ТЕПЛОВИЙ ТА ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНСИ КОТЛА.
Тепловий (енергетичний) баланс діючого котла складають за результатами балансових випробувань з метою аналізу ефективності роботи котла і визначення його ККД. При тепловому розрахунку проектованого котла тепловий баланс складають на основі нормативних даних з метою визначення витрати палива і ККД проектованого агрегату. У котельній техніці тепловий баланс приводять стосовно до 1 кг твердого і рідкого палива або 1 м3 газоподібного палива (при Т=273К і р=0,1013 МПа).
Тепловий баланс виражає рівність між прибутковою тепловою енергією, що називається наявною теплотою, і витратною.
Наявна теплота Qpр включає нижчу теплоту згоряння палива у розрахунку на робочу масу палива , фізичну теплоту, повітря, що надходить у повітропідігрівник Qп, і фізичну теплоту пари яка подається на розпил рідкого палива (якщо котел працює на рідкому паливі, розпилювання здійснюється парою) Qпар:
Qpр=Qpн+Qт+Qп+Qпар. (3.1)
В умовах сільськогосподарського виробництва Qpн>>Qт, Qп, Qпар. Тому без особливої похибки можна прийняти Qpр =Qpн .У цьому випадку рівняння теплового балансу має такий вигляд:
Qpн=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (3.2)
де Q1— корисно використана теплота;Q2,Q3,Q4,Q5,Q6—втрати теплоти відповідно із відхідними газами, від хімічної неповноти згоряння палива, від механічної неповноти згоряння палива, у навколишнє середовище та із шлаками, що видаляються з топки.
Поділивши обидві частини рівняння на Qpн і помноживши його на 100, одержимо вираз теплового балансу у процентах до наявної теплоти:
100 = q1+q2+q3+q4+q5+q6 (3.3)
де
Теплоту, кДж/кг, що корисно використана у паровому котлоагрегаті, визначають за формулою:
Q1= (3.4.)
де D—витрата пари, кг/с; В—витрата палива, кг/с; hп.п.;hп.в.; hк.в.— відповідно ентальпія пари, живильної та котлової води, кДж/кг; Р — величина безперервної продувки, %.
Теплота, кДж/кг, що корисно використана у водогрійних котлах:
Q1= (3.5.)
де h1 і h2— відповідно ентальпія води, що надходить у котел і виходить з нього, кДж/кг; Мв — витрата води, кг/с;
Втрати теплоти із відхідними газами:
Q2=(Нух-αухНох.п.)(100-q4)/100, (3.6)
де Нух і Нох.п— відповідно ентальпії продуктів згоряння і холодною повітря, кДж/кг; αух—коефіцієнт надлишку повітря за котлоагрегатом; 100-q4—поправка на механічний недопал палива.
Втрати із підхідними газами становлять 6...15 %, залежать від температури відхідних газів та їх обсягу. На об'єм відхідних газів суттєво впливає режим роботи топки (у першу чергу, коефіцієнт надлишку повітря у топці) і наявність підсосів повітря через нещільності в обмурівці котла, що призводить до збільшення значення αух. При проектуванні котлів температуру відхідних газів приймають рівною 400...450 К.
Втрати теплоти від хімічної неповноти згоряння палива Q2 спричинені тим, що у процесі горіння не всі елементи окислюються до кінцевих продуктів. Ці втрати становлять до 3 %. Вони визначаються за вмістом у димових газах продуктів неповного згоряння палива (в основному оксиду вуглецю, а також Н2, СН4, СmНn).
Втрати від механічного недопалу визначаються за вмістом у золі та шлаці горючих речовин. Залежно від способу спалювання і властивостей палива значення q4 коливається у межах 1...12 %. При шаровому методі спалювання палива втрата q4 більша, ніж при факельному.
Втрата теплоти в оточуюче середовище (0,5...З %) залежить від температури і площі зовнішніх поверхонь котельного агрегату. У котельній техніці цю втрату визначають залежно від продуктивності котлоагрегату.
Втрати з фізичним теплом шлаків залежать від кількості шлаків, що видаляють із котла, їх теплоємкості та температури. Звичайно значення q6 невелике і тільки при рідкому шлаковидаленні може досягти 1...5 %. В агропромисловому комплексі котли із рідким шлаковидаленням не застосовують і тому у цьому випадку можна прийняти q6=0.
Відношення корисно використаної у котлі теплоти до наявної теплоти визначають ККД котла брутто:
ηбрк.а.= (3.6.)
або
ηбрк.а.=100-Σqі.
Залежно від потужності котлів та розвинутості конвективних поверхонь нагріву вона становить 70...92 %.
Враховуючи втрати енергії на власні потреби котельні (привод насосів та вентиляторів, допоміжного обладнання), що складають З...4 %, одержимо ККД котла нетто:
ηнтк.а.=ηбрк.а-qс.н, (3.7.)
Витрата натурального палива В, кг/год або м3/год:
у паровому котлі —
В= (3.8.)
у водогрійному котлі —
В= (3.9.)
Витрата умовного палива, кг/год:
Вумов= (3.10.)
Ексергетичний баланс котла. Тепловий баланс котла дає кількісну картину розподілу наявної теплоти, в тому числі й розподіл теплових втрат, без урахування якості теплоти у складових балансу. Для оцінки ефективності роботи котла з позиції якості одержуваного теплоносія— пари чи гарячої води — складають ексергетичний баланс, який включає: енергію палива та повітря, енергію одержуваного теплоносія, енергії складових втрат теплоти.
Крім цих втрат, у ексергетичний баланс котла входять втрати енергії через необоротність процесу горіння, необоротність теплообміну і змішування потоків.
Ексергетичний ККД котла визначається виразом:
ηе= (3.11.)
де Е1, Ен—ексергія відповідно корисно використана і наявна, Дж/кг палива (або Дж/м3 палива); ΣΔЕі— сумарні втрати ексергії через необоротність процесів у котлі: горіння, теплообміну, змішування потоків, підсмоктування повітря через нещільності тощо.
Наявна ексергія у котлі Ен складається з ексергії палива Епал і повітря Еп, що подаються у топку:
Ен = Еп + Епал. (3.12.)
Втрати ексергії при горінні:
ΔЕг= Ен—Еа, (3.13)
де Еа — ексергія продуктів згоряння при адіабатній температурі.
Втрати ексергії при теплообміні:
ΔЕт=ΔЕ1—ΔЕ2, (3.14.)
де ΔЕ1— зменшення ексергії гріючого тіла (продуктів згоряння при передачі теплоти у котельній установці); ΔЕ2,—збільшення ексергії гріючого тіла (води та пари).
Втрати ексергії Езм під змішування потоків при різних їх температурах Та і Тв місце у результаті підсмоктування повітря по тракту котла:
Езм=Еа+Ев-Езм, (3.15)
де Еа і Ев - ексергії змішуваних потоків із температурами Та і Тв, Дж/(кг палива); Езм—ексергія потоку після змішування Дж/(кг палива).
Ексергетичний ККД котла дорівнює 45...47 %. При цьому основними втратами є втрати від нерівномірності процесу горіння (25...35%) та теплообміну (20...25 %), тоді як втрати ексергії із відхідними газами становлять лише ≈1 %. Збільшенню ексергетичного ККД сприяє оптимізація параметрів пари та підігріву повітря.
Дата добавления: 2014-12-16; просмотров: 2682;