Уравнение теплового баланса котлоагрегата это

Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса котельного агрегата определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, который является важнейшей характеристикой энергетической эффективности работы котла.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревание воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Тепловой баланс котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты и суммой использованной теплоты и тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м 3 газа. Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Где Q_р/ р — теплота, которой располагают; Q₁ — использованная теплота; ∑Q_n — общие потери; Q₂ — потери теплоты с уходящими газами; Q₃ — потери теплоты от химического недожога; Q₄ — потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ — потери теплоты в окружающую среду; Q₆ — потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Q_p/ p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

В уравнении (19.4) величина q₁ представляет собой коэффициент полезного действия установки «брутто». Он не учитывает затраты энергии на обслуживание котельной установки: привод дымососов, вентиляторов, питательных насосов и прочие расходы. Коэффициент полезного действия «нетто» меньше КПД «брутто», так как он учитывает затраты энергии на собственные нужды установки.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (19.3) является суммой следующих величин:

где Q_B.BH — теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива. Эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухоподогревателе, то эта теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Q_пap — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива; Q_физ.т — физическая теплота 1 кг или 1 м 3 топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству

где β — отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р — средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха; при температуре воздуха до 600 К можно считать с_р = 1,33 кДж/(м 3 К); Т_г.вз — температура нагретого воздуха, К; Т_х.вз — температура холодного воздуха, принимаемая обычно равной 300 К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

где W_ф — расход форсуночного пара, равный 0,3 — 0,4 кг/кг; i_ф — энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r — теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

где с_т — теплоемкость топлива, кДж/(кгК); Т_т — температура топлива, К.

Значение величины Q_{физ. т} обычно незначительно и в расчетах учитывается редко. Исключением являются мазут и низкокалорийный горючий газ, для которых значение Q_физ.т существенно и должно обязательно учитываться.

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q _p /_р = Q р /_н. Слагаемые потерь тепла в уравнении теплового баланса котельного агрегата подсчитывают на основании равенств, приводимых ниже.

1. Потерю теплоты с уходящими газами Q₂(q₂) определяют как разность между энтальпией газов на выходе из котельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат (двоздухоподогревателя), т.е.

где V_r — объем продуктов сгорания 1 кг топлива, определяемый по формуле (18.46), м ₃ /кг; c_р.r, с_р.в — средние объемные изобарные теплоемкости продуктов сгорания топлива и воздуха, определяемые как теплоемкости газовой смеси (§ 1.3) с помощью таблиц (см. прил. 1); Т_ух, Т_х.вз — температуры уходящих газов и холодного воздуха; а — коэффициент, учитывающий потери от механического недожога топлива.

Котельные агрегаты и промышленные печи работают, как правило, под некоторым разрежением, которое создается дымососами и дымовой трубой. Вследствие этого через не плотности в ограждениях, а также через смотровые лючки и т.д. подсасывается из атмосферы некоторое количество воздуха, объем которого необходимо учитывать при расчете I_ух.

Энтальпию всего поступающего в агрегат воздуха (с учетом присосов) определяют по коэффициенту избытка воздуха на выходе из установки α_ух = α_т + ∆α.

Общий подсос воздуха в котельных установках не должен превышать ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Из всех потерь теплоты величина Q₂ — самая значительная. Величина Q₂ возрастает с увеличением коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, влажности твердого топлива и забалластированности негорючими газами газообразного топлива. Снижение присосов воздуха и улучшение качества горения приводят к некоторому уменьшению потери теплоты Q₂. Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура. Для снижения Т_ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева — воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т_ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров. С уменьшением Т_ух возрастает КПД и снижаются расход топлива и затраты на него. Однако при этом возрастают площади теплоиспользующих поверхностей (при малом температурном напоре площадь поверхности теплообмена необходимо увеличивать; см. § 16.1), в результате чего повышаются стоимость установки и эксплуатационные расходы. Поэтому для вновь проектируемых котельных агрегатов или других теплопотребляющих установок значение Т_ух определяют из технико — экономического расчета, в котором учитывается влияние T_ух не только на КПД, но и на величину капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Другой важный фактор, влияющий на выбор Т_ух, — содержание серы в топливе. При низкой температуре (меньше, чем температура точки росы дымовых газов) возможна конденсация водяных паров на трубах поверхностей нагрева. При взаимодействии с сернистым и серным ангидридами, которые присутствуют в продуктах сгорания, образуются сернистая и серная кислоты. В результате этого поверхности нагрева подвергаются интенсивной коррозии.

Современные котельные агрегаты и печи для обжига строительных материалов имеют Т_ух = 390 — 470 К. При сжигании газа и твердых топлив с небольшой влажностью Т_ух — 390 — 400 К, влажных углей

Т_ух = 410 — 420 К, мазута Т_ух = 440 — 460 К.

Влажность топлива и негорючие газообразные примеси являются газообразующим балластом, который увеличивает количество получающихся при горении топлива продуктов сгорания. При этом повышаются потери Q₂.

При использовании формулы (19.6) следует иметь в виду, что объемы продуктов сгорания рассчитывают без учета механического недожога топлива. Фактическое количество продуктов сгорания с учетом механической неполноты горения будет меньше. Это обстоятельство учитывают, вводя в формулу (19.6) поправочный коэффициент a = 1 — р₄/100.

2. Потеря теплоты от химического недожога Q₃(q₃). Газы на выходе из топки могут содержать продукты неполного горения топлива СО, Н₂, СН₄, теплота сгорания которых не использована в топочном объеме и далее по тракту котлоагрегата. Суммарная теплота сгорания этих газов и обусловливает химический недожог. Причинами появления химического недожога могут быть:

недостаток окислителя (α 3 .

Недостаток воздуха приводит в тому, что часть горючих элементов газообразных продуктов неполного горения топлива может вообще не сгорать из-за отсутствия окислителя.

Плохое перемешивание топлива с воздухом является причиной или местного недостатка кислорода в зоне горения, или, наоборот, большого его избытка. Большой избыток воздуха вызывает снижение температуры горения, что уменьшает скорости реакций горения и делает процесс сжигания неустойчивым.

Малое удельное тепловыделение в топке (q_v = BQ p_/ _н/V_т, где В — расход топлива; V_T — объем топки) является причиной сильного рас сеяния теплоты в топочном объеме и ведет к снижению температуры. Завышенные значения qv также вызывают появление химического недожога. Объясняется это тем, что для завершения реакции горения требуется определенное время, а при значительно завышенном значении qv время нахождения топливовоздушной смеси в топочном объеме (т.е. в зоне наиболее высоких температур) оказывается недостаточным и ведет к появлению в газообразных продуктах сгорания горючих составляющих. В топках современных котельных агрегатов допустимое значение qv достигает 170 — 350 кВт/м 3 (см. § 19.2).

Для вновь проектируемых котельных агрегатов значения qv выбирают по нормативным данным в зависимости от вида сжигаемого топлива, способа сжигания и конструкции топочного устройства. При балансовых испытаниях эксплуатируемых котельных агрегатов величину Q₃ рассчитывают по данным газового анализа.

При сжигании твердого или жидкого топлива величину Q₃, кДж/кг, можно определить по формуле(19.7)

3.Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄(g₄). При горении твердого топлива остатки (зола, шлак) могут содержать некоторое количество несгоревших горючих веществ (в основном углерода). В результате химически связанная энергия топлива частично теряется.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания включает ее потери вследствие:

провала мелких частиц топлива через зазоры в колосниковой решетке Q_пр (q_пр);
удаление некоторой части недогоревшего топлива со шлаком и золой Q_шл (q_шл);
уноса мелких частиц топлива дымовыми газами Q_ун (q_ун)

Потеря теплоты q_yн принимает большие значения при факельном сжигании пылевидного топлива, а также при сжигании неспекающихся углей в слое на неподвижных или подвижных колосниковых решетках. Значение q_ун для слоевых топок зависит от видимого удельного энерговыделения (теплонапряжения) зеркала горения q_R, кВт/м ₂ , т.е. от количества выделяющейся тепловой энергии, отнесенного к 1 м 2 горящего слоя топлива.

Допустимое значение q_R BQ р /_н/R (В — расход топлива; R — площадь зеркала горения) зависит от вида сжигаемого твердого топлива, конструкции топки, коэффициента избытка воздуха и т.д. В слоевых топках современных котельных агрегатов величина q_R имеет значения в пределах 800 — 1100 кВт/м₂. При расчете котельных агрегатов величины q_R, q₄ = q_np + q_шл + q_ун принимают по нормативным материалам. При балансовых испытаниях потерю теплоты от механического недожога рассчитывают по результатам лабораторного технического анализа сухих твердых остатков на содержание в них углерода. Обычно для топок с ручной загрузкой топлива q₄ = 5 ÷ 10%, а для механических и полумеханических топок q₄ = 1 ÷ 10%. При сжигании пылевидного топлива в факеле в котельных агрегатах средней и большой мощности q₄ = 0,5 ÷ 5%.

4. Потеря теплоты в окружающую среду Q₅ (q₅) зависит от большого числа факторов и главным образом от размеров и конструкции котла и топки, теплопроводности материала и талщины стенок обмуровки, тепловой производительности котлоагрегата, температуры наружного слоя обмуровки и окружающего воздуха и т. д.

Потери теплоты в окружающую среду при номинальной производительности определяют по нормативным данным в зависимости от мощности котлоагрегата и наличия дополнительных поверхностей нагрева (экономайзера). Для паровых котлов производительностью до 2,78 кг/с пара q₅ — 2 — 4%, до 16,7 кг/с — q₅ — 1 — 2%, более 16,7 кг/с — q₅ = 1 — 0,5%.

Потери теплоты в окружающую среду распределяются по различным газоходам котлоагрегата (топка, пароперегреватель, экономайзер и т.д.) пропорционально теплоте, отдаваемой газами в этих газоходах. Эти потери учитывают, вводя коэффициент сохранения теплоты φ = 1 q₅/(q₅ + ȵ_к.а) где ȵ_к.а — КПД котельного агрегата.

5. Потеря теплоты с физической теплотой удаляемых из топок золы и шлаков Q₆(q₆) незначительна, и ее следует учитывать только при слоевом и камерном сжигание многозольных видов топлива (типа бурых углей, сланцев), для которых она составляет 1 — 1,5%.

Потери теплоты с горячей золой и шлаком q₆, %, рассчитывают по формуле

где а_шл — доля золы топлива в шлаке; С_шл — теплоемкость шлака; Т_шл — температура шлака.

При факельном сжигании пылевидного топлива а_шл = 1 — а_ун (а_ун — доля золы топлива, уносимой из топки с газами).

Для слоевых топок а_{сл шл} = а_шл + а_пр (а_пр — доля золы топлива в «провале»). При сухом шлакоудалении температура шлака принимается Т_ш = 870 К.

При жидком шлакоудалении, которое наблюдается иногда при факельном сжигании пылевидного топлива Т_шл = Т_зол + 100 К (Т_зол — температура золы в жидкоплавком состоянии). При слоевом сжигании горючих сланцев к зольности Aр вводится поправка на содержание углекислоты карбонатов, равная 0,3 (СО₂), т.е. зольность принимается равной А_Р + 0,3 (СО₂) р /_к. Если удаляемый шлак находится в жидком состоянии, то значение величины q₆ достигает 3%.

В печах и сушилках, применяемых в промышленности строительных материалов, помимо рассмотренных потерь теплоты приходится учитывать также потери на прогрев транспортных устройств (например, вагонеток), на которых материал подвергается тепловой обработке. Эти потери могут доходить до 4% и более.

Таким образом, КПД «брутто» может быть определен как

Теплоту, воспринятую вырабатываемым продуктом (пар, вода), обозначим Qк.a, кВт, тогда имеем:

для паровых котлов

для водогрейных котлоагрегатов

Где D — производительность котла, кг/с; i_п.п — энтальпия перегретого пара (если котел вырабатывает насыщенный пар, то вместо i_п.в следует поставить (i_пн) кДж/кг; i_п.в — энтальпия питательной воды, кДж/кг; р — количество воды, удаляемой из котлоагрегата с целью сохранения допустимого содержания солей в котловой воде (так называемая непрерывная продувка котла), %; i — энтальпия котловой воды, кДж/кг; М_в — расход воды через котлоагрегат,кг/с; с_р.в — теплоемкость воды, кДж/(кгК); T_вых — температура горячей воды на выходе из котла; Т_вх — температура воды на входе в котел.

Расход топлива В, кг/с или м 3 /с, определяют по формуле

Объем продуктов сгорания (см. § 18.5) определяют без учета потери от механического недожога. Поэтому дальнейший расчет котельного агрегата (теплообмен в топке, определение площади поверхностей нагрева в газоходах, воздухоподогревателя и экономайзера) осуществляется по расчетному количеству топлива В_р:

(19.13)

При сжигании газа и мазута В_р = В.

Тепловой баланс котла: составляющие, уравнение

Энергия-СПБ

Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты.

Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Тепловой баланс котельного агрегата составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м3 газа.

Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Qp/p= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (19.3)

Где Qр/р – теплота, которой располагают; Q1 – использованная теплота; ∑Qn – общие потери; Q2 – потери теплоты с уходящими газами; Q3 – потери теплоты от химического недожога; Q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q5 – потери теплоты в окружающую среду; Q6 – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Qp/p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = 100% (19.4)

В уравнении (19.4) величина q1 представляет собой коэффициент полезного действия установки “брутто”. Он не учитывает затраты энергии на обслуживание котельной установки: привод дымососов, вентиляторов, питательных насосов и прочие расходы. Коэффициент полезного действия “нетто” меньше КПД “брутто”, так как он учитывает затраты энергии на собственные нужды установки.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (19.3) является суммой следующих величин:

Qp/p = Qp/н + Qв.вн + Qпар+ Qфиз.т (19.5)

где QB.BH – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива.

Эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухоподогревателе, то эта теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Qпap – теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива; Qфиз.т – физическая теплота 1 кг или 1 м3 топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству

QВ.BH = β V0Ср (Тг.вз – Тх.вз)

где β – отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; ср – средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха; при температуре воздуха до 600 К можно считать ср = 1,33 кДж/(м3К); Тг.вз – температура нагретого воздуха, К; Тх.вз – температура холодного воздуха, принимаемая обычно равной 300 К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

где Wф – расход форсуночного пара, равный 0,3 – 0,4 кг/кг; iф – энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r – теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

Qфиз.т – ст (Тт – 273),

где ст – теплоемкость топлива, кДж/(кгК); Тт – температура топлива, К.

Значение величины Qфиз. т обычно незначительно и в расчетах учитывается редко. Исключением являются мазут и низкокалорийный горючий газ, для которых значение Qфиз.т существенно и должно обязательно учитываться.

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Qp/р = Qр/н. Слагаемые потерь тепла в уравнении теплового баланса котельного агрегата подсчитывают на основании равенств, приводимых ниже.

1. Потерю теплоты с уходящими газами Q2(q2) определяют как разность между энтальпией газов на выходе из котельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат (двоздухоподогревателя), т.е.

где Vr – объем продуктов сгорания 1 кг топлива, определяемый по формуле (18.46), м3/кг; cр.r, ср.

в – средние объемные изобарные теплоемкости продуктов сгорания топлива и воздуха, определяемые как теплоемкости газовой смеси (§ 1.3) с помощью таблиц (см. прил. 1); Тух, Тх.

вз – температуры уходящих газов и холодного воздуха; а – коэффициент, учитывающий потери от механического недожога топлива.

Энтальпию всего поступающего в агрегат воздуха (с учетом присосов) определяют по коэффициенту избытка воздуха на выходе из установки αух = αт + ∆α.

Общий подсос воздуха в котельных установках не должен превышать ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Из всех потерь теплоты величина Q2 – самая значительная. Величина Q2 возрастает с увеличением коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, влажности твердого топлива и забалластированности негорючими газами газообразного топлива.

Снижение присосов воздуха и улучшение качества горения приводят к некоторому уменьшению потери теплоты Q2. Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура.

Для снижения Тух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева – воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Тух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров. С уменьшением Тух возрастает КПД и снижаются расход топлива и затраты на него.

Однако при этом возрастают площади теплоиспользующих поверхностей (при малом температурном напоре площадь поверхности теплообмена необходимо увеличивать; см. § 16.1), в результате чего повышаются стоимость установки и эксплуатационные расходы.

Поэтому для вновь проектируемых котельных агрегатов или других теплопотребляющих установок значение Тух определяют из технико – экономического расчета, в котором учитывается влияние Tух не только на КПД, но и на величину капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Другой важный фактор, влияющий на выбор Тух, – содержание серы в топливе.

При низкой температуре (меньше, чем температура точки росы дымовых газов) возможна конденсация водяных паров на трубах поверхностей нагрева.

При взаимодействии с сернистым и серным ангидридами, которые присутствуют в продуктах сгорания, образуются сернистая и серная кислоты. В результате этого поверхности нагрева подвергаются интенсивной коррозии.

Современные котельные агрегаты и печи для обжига строительных материалов имеют Тух = 390 – 470 К. При сжигании газа и твердых топлив с небольшой влажностью Тух – 390 – 400 К, влажных углей

Тух = 410 – 420 К, мазута Тух = 440 – 460 К.

При использовании формулы (19.6) следует иметь в виду, что объемы продуктов сгорания рассчитывают без учета механического недожога топлива. Фактическое количество продуктов сгорания с учетом механической неполноты горения будет меньше. Это обстоятельство учитывают, вводя в формулу (19.6) поправочный коэффициент a = 1 – р4/100.

2. Потеря теплоты от химического недожога Q3(q3). Газы на выходе из топки могут содержать продукты неполного горения топлива СО, Н2, СН4, теплота сгорания которых не использована в топочном объеме и далее по тракту котлоагрегата. Суммарная теплота сгорания этих газов и обусловливает химический недожог. Причинами появления химического недожога могут быть:

Тепловой баланс котла: составляющие, уравнение | Тепломонстр

В котлах, как и других отопительных установках, используется не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива.

Довольно большая часть тепла уходит вместе с продуктами горения в атмосферу, часть теряется через корпус котла и небольшая часть теряется из-за химического или механического недожога.

Под механическим недожогом понимаются потери тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами.

Схема основных источников теплопотерь.

В качестве эталонной величины прихода тепла принимают ту величину, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего топлива.

Если в котле используется твердое или жидкое топливо, то тепловой баланс составляют в килоджоулях относительно каждого килограмма израсходованного топлива, а при использовании газа — относительно каждого кубического метра. И в том, и в другом случае тепловой баланс может быть выражен в процентном отношении. Уравнение теплового баланса Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
где QT — общее количество термического тепла, которое поступило в топку котла;
Q1 — полезное тепло, которое используется для нагрева теплоносителя или получения пара;
Q2 — потери тепла, которое уходит вместе с продуктами горения в атмосферу;
Q3 — потери тепла, связанные с неполным химическим сгоранием;
Q4 — потери тепла из-за механического недожога;
Q5 — потери тепла через стенки котла и труб;
Q6 — потери тепла из-за удаления золы и шлака из топки.

Как видно из уравнения теплового баланса, при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют величины Q4 и Q6, которые характерны только для твердого топлива.

Если же тепловой баланс выразить в процентах от общей теплоты (QT=100%), то данное уравнение принимает вид:

Если разделить каждый член уравнения теплового баланса из левой и правой части на QT и умножить его на 100, то получится тепловой баланс в процентах от общего поступившего количества тепла:

Если в котле использовано жидкое или газообразное топливо, то потери q4 и q6 отсутствуют, уравнение теплового баланса котла в процентах принимает вид:

Следует рассмотреть каждый вид тепла и уравнения подробнее.

Тепло, которое было использовано по назначению (q1)

Схема принципа работы стационарного теплогенератора.

Теплом, которое используется для прямого назначения, считается то, которое тратится на нагрев теплоносителя, либо получение пара с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды. Наличие экономайзера значительно увеличивает величину полезного тепла, так как позволяет в большей степени использовать тепло, которое содержится в продуктах горения.

При работе котла увеличивается упругость и давление пара внутри него. От этого процесса зависит и температура кипения воды.

Если в обычных условиях температура кипения воды равна 100°С, то при повышении давления пара этот показатель увеличивается.

При этом пар, который находится в одном котле вместе с кипящей водой, называют насыщенным, а температура кипения воды при данном давлении насыщенного пара называется температурой насыщения.

Если же в паре отсутствуют капельки воды, то он называется сухим насыщенным паром. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре составляет степень сухости пара, выраженную в процентах. В паровых котлах влажность пара колеблется от 0 до 0,1%. Если же влажность превышает данные показатели, котел работает не в оптимальном режиме.

Полезное тепло, которое расходуется на нагрев 1 л воды от нулевой температуры до температуры кипения при постоянном давлении, называется энтальпией жидкости. Тепло, расходуемое на перевод 1 л кипящей жидкости в парообразное состояние, называется скрытой теплотой парообразования. Сумма этих двух показателей составляет общее теплосодержание насыщенного пара.

Потери тепла с продуктами горения, уходящими в атмосферу (q2) Данный тип потерь в процентном отношении показывает разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, поступающего в котел. Формулы определения этих потерь отличаются при использовании разных типов топливных веществ.

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

При использовании твердого топлива потери q2 составляют:

q2=(Iг-αг*Iв)(100-q4)/QT;
где Iг — энтальпия уходящих в атмосферу газов (кДж/кг), αг — коэффициент избытка воздуха, Iв — энтальпия воздуха, необходимого для горения, при температуре его поступления в котел (кДж/кг).

Показатель q4 вводится в формулу потому, что должно учитываться тепло, выделяемое при физическом сжигании 1 кг топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.

При использовании газообразного или жидкого топлива эта же формула имеет вид:

Потери тепла с уходящими газами зависят от состояния самого отопительного котла и режима работы. К примеру, при ручной загрузке топлива в топку потери тепла этого типа значительно увеличиваются из-за периодического притока свежего воздуха.

Потери тепловой энергии с уходящими в атмосферу дымовыми газами увеличиваются при увеличении их температуры и количества расходуемого воздуха. К примеру, температура уходящих в атмосферу газов при отсутствии экономайзера и воздухоподогревателя составляет 250-350°С, а при их присутствии — всего 120-160°С, что в несколько раз повышает величину полезно используемого тепла.

Схема обвязки котла.

С другой стороны, недостаточная температура уходящих продуктов горения может привести к образованию конденсата водяных паров на поверхностях нагрева, что также влияет на образование ледяных наростов на дымовых трубах в зимнее время.

Количество расходуемого воздуха зависит от типа горелки и режима работы. Если оно увеличено по сравнению с оптимальным значением, то это приводит к высокому содержанию воздуха в уходящих газах, который дополнительно уносит часть тепла.

Это неизбежный процесс, который нельзя прекратить, но можно довести до минимальных значений.

В современных реалиях коэффициент расхода воздуха не должен превышать 1,08 для горелок с полной инжекцией, 0,6 — для горелок с неполной инжекцией воздуха, 1,1 — для горелок с принудительной подачей и смешением воздуха и 1,15 — для диффузионных горелок с внешним смешением.

К увеличению потерь тепла с уходящим воздухом приводит наличие дополнительных подсосов воздуха в топке и трубах котла. Поддержание расхода воздуха на оптимальном уровне позволяет снизить величину q2 до минимума.

Чтобы минимизировать значение q2, необходимо своевременно чистить внешнюю и внутреннюю поверхность котла, следить за отсутствием накипи, которая снижает передачу тепла от сжигаемого топлива к теплоносителю, соблюдать требования к воде, используемой в котле, следить за отсутствием повреждений в котле и соединениях труб, чтобы не допустить притока воздуха. Использование дополнительных электрических поверхностей нагрева в газовом тракте расходует электроэнергию. Однако экономия от оптимального расхода топлива будет гораздо выше стоимости потребляемой электроэнергии.

Потери тепла от химического недожога топлива (q3)

Данный вид схемы обеспечивает защиту системы отопления от перегрева.

Главным показателем неполного химического сгорания топлива является наличие в отработанных газах окиси углерода (при использовании твердого топлива) или окиси углерода и метана (при сжигании газообразного топлива). Потери тепла от химического недожога равны тому теплу, которое могло бы выделиться при сжигании этих остатков.

Неполное сгорание топлива зависит от недостатка воздуха, плохого смесеобразования топлива с воздухом, снижения температуры внутри котла или при соприкосновении пламени горящего топлива со стенками котла. Однако излишнее повышение количества поступающего кислорода не только не гарантирует полное сжигание топлива, но может нарушить работу котла.

Оптимальное содержание окиси углерода на выходе из топки при температуре 1400°С должно составлять не более 0,05% (в пересчете на сухие газы). При таких значения теплопотери от недожога составят от 3 до 7% в зависимости от топлива. Недостаток кислорода может довести это значение до 25%.

Но необходимо добиваться таких условий, чтобы химический недожог топлива отсутствовал. Необходимо обеспечивать оптимальное поступление воздуха в топку, поддерживать постоянную температуру внутри котла, добиться тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом.

Наиболее экономичная работа котла достигается при содержании углекислого газа в продуктах горения, уходящих в атмосферу, на уровне 13-15% в зависимости от вида топлива. При избытке поступления воздуха содержание двуокиси углерода в уходящем дыме может снизиться на 3-5%, однако потери тепла при этом увеличатся.

При нормальной работе отопительного оборудования потери q3 равняются 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.

Потери тепла от физического недожога (q4) Данный вид потерь происходит из-за того, что несгоревшие частицы топлива проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в атмосферу. Потеря тепла от физического недожога напрямую зависит от конструкции котла, расположения и формы колосников, силы тяги, состояния топлива и его спекаемости.

Наиболее значительны потери от механического недожога при слоевом сжигании твердого топлива и излишне сильной тяге. В таком случае большое количество мелких несгоревших частиц уносится вместе с дымом.

Особенно хорошо это проявляется при использовании неоднородного топлива, когда в нем чередуются мелкие и крупные куски топлива. Горение каждого слоя получается неоднородным, так как мелкие куски сгорают быстрее и уносятся с дымом.

В образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает большие куски топлива. Они при этом покрываются шлаковой коркой и не выгорают полностью.

Потери тепла при механическом недожоге составляют обычно около 1% для пылеугольных топок и до 7,5% для слоевых топок.

Потери тепла непосредственно через стенки котла (q5) Данный вид потерь зависит от формы и конструкции котла, толщины и качества обмуровки как котла, так и дымоотводных труб, наличия теплоизолирующего экрана. Кроме того, большое влияние на потери оказывает конструкция самой топки, а также наличие дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте.

Эти потери тепла увеличиваются при наличии сквозняков в помещении, где стоит отопительное оборудование, а также от количества и длительности открытия топки и лючков системы. Снижение количества потерь зависит от правильной обмуровки котла и наличия экономайзера. Благоприятно на снижении потерь тепла сказывается теплоизоляция труб, по которым отработанные газы выводятся в атмосферу.

Потери тепла из-за удаления золы и шлака (q6) Данный тип потерь характерен только для твердого топлива в кусковом и пылевидном состоянии. При его недожоге частицы неостывшего топлива проваливаются в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепла. Эти потери зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.

Тепловой баланс котла — это величина, которая показывает оптимальность и экономичность работы вашего котла. По величине теплового баланса можно определиться с мерами, которые помогут экономить сжигаемое топливо и увеличить эффективность отопительного оборудования.

Самые популярные статьи блога за неделю

Расчет теплового баланса котла

Всем известно, что отопительные установки используют не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива. Потери тепла происходят сразу в несколько направлениях. Одна часть тепла уходит в окружающую среду, другая теряется через корпус котла, а третья (совсем небольшая) пропадает из-за химического или механического недожога.

Такой недожог включает в себя потерю тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами (та зола, которую мы с вами выгребаем из котла).

Тепловой баланс котла – это распределение тепловой энергии, которую котел делит на полезное тепло и теряемое. Полезное тепло – это та энергия, которая направляется на обогрев помещения.

За основную величину прихода тепла берется та, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего используемого в котле топлива.

Если вы применяете твердотопливный котел или котел на жидком топливе, то тепловой баланс вашего котла будет измеряться в килоджоулях на один килограмм потраченного топлива. Если же речь идет о газовом котле, то баланс будет измеряться в кубических метрах. Так же, тепловой баланс всегда можно измерить в процентах.

Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:

где QT — общее количество термического тепла, которое поступило в топку котла;

Q1 — полезное тепло, которое используется для нагрева теплоносителя или получения пара;

Q2 — потери тепла, которое уходит вместе с продуктами горения в атмосферу;

Q3 — потери тепла, связанные с неполным химическим сгоранием;

Q4 — потери тепла из-за механического недожога;

Q5 — потери тепла через стенки котла и труб;

Q6 — потери тепла из-за удаления золы и шлака из топки.

Из формулы мы видим, что при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют такие величины Q4 и Q6, так как они соответствуют только твердому топливу.

Если же вам будет проще тепловой баланс рассматривать в процентах от общей теплоты (QT=100%), то его определение будет осуществляться через следующую формулу:

Теперь, давайте рассмотрим каждый вид тепла и их уравнения поподробнее.

Если тепло используется напрямую для отапливания помещения или нагрева воды с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды, его называют полезным. Экономайзер способствует увеличению полезного тепла, так как он ориентирован на получение тепла из топлива в большей степени.

В период, когда котел работает, в нем усиливается упругость и давление пара, так же от работы котла зависит и конечная температура воды.

Соответственно, стандартная температура кипения воды равняется 100°С, но, если перевести котел на усиленный режим работы, то температура кипения возрастет.

При этом пар, который в этот момент находится в котле, будет называться насыщенным, а температура кипения у такой воды будет называться температурой насыщения.

Если при образовании пара, в нем не будут присутствовать капли воды, то такой пар принято называть сухим насыщенным паром. Его массовая доля во влажном паре, как правило, составляет от 0 до 0,1%. Если же этот показатель выше, то работа вашего котла осуществляется не в оптимальном режиме.

Энтальпия жидкости – это полезное тепло, расходуемое для нагрева одного литра воды от ее нулевой температуры до стандартной температуры кипения в 100°С при одном и том же давлении.

Скрытая теплота парообразования – это тепловая энергия, которая затрачивается для нагрева одного литра воды и перевода ее в пар. Именно сумма показателя энтальпии жидкости и скрытой теплоты парообразования составляет общее значение теплосодержания насыщенного пара.

Такие потери, если их перевести в процентное отношение, показывают разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, который поступает в котел.

В зависимости от видов топлива, применяется особая формула, которая позволяет определить степень эти потерь в процентах.

При использовании твердого топлива потери q2 составляют:

где Iг — энтальпия уходящих в атмосферу газов (кДж/кг), αг — коэффициент избытка воздуха, Iв — энтальпия воздуха, необходимого для горения, при температуре его поступления в котел (кДж/кг).

При использовании газообразного или жидкого топлива эта же формула имеет вид:

В зависимости от типа вашего котла, а так же от того режима, в котором он работает, зависят потери тепла с уходящими газами. Например, если вы топливо в котел загружаете вручную, то тепла потеряете больше, так как оно будет расходоваться на периодический приток свежего воздуха из окружающей среды (из-за открытия дверцы).

Так же потери тепла в атмосферу, уходящие с дымом, растут, если увеличивается их температура и количество расходуемого воздуха. Однако, здесь важно найти баланс, так как и недостаточная температура уходящих продуктов горения тоже вредна, она может привести к образованию конденсата. А конденсат очень опасен для практически всех типов котлов.

Количество расходуемого воздуха так же зависит и от типа горелки, установленной на вашем котле и от ее режима работы. Соответственно, если у вас горелка работает на повышенном режиме, то и в уходящих газах будет содержаться большее количество воздуха, что так же приведет к частичной потере тепла. К сожалению, такие потери неизбежны, однако, их можно просто минимизировать.

К настоящему времени приняты стандартные коэффициенты расхода воздуха, которые не должны быть выше следующих значений: 1,08 – для горелок с полной инжекцией, 0,6 – для горелок с неполной инжекцией воздуха, 1,1 – для горелок с принудительной подачей и смешением воздуха и 1,15 – для диффузионных горелок с внешним смешением.

Если вы будете поддерживать расход воздуха на оптимальном уровне, то вы приведете его потери к самому минимальному значению. Чтобы это осуществить, необходимо соблюдать следующие условия:

чистить котел (как снаружи, так и внутри);
следить за тем, чтобы не появлялась накипь;
соблюдать требования к той воде, которая заливается непосредственно в котел;
следить за отсутствием повреждений в самом котле и в трубах – это поможет вам минимизировать количество свежего воздуха, который проникнет в систему.

Если в отработанных газах наблюдается присутствие окиси углерода (относится только к твердому топливу) или окиси углерода и метана (относится только к газообразному топливу), это свидетельствует о неполном химическом сгорании топлива в системе.

Причины этого могут быть самые различные: нехватка воздуха, плохое смесеобразование топлива с воздухом, уменьшение температуры либо внутри самого котла, либо при соприкосновении огня со внутренними стенками котла.

Но, излишнее повышение кислорода не даст полной гарантии сжигания топлива и, дополнительно, может даже нарушить правильную работу котла.

Самое хорошее содержание окиси углерода в газах на выходе из топки при t=1400°С должно составлять 0,05%, не выше (в пересчете на сухие газы). При таком показателе теплопотери составят не более 7% (в зависимости от используемого в котле топлива). Потери тепла при нехватке кислорода могут доходить до 25%.

Самым лучшим будет полное отсутствие химического недожога. Этого можно достичь, обеспечив поступление воздуха в топку в нужном количестве, поддерживая температуру внутри котла на постоянной отметке и добиваясь тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом.

Работа котла считается самой экономичной, если уровень содержания углекислого газа в продуктах горения, попадающего в атмосферу, находится в пределах 13-15% (в зависимости от типа топлива), не выше.

Если ваша отопительная система работает в нормальном режиме, то потери q3 составят 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.

Такая потеря топлива происходит по тому, что его несгоревшие частицы проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в окружающую среду.

Если говорить о физическом недожоге, то его причинами могут служить:

конструкция котла;
место нахождение его колосников, а так же их форма;
уровень силы тяги;
состояние топлива и его спекаемости.

Больший недожог происходит именно из-за слоевого сжигания топлива (именно твердого), а так же очень сильной тяги, так как именно по этим причинам, с дымом уходит большое количество несгоревших частиц.

Особенно хорошо это видно, если вы в своем котле применяете неоднородное топливо, то есть то топливо, в котором чередуются мелкие и крупные куски.

Конечно, горение таких слоев будет проходить неодинаково, мелкие куски будут сгорать намного быстрее крупных и уноситься с дымом. А в образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает еще горячие крупные куски.

Такое топливо в котле покрывается шлаковой коркой и не выгорает полностью.

Они зависят от используемого котла, конструкции его топки, толщины и качества обмуровки котла и дымоотводных труб, наличия дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте, а так же наличия теплоизолирующего экрана.

Если в помещении, где установлен котел, присутствуют сквозняки, то уровень потерь через стенки котла резко возрастет. Однако, если у вас обмуровка котла выполнена хорошо, а так же присутствует экономайзер – вы сможете существенно снизить потери тепловой энергии.

Дополнительно, можно выполнить теплоизоляции тех труб, по которым отработанные газы выводятся на улицу.

Такие потери могут быть только у твердотопливных котлов, в которых применяют кусковое или пылевидное топливо.Если у него происходит недожог, то частицы неостывшего топлива просто попадают в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепловой энергии. Такие потери напрямую зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.

Тепловой баланс котла – это необходимая величина, с помощью которой можно рассчитать оптимальность и экономичность работы вашего котла. По уровню этой величины, всегда можно будет составить список мер, которые помогут вам сэкономить топливо, одновременно с этим увеличив эффективность всех отопительных элементов.

Тепловой баланс котла

Тепловой баланс котла выражается уравнением, устанавливающим численное равенство между количеством теплоты, подведенным к уста-новке и израсходованным в ней. На основании теплового баланса опреде-ляют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эф-фективность работы котельного агрегата.

Количество теплоты, подведенное к установке, или приходная часть баланса, складывается из теплоты сгорания (химической энергии) топлива, физической теплоты топлива и воздуха, поступающих в котельную уста-новку.

Количество теплоты, израсходованное в установке, или расходная часть баланса, состоит из суммы полезной энергии, полученной в виде па-ра или горячей воды, и потерь, неизбежно сопровождающих процессы преобразования и передачи энергии.

Уравнение теплового баланса имеет вид

Q3—потери теплоты от химической неполноты сгорания; Q4—потери те-плоты от механической неполноты сгорания; Q5 — потери теплоты в окру-жающую среду; Q6 — потери теплоты с физической теплотой шлака.

Левая часть уравнения теплового баланса является суммой следующих величин

вн — теплота, вносимая в котел с воздухом на 1 кг топлива (эта теп-лота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата, например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя; если воздух нагревается только в воздухонагрева-теле, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрега-та); Qпар — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на

1 кг топлива; Qфиз.т — физическая теплота 1 кг или 1 м3 топлива. Уравнение теплового баланса может быть представлено в процентах к

Количество полезно использованной теплоты рассчитывается по рас-ходу теплоносителя и изменению его энтальпии в котельной установке:

где D — паропроизводительность котла, кг/ч; грейных котлах, кг/ч; В — расход топлива, кг/ч; пара и воды, кДж/кг.

G —расход воды в водо-i —изменение энтальпии

Отношение полезно использованной теплоты к подведенной в уста-

новку называется коэффициентом полезного действия.

где Σqпот — сумма всех потерь теплоты в установке, %.

Основными в котельной установке являются потери теплоты с уходя-щими газами. Они обусловлены тем, что температура дымовых газов, по-кидающих установку, значительно превышает температуру окружающего воздуха.

Величина потерь теплоты с уходящими газами тем меньше, чем ниже их температура и меньше коэффициент избытка воздуха.

Для снижения этих потерь необходимо увеличить интенсивность теп-лообмена на конвективных поверхностях нагрева, увеличить размер этих поверхностей, а также уменьшить количество воздуха, поступающего в топку, ликвидировать неплотности газоходов котла.

Коэффициент избытка воздуха зависит от методов сжигания и способов организации топочных процессов.

Предельное минимальное его значение должно обеспечивать эффективное сжигание топлива и ограничивается необходимостью полно-го исключения потерь теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива.

Потери теплоты в окружающую среду обусловлены теплоотдачей на-ружных поверхностей котлоагрегата и зависят от размеров котла, качества обмуровки и изоляции теплоотдающих поверхностей.

С увеличением теп-лопроизводительности котлов возрастает их компактность, уменьшается размер наружных поверхностей, приходящихся на 1 МВт его производи-тельности.

Поэтому потери теплоты в окружающую среду для крупных котлов меньше, чем для мелких и составляют соответственно

Потери теплоты с физической теплотой удаляемых из топок котлов золы и шлака составляют незначительную величину и учитываются только при сжигании многозольного топлива. Они существенно увеличиваются при жидком шлакоудалении, достигая 1–2 %.

Суммарные потери теплоты в современных котлах в зависимости от их типа и производительности, вида топлива и методов его сжигания, ус-ловий эксплуатации составляют от 8-12 % до 25-30 %.

Меньшие значения потерь относятся к крупным котлоагрегатам с сжиганием пылевидного то-плива, а также работающим на газе и жидком топливе; большие значения потерь — к котлоагрегатам, оборудованным слоевыми топками, работаю-щим на многозольном топливе.

Дата добавления: 2016-06-15; просмотров: 3044;

Тепловой баланс котла

Здравствуйте, друзья! Уравнение теплового баланса котлоагрегата выражает соотношение между теплотой, получаемой при сжигании топлива, полезно используемой теплотой и тепловыми потерями в котлоагрегате. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива и на 1 нм3 газообразного топлива для стационарного режима, который устанавливается при длительной работе агрегата с постоянной нагрузкой.

Уравнение теплового баланса котлоагрегата имеет вид

где Qp — располагаемая теплота; Q1 — полезно использованное количество теплоты; Q2 — потери теплоты с уходящими газами; Q3 — потери от химического недожога; Q4 — потери от механического недожога; Q5 — потери теплоты в окружающую среду.
К.п.д. котельного агрегата брутто, не учитывающий затраты энергии на привод вентиляторов, дымососов, мельниц, насосов, определяется по формуле

К.п.д. брутто ηбр для котлоагрегатов малой производительности составляет 65—80%, а для мощных котлоагрегатов он достигает 90—94 %.
Располагаемая теплота Qp равна

где Qрн — низшая теплота сгорания топлива; Qв — теплота, вносимая с воздухом; Qт — физическая теплота топлива; Qп — теплота, вносимая с паром для распыливания топлива. При отсутствии подогрева воздуха и топлива вне котлоагрегата и парового распыления жидкого топлива Qp = Qрн.

Полезно используемая теплота представляет собой сумму теплоты, затраченной на производство пара, и теплоты, отводимой с продувочной водой, и находится из уравнения (1).
(1)

где D — паропроизводительность котлоагрегата; В — расход топлива; iп — энтальпия пара; i’ — энтальпия продувочной воды при температуре кипения; iп.в — энтальпия питательной воды; р — расход продувочной воды, задаваемый в процентах от паро производительности D. Потери теплоты газами q2 определяются по формуле:

где iух — энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/нм3; αух — коэффициент избытка воздуха за котельным агрегатом; q4 — потери от механического недожога.

Потери теплоты с уходящими газами являются наибольшими в котлоагрегате и с ростом температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха они увеличиваются.

Снижение температуры уходящих газов уменьшает эти потери. В современных котельных агрегатах, имеющих экономайзеры и воздухоподогреватели, температура продуктов сгорания снижается до 120—200° С, и потери теплоты с уходящими газами при этом составляют 8—12%.

Попадание воздуха через неплотности приводит к увеличению объема дымовых газов и потерь q2.

Наличие в продуктах сгорания окиси углерода СО (иногда также Н2 и СН4) свидетельствует о химической неполноте сгорания топлива.

Величину потерь от химического недожога q3 обычно находят по таблицам, в которых приводятся характеристики топочных устройств. При испытании котлоагрегата потери q3 определяют на основании химического анализа дымовых газов.

В современных котлоагрегатах при оптимальном режиме работы потери от химической неполноты сгорания составляют 0,2—0,5%.

Потери теплоты от механического недожога топлива q4 обусловлены наличием несгоревшего топлива в золе и шлаке. Эти потери при слоевом способе сжигания топлива зависят от конструктивных особенностей топки, зольности топлива и составляют 2—12%. В пылеугольных топках потери теплоты q4 составляют 2—5%, а при сжигании топлив с большим выходом летучих веществ они снижаются.

Потери теплоты в окружающую среду q3 зависят от паропроизводительности и габаритов агрегата, а также от температуры его наружных поверхностей.

В соответствии с правилами технической эксплуатации эта температура не должна превышать 70° С при температуре воздуха в котельной, равной 25° С. С увеличением производительности потери теплоты q5 в окружающую среду снижаются.

Например, при производительности котлоагрегата 10 т/ч потери q5 составляют 1,8%, а при производительности 200 т/ч — 0,5%.

Часовой расход топлива котельным агрегатом определяется из уравнения (1):

Значения энтальпии iп, iп.в и i’ находятся по таблицам для водяного пара.

Величина продувки р зависит от качества питательной воды, а также от допустимого солесодержания в барабане и изменяется от долей процента для мощных котлоагрегатов на электростанциях конденсационного типа до 2—5% на ТЭЦ и в промышленных и отопительных котельных. Исп.

литература: 1) Теплотехника, под общей редакцией И.Н. Сушкина, Москва, «Металлургия», 1973. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,”Вышейшая школа”, 1976.

Тепловой баланс котла

Эффективность использования топлива в котлах и котельных установках

Теплота͵ затрачиваемая на образование пара или нагревание воды, принято называть полезно используемой теплотой. Для паровых и водогрейных котлов она определяется, соответственно, по формулам:

Q1 =D ( i П– iПВ ) кДж / ч (3.1)

Q1 = СС

W ( tГ – t х )кДж / ч, (3.2)

Где Д и W – расходы пара и воды, кг / ч; iП, iПВ – энтальпии пара и питательной воды, кДж/кг; tГ и tХ– температуры горячей и холодной воды, 0С.

Вместе с тем работа котлов сопровождается рядом неизбежных тепловых потерь. Так, к примеру, выбрасываемые в атмосферу горячие дымовые газы имеют температуру 120 – 250 0С, что обуславливает потерю теплоты с уходящими газами Q2.

Важно заметить, что для снижения потери теплоты с уходящими газами нужно вести горение с минимальным расходом воздуха и тщательно уплотнять котел от присосов воздуха, чтобы уменьшить объём уходящих газов. Вместе с тем, котел крайне важно своевременно очищать от наружных загрязнений и накипи, чтобы глубоко охлаждать продукты сгорания.

Установка и развитие хвостовых поверхностей нагрева (экономайзеров, воздухоподогревателœей) приводит к значительному снижению потери Q2.

При горении топлива не всœе горючие элементы окисляются и часть химической энергии топлива не превращается в теплоту.

Эта потеря энергии принято называть потерей теплоты от химической неполноты сгорания топливаQ3. Снижению потери способствует совершенствование процессов подготовки и сжигания топлива.

Главная роль при этом отводится коэффициенту избытка воздуха, который для каждого котла имеет свое оптимальное значение.

При сжигании твердого топлива часть его не участвует в процессе горения, поскольку проваливается под колосниковую решетку, выносится из топки c газами и со шлаком. Такие потери энергии в совокупности называются потерей теплоты от механической неполноты сгорания топливаQ4.

Обмуровка котла снаружи имеет температуру значительно выше температуры окружающего котел воздуха (до 50-60 0С). По этой причине возникает потеря теплоты от наружного охлаждения котла Q5.

При удалении горячего шлака из котла вместе со шлаком теряется теплота Q6.

Количественное распределœение теплоты, вносимой в котел, на полезно используемое и отдельные потери устанавливает общее уравнение теплового баланса котла:

Qнр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 +Q6 кДж / кг (3.3)

В случае если обе части уравнения разделить на низшую теплоту сгорания и умножить на 100%, то получим уравнение теплового баланса в форме:

q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = 100 % (3.5)

Входящие в уравнение величины имеют следующие числовые значения:

– полезно используемая теплота q1= 60 ÷ 93 %;

– потеря теплоты с уходящими газами q2 = 5 ÷ 25 %;

– потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 = 0,5÷3 %;

– потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 = 5÷10;

– потеря теплоты от наружного охлаждения котла q5 = 1,5÷6 %;

– потеря теплоты со шлаком q6 = 0,5÷1,5 %.

Общее уравнение теплового баланса отопительного котла

Целями составления теплового баланса отопительного котла являются определение значений всех приходных и расходных статей баланса; расчет КПД отопительного котла; анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы отопительного котла. На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по повышению энергетической эффективности отопительного котла.

В отопительном котле при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива в отопительном котле расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие тепловых потерь.

В соответствии с законом сохранения энергии между приходом и расходом теплоты в отопительном котле должно существовать равенство, т.е.

Для отопительных котлов, работающих на газообразном и жидком топливах, тепловой баланс обычно составляют на 1 м3 газа или на 1 кг жидкого топлива, находящегося при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м3 для газообразного и МДж/кг для жидкого топлива.

Поступившая в отопительный котел теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой. В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

Qприх = Qpp= Qнp (Qнс ) + Qф.т + Qф.в + Qпар,

где Qнp — низшая теплота сгорания жидкого топлива в отопительном котле на рабочую массу, МДж/кг; Qнс — низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м3; Qф.т — физическая теплота топлива; Qф.в — то же, воздуха; Qпар — теплота, вносимая в топку котла с паром.

Физическая теплота топлива Qф.т определяется по формуле:

где cт — удельная теплоемкость топлива, для мазута или для газа; Δtт — температура нагрева топлива, °С.

Мазут для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80…120°С, поэтому физическая теплота учитывается при выполнении расчетов.

Учет Qф.т проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200…300°С).

Физическая теплота воздуха Qф.в учитывается лишь при подогреве его вне отопительного котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нем дополнительного топлива).

Теплота, вносимая в топку отопительного котла с паром, Qnap при паровом распылении мазута учитывается в виде формулы

где Gп — расход пара, кг, на 1 кг топлива (при паровом распылении мазута Gп = 0,3…0,35 кг/кг); hп — энтальпия пара, МДж/кг; 2,51 — примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих отопительный котел, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Qпол в отопительном котле, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери ∑Qпотерь, т.е.

Qрасх = Qpp = Qпол + ∑Qпотерь = Qпол + Qу.г + Qх.н + Qн.о

Qpp= Qпол + Qу.г + Qх.н + Qн.о,

где Qpp— располагаемая теплота отопительного котла; Qу.г — потери теплоты отопительного котла с уходящими газами; Qх.н — потери теплоты отопительного котла от химической неполноты сгорания топлива; Qн.о — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла.

Если обе части приведенного уравнения умножить на 100% и разделить на Qpp, то получим при установившемся тепловом режиме котла

100% = qпол + qу.г + qх.н + qн.о

Производственная компания «Спецгазпром» готова провести комплексную модернизацию Вашего котельного оборудования с установкой высокоэффективных горелочных устройств SF, а также новейшей автоматики регулирования и безопасности котла.

Предварительный подбор Горелочных устройств SF на типоряд котлов находится здесь.

25 Тепловой баланс парового котла

4.4. Тепловой баланс парового котла.

Тепловой баланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характеризуется равенством между количествами подведенной (располагаемой) и расходуемой теплоты: Qприх = Qрасх Обычно тепловой баланс составляют на единицу количества сжигаемого топлива 1 кг твердого или жидкого, либо 1 м3 газообразного топлива, взятый при нормальных условиях. С учетом этого и пренебрегая физической теплотой топлива и холодного воздуха, можно считать

Здесь Qrt — низшая теплота сгорания единицы топлива в рабочем состоянии.

Часть теплоты, затрачиваемая на подогрев, испарение воды и перегрев пара, составляет использованную теплоту Qiостальное — потери. В итоге уравнение теплового баланса котла будет иметь вид

где Q2, Q3, Q4, Q5 — потери теплоты соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от механического недожога, через ограждения топки и конвективных газоходов.

В процентах от располагаемой теплоты Q[ тепловой баланс может быть записан так (см. § 17.1):

100 = q1+q2+q3+q4+Q5 (18.6)

Тепловой баланс парового котла с обозначением основных составляющих приходной и расходной частей приведен на схеме рис. 18.12. Замкнутый контур на рисунке представляет теплоту горячего воздуха Qr в, забираемую от продуктов сгорания при относительно низкой температуре и передаваемую в топку.

Доля теплоты, использованной в котельном агрегате (переданной воде и пару) , есть коэффициент полезного действия котла брутто т)к (так называют КПД, подсчитанный без учета затрат энергии на собственные нужды).

Теплота Q1 воспринятая водой и паром в котле, может быть определена из уравнения

Здесь hne и hnb — энтальпии перегретого пара и питательной воды.

Рассматривая выражение (18.9) совместно с (18.7), нетрудно получить формулу для расчета расхода топлива, В:

Величина г|к взята здесь в долях единицы.

По формуле (18.7) КПД котла подсчитывают по данным балансовых испытаний (прямой баланс), позволяющих точно измерить расход топлива в установившемся (стационарном) режиме работы. Поэтому испытанию котла должна предшествовать длительная его работа с постоянной нагрузкой, при которой и проводится испытание. Формула (18.

8), называемая формулой обратного баланса, используется в расчетах проектируемого котла. При этом каждая из составляющих q, принимается по рекомендациям [16], разработанным на основе многократных испытаний Котлов в условиях, аналогичных проектным. Эта формула используется также в случаях, когда не представляется возможным точно замерить расход топлива.

Современные котлы являются довольно совершенными агрегатами; их КПД превышает 90%.

Уравнение теплового баланса котлоагрегата это

Целями составления теплового баланса котельного агрегата являются:

• определение значений всех приходных и расходных статей баланса;

• расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата;

• анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по повышению энергетической эффективности котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов горения. Выделившаяся теплота расходуется на выработку полезной теплоты пара или горячей воды и на компенсацию тепловых потерь. В соответствии с законом сохранения энергии должно соблюдаться равенство прихода и расхода теплоты в котельном агрегате, т.е.

Для котельных установок тепловой баланс обычно составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива, или на 1 м3 газа, находящегося при нормальных условиях (273 К и О, I013 МПа). Статьи, входящие в уравнение теплового баланса, должны иметь размерность МДж/кг или МДж/м3.

Поступившую в котельный агрегат теплоту называют также располагаемой теплотой и обозначают Q PP . В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде уравнения

где С T — удельная теплоемкость топлива, МДж/(кг-°С) или МДж/ (м3-°С); Ат температура нагрева топлива, °С.

Физическая теплота твердого топлива, имеющего обычно низкую температуру (около 20 °С), в балансе не учитывается. Жидкое топливо (мазут) для снижения вязкости и улучшения распыла поступает в топку подогретым до температуры 80. 120°С, потому его физическая теплота при выполнении расчетов учитывается. Учет Qф.т ведется при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева до 200. 300 С.

Q ф.в — физическая теплота воздуха учитывается лишь при подогреве его вне котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нем дополнительного топлива);

Q пар — теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распылевамазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения горения в случае слоевого сжигания антрацита:

где G п — расход пара на 1 кг топлива, кг. При паровом распыливании мазута G п — 0,3. .0,35, кг/кг топлива, при сжигании антрацита и подаче пара под решетку G n = 0,2. 0,4 кг/кг топлива; h п — энтальпия пара, МДж/кг; 2,51 — примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Qпол, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и различные потери ΣQ потepь , т.е.

где Q PP — располагаемая теплота котельного агрегата; Q у.г — потери теплоты с уходящими газами: Q х.н — потери теплоты от химической неполноты сгорания; Q м.н — потери теплоты от механической неполноты сгорания: Q н.o — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла; Q ф.ш — потери теплоты с физической теплотой шлаков; (Q охл — потери теплоты с охлаждаемыми элементами, не включенными в циркуляционную систему котла; Q.dKK — расход (знак «+») или приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Qакк = 0.

Если обе части приведенного уравнения баланса умножить на 100% и разделить на Q

получим при установившемся тепловом режиме котла.

где — слагаемые расходной части теплового баланса, %.

источники:

http://applesakhalin.ru/ustanovka/teplovoj-balans-kotla-sostavlyayushhie-uravnenie.html

http://www.sites.google.com/site/boilerplants/4-teplovoj-balans-kotelnogo-agregata/1