Энергетические ресурсы Земли (стр. 13 )

Пар сверхкритических параметров получают в так называемых пря­моточных котлах (рис.4.18,в). Особенностью таких котлов является отсутствие замкнутого контура циркуляции в парообразуюшей зоне, а также барабана. Весь пароводяной тракт прямоточного котла предс­тавляет собой разомкнутую гидравлическую систему, состоящую из последовательно соединенных экономайзерной, парообразующей и перегревательной зон. Рабочее тело проходит через все поверхности нагрева однократно. Прямоточные котлы могут производить пар не только сверхкритических, но и докритических параметров. Обычно прямоточные котлы на давление пара до 14 МПа строят паропроизводительностыо от 250 до 640 т/ч, а на давление 25 МПа и выше - паропроизводительностью до 3950 т/ч.

При отсутствии необходимости в паре в котельных применяются водогрейные котлы. Водогрейные котлы изготовляются теплопроизводительностыо от 4,5 (3,9) до 200 МВт (189 Гкал/ч) с подогревом воды на выходе из котла 150 и 200°С. Они бывают с естественной, прину-дительной и комбинированной циркуляцией, а также прямоточные.

На рис.4.19 приведена структурная схема газовой котельной с водогрейными котлами.

Экономичность работы котлов определяется степенью совершенс­тва организации процесса горения топлива и передачи теплоты от продуктов сгорания теплоносителю. Количество теплоты, которое мо­жет выделиться при полном сжигании 1 кг или 1 м3 топлива, называют располагаемой теплотой . В ориентировочных расчетах принимают =. Количество теплоты, которое воспринимается в котле теп­лоносителем, в расчете на 1 кг или 1 м3 сжигаемого топлива называют полезно используемой теплотой .

Для парового котла без учета потерь с продувкой

(4.41)

где G0 , Gne - расход свежего пара и пара промежуточного перег­рева, кг/с: hne , hnв - энтальпия перегретого пара и питательной воды, кДж/кг; , - энтальпия пара на входе и выходе из промежуточного пароперегревателя, кДж/кг; В - расход топлива, кг/с или м3/с.

Для водогрейного котла

(4.42)

где Wв - расход воды, кг/с; , - энтальпия воды, поступив­шей в котел и на выходе из него.

Рис.4.19. Структурная схема газовой котельной с водогрейными котлами:

1 - котеплоутилизатор; 3 - теплообменник горячей воды; 4 - бак-аккумулятор; 5 - теплообменник системы отопления; 6 - рецирку­ляционный насос; 7 - регулятор; 8 - сетевой насос; 9 - системы отопления; 10 - системы горячего водоснабжения; 11 - насос горяче­го водоснабжения; ДГ - дымовые газы

Для установившегося режима работы котла уравнение теплового баланса сжигаемого топлива имеет следующий вид:

(4.43)

или в процентах от

(4.44)

где - энергетические потери в котле, кДж/кг или кДж/м3 , а = / - удельные энергетические потери:

(4.45)

Здесь q2 - потери тепла с уходящими газами; q3 - потери тепла с химическим, недожогом топлива; q4 - потери тепла с механическим недожогом топлива: q5 - потери в окружающую среду: q6 - потери с теплотой шлаков.

КПД брутто котла:

(4.46)

Эффективность работы парового котла с учетом расхода энергии на собственные нужды (на привод дутьевых вентиляторов, дымососов, оборудования пылесистем, механизмов дистанционного и автоматичес­кого управления и др.) оценивается КПД котла нетто:

(4.47)

где Dhксн - доля затрат энергии на собственные нужды котла (Dhксн =2-5%)

Расход топлива на котел:

(4.48)

Надежная работа поверхностей нагрева котла в значительной степени зависит от качества воды, из которой вырабатывается пар. Питательная вода, подаваемая в котлы, включает конденсат отрабо­тавшего пара, добавочную воду (природную воду, восполняющую потери пара) и воду в пароводяном тракте установки.

Исходная природная вода, из которой приготавливается добавочная вода для котлов, содержит примеси в трех состояниях: раство­ренном, коллоидном и в виде механически взвешенных частиц. При па­рообразовании некоторые соли и перешедшие в воду продукты коррозии конструкционных материалов оседают на внутренних поверхностях наг­рева котла в виде плотной, трудно отделимой накипи. Накипь умень­шает коэффициент теплопередачи и суживает проходные сечения в тру­бах, что приводит к снижений экономичности и производительности установок, а в отдельных случаях к аварийному разрушению металла в

связи с его пережогом.

Другая часть примесей выпадает в объеме котловой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, составляющих подвижный осадок, который называется шламом. Третья часть примесей при определенных условиях может оседать в оборудовании потребителя, что снижает его экономичность и мощность, а также может привести к авариям.

Поддержание определенного водного режима котла осуществляется с помощью специальных методов обработки исходной природной воды, а также путем ввода в пароводяной тракт реагентов, предупреждающих накипеобразование, коррозию и обеспечивающих необходимую чистоту получаемого пара.

Процесс освобождения воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней солей и агрессивных газов называют водоподготовкой. Процессы водоподготовки включают осветление воды, фильтрование и коагуляцию, обработку воды методом осаждения и ион­ного обмена, умягчение (обессоливание) воды и ее обескремнивание. В большинстве случаев водоподготовка начинается с осветления воды в отстойниках или фильтрах для удаления из нее грубодисперс­ных примесей. В качестве фильтрующего материала используются дроб­леный антрацит, кварцевый песок и другие материалы.

Коагуляция предназначена для очистки воды от грубодисперсных и коллоидных примесей. В обрабатываемую воду вводят коагуляторы - сульфаты алюминия и железа Al2O3 и FeSO4, в результате гид­ролиза образуются хлопья Al(ОН)3 и Fe(OH)2, которые, адсорбируя на своей поверхности коллоидные вещества, выделяются в виде осад­ков. Далее производится осветление воды.

Осаждение используется для очистки воды от накипеобразующих солей кальция и магния. Добавляемые в воду реагенты-осадители (га­шеная или негашеная известь, едкий натр, углекислый натрий) всту­пают в химическое взаимодействие с солями кальция и магния и в ре­зультате образуют труднорастворимые соединения СаСО3, Мg(ОН)2, Са3(РО4)2, которые выпадают в осадок в виде шлама и удаляются из воды.

С обработкой воды известью совмещается процесс ее обескремнивания. В качестве обескремнивающих реагентов используют чаще всего каустический магнезит МgO. Кремнекислые соединения природных вод собираются гидрооксидом магния, выпадающим в осадок.

К методам осаждения относят также магнитный способ обработки воды. Он основан на явлении выпадания из воды солей кальция и маг­ния в виде шлама при прохождении ее через магнитное поле опреде­ленной напряженности и полярности.

Метод ионного обмена основан на применении практически не растворимых в воде веществ, называемых ионитами, которые обладают способностью адсорбировать из воды ионы загрязняющих ее примесей и отдавать в нее эквивалентное количество других ионов, введенных предварительно в состав ионита. При такой обработке воду пропуска­ют через фильтры, загруженные ионитами. В качестве ионитов приме­няют сульфоуголь и синтетические смолы.

Для котлов на высокие параметры пара требуется вода, из кото­рой удалены все растворенные соли. Наиболее широко применяемым способом водоподготовки для котлов таких параметров и типов явля­ется химическое или термическое обессоливание. При химическом обессоливании обрабатываемую воду последовательно пропускают сна­чала через катионитовый фильтр, в котором задерживаются катионы кальция, магния и натрия (Са2+,Мg2+ , Na2+), а затем через анионитовый фильтр, в котором задерживаются, анионы SO2-4, Cl и других растворенных солей. В результате получается вода, практически освобожденная от солей (обессоленная вода). Процесс терми­ческого обессоливания воды заключается в упаривании исходной воды и конденсации образующегося при этом пара. В результате соли оста­ются в воде, а полученный дистиллят является обессоленным. Терми­ческое обессоливание осуществляется в испарителях и паропреобразователях.

5. НОВЫЕ СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ

5.1. Развитие общества и необходимость новых способов

преобразования энергии

Мировое потребление энергии во всех ее видах находится в не­посредственной зависимости от численности населения. К 2000 г. на­селение Земли составит примерно 6 млрд. человек. По мере развития науки и техники повышается уровень цивилизации во всех странах. Человек в большей мере пользуется транспортом, который становится совершеннее и для которого требуется все больше энергии высокого качества. Наиболее распространенный вид транспорта в настоящее время - автомобили - подвергается критике из-за чрезмерного заг­рязнения атмосферы, приобретающего катастрофические размеры в крупных городах. В будущем автомобили, видимо, будут заменены электромобилями, потребляющими энергию более высокого качества и совершенно безвредными для окружающей среды. Тенденция к потребле­нию энергии более высокого качества характерна не только для авто­мобильного транспорта, но и для железнодорожного, водного, воздуш­ного. Развитие транспорта способствует расширению связей и сотруд­ничества между государствами, а следовательно, и широкому обмену в технических и культурных областях.