali pa bolj kompleksni z računalniki.Izvršni členi obratujejo v skladu z impulzi iz regulatorja. Na energetskih postrojenjih uporabljamo kot izvršne člene ventile, lopute, črpalke, ventilatorje, itd., skupaj s pogoni.

Kotli manjših moči, npr. industrijski kotli imajo običajno štiri osnovne regulacijske zanke: − vzdrževanje nivoja vode v bobnu,− reguliranje temperature napajalne vode,− reguliranje temperatuire sveže pare in − reguliranje toplotne moči skupaj z reguliranjem tlaka sveže pare in razmernika zraka

za zgorevanje.



Regulacijske zanke pri industrijskem kotlu na naravno cirkulacijo

1

2

3

4

1 – vzdrževanje nivojavode v bobnu

2 – reguliranje temperaturesveže pare

3 – reguliranje obtežbe kotla4 – reguliranje tlaka v kurišču



Reguliranje temperature pare na strani pare lahko izvajamo s hlajenjem skozipovršine hladilnikov pare in z vbrizgavanjem kondenzata ali napajalne vode v tok pare. Paro hladimo le tedaj, ko je že pregreta in jo hladimo še preden doseže željeno temperaturo.

a) Reguliranje temperature sveže pare s površinskim hlajenjem (v bobnu)

Primeri izvedbe: reguliranje temperature pare pri industrijskih kotlih



b) Reguliranje temperature sveže pare z vbrizgavanjem napajalne vode v paro.


Kontrola zgorevanja

Pri kontroli zgorevanja merimo produkte zgorevanja, ocenjujemo kvaliteto zgorevanjain količino uporabljenega zgorevalnega zraka, ki spada med najbolj pomembne podatke.Količino zgorevalnega zraka določamo z razmernikom zraka λ. Okvirne priporočenevrednosti razmernika zraka so: − plinasta goriva, λ = 1,05− kapljevita goriva, λ = 1,1− trdna goriva, λ > 1,2

Bolj specificirane vrednosti razmernika zraka glede na vrsto goriva in vrsto kurjave so:


Kontrola zgorevanja

Neposredno določanje razmernika zraka: izračunamo ga na osnovi izmerjenevrednosti dejansko uporabljenega zraka za zgorevanje in izračunane teoretičneminimalne količine zgorevalnega zraka z enačbo:

minZ

Z

mm

ZmminZm

Metode posrednega določanja razmernika zraka temeljijo na merjenju vsebnosti CO2

ali O2 v dimnih plinih. Za izračun teoretičnih veličin moramo poznati elementno sestavogoriva. Z merjenjem npr. volumskega deleža CO2 v dimnih plinih lahko sprotno določamodejanski razmernik zraka po enačbi:

Vse vrednosti v enačbi razen merjenega CO2 izračunamo na osnovi podatkov elementnesestave goriva.

min

,0,

min2

,,max2 1)(

)(

Z

sd

Z

sod

VV

VCOVCO


Kontrola zgorevanja

Posamezne komponente v dimnih plinih ugotavljamo z analizatorji plinov. Ti inštrumenti delujejo po več principih: kemični, elektrokemični, elektromagnetni.

Pred pojavom elektronskih instrumentov je bil najbolj razširjen tako imenovani Orsatov aparat, pri katerem analiza plinov temelji na selektivni absorpciji plinov z različnimi reagenti. Kalijev hidroksid (kalijev lug) absorbira CO2 in SO2, pirogalol pa absorbira O2.


Kisikovi ioni potujejo iz strani zraka (večji parcialni tlak kisika) proti strani elektrode,ki je omočena z v dimnimi plini (nižji parcialni tlak kisika). Razlika potencialov na elektrodi se odrazi z napetostjo, ki jo merimo in za katero velja izraz:

Princip merjenja koncentracije kisika v dimnih plinih s cirkonijevo sondo

Kontrola zgorevanja


Buntejev diagram za kontrolo procesa zgorevanja

V kvadrat, ki ima stranice dolge 21 enot (%) vrišemo diagonalo. Na desno vertikalno stranico kvadrata vnesemo vrednost CO2max za gorivo, ki ga uporabljamo. Označeno vrednost horizontalno prenesemo na diagonalo in dobimo točko B, ki jo povežemo stočko C in dobimo linijo popolnega zgorevanja. Premico B – 0 razdelimo na 10 delov in dobimo skalo za 1/λ, recipročno vrednost razmernika zraka. Vnesemo izmerjeno vrednost volumskega deleža CO2 (premica 1-2) in nato še izmerjenovrednost volumenskega deleža O2 (premica 2-4). Grafični rezultati so: a) iz položaja točke 2 na diagonali izračunamo razmernik zraka, b) iz dolžine premice (3–4) v odstotkih izračunamo volumenski delež φ (CO) v dimnih

plinih po enačbi:

%3955,0

CO21)CO(

max,2

d

Kontrola zgorevanja

Energetska proizvodnja

Konstrukcija in uporaba Buntejevega trikotnika

Kontrola zgorevanja


Izkoristek in toplotne izgube kotlov

%100g

kk Q

Q

)( nvppk hhmQ

.igg HmQ

Pri obratovanju si prizadevamo, da bi v kotlu s čim manjšimi izgubami prenesli čim več toplote v ogrevani medij. Uspešnost teh prizadevanj opišemo z izkoristkom, ki garačunamo po dveh metodah, po direktni s toplotnimi tokovi in po indirektni metodi z izgubami.

Izkoristek po direktni metodi računamo kot razmerje toplotne moči kotla in toplotne moči goriva :

kQ

gQ

kjer je

in

Energetska proizvodnja

%100x

:kot definirane izgube kotlovske sokjer

%100

:metodi indirektni po kotla izkoristek za izraz dobimo

...100

je da ,privzamemo če

100)1(100100

i

1

211

1

11

g

x

n

iik

n

n

ii

g

n

iix

g

n

iix

g

n

iixg

g

kk

QQ

x

xxxxQ

Q

Q

Q

Q

QQ

QQ

i

Izraz za izkoristek po indirektni metodi izpeljemo iz enačbe za računanje izkoristkapo direktni metodi:

Kotlovska izguba je definirana kot razmerje med izgubljeno ali neizkoriščeno toploto in toploto dovedeno v kotel z gorivom.



Delimo jih na izgube zaradi neizkoriščene toplote xn in izgube zaradi izgubljene toplote xt :

V izrazu za izkoristek po indirektni metodi so zajete vse možne izgube, ki se pojavljajov kotlu med zgorevanjem in prehajanjem toplote iz vročih dimnih plinov na ogrevani medij:



Med vsemi izgubami je največja in praktično neizogibna izguba s toploto dimnih plinov, ki jih izpuščamo v kolico. Nastane, ker je temperatura dimnih plinov vedno višja od temperature okolice. Glede na definicijo računamo izgubo po izrazu:

i

g

d

md

vd

pd

H

mttcm

m

0

,

,

,

Tu so:

- masni tok dimnih plinov, ki nastane iz masnega toka goriva- masa vlažnih dimnih plinov, ki nastanejo iz 1 kg zgorelega goriva- srednja specifična toplota dimnih plinov med t0 in td- temperatura dimnih plinov- temperatura okolice- masni tok goriva- kurilnost goriva

[%]100)( 0,,

,ig

dmdpddt Hm

ttcmx

[%]100

)( 0,,,

i

dmdvddt H

ttcmx

in končno:



Izguba s toploto dimnih plinov določa velikost izkoristka. Določa jo masni tok dimnih plinovin njihova temperatura. Masni tok d.p. nastane iz masnega toka gorljivega dela goriva in masnega toka zgorevalnega zraka. Na velikost te izgube torej vplivajo: − količina zraka za zgorevanje, ki jo določamo z razmernikom zraka,− temperatura dimnih plinov in− kurilnost goriva.

Na izkoristek kotlov vplivajo tudi pogoji obratovanja. Neugodni pogoji obratovanja so:− večja nihanja obremenitev,− zaustavitve kotlov (in zagoni),− majhmo število obratovalnih ur,− zamazanost ogrevalnih površin.


Documents

Parni kotli - IIlab.fs.uni-lj.si/kes/energetska_proizvodnja/ep-predavanje-t06.pdf · Parni kotli - II. 2 Energetska proizvodnja Pretakanje vode in pare skozi kotel imenujemo cirkulacija