Составление теплового баланса котельного агрегата.

Цель занятия: Научиться составлять тепловые балансы котельных установок

Для определение оптимальных режимов котельного агрегата необходимо составить его тепловой баланс. В общем случае тепловой баланс котла, работающего в установившемся режиме, отнесенный к 1 м³ или 1 кг сжигаемого топлива, выражается равенством,

Q_н + Q_ф.т + Q_ф.в = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₅, ккал/м³, ккал/кг (5.1)

где Q_н – низшая теплота топлива;

Q_ф.т – физическая теплота топлива;

Q_ф.в – физическая теплота воздуха;

Q₁ – полезно используемая теплота;

Q₂ – теплота, теряемая с уходящими газами;

Q₃ – теплота, теряемая вследствие химической неполноты сгорания;

Q₅ – теплота, теряемая наружными поверхностями котла в окружающее пространство.

В дальнейшем для простоты будем рассматривать только случаи применения газового топлива.

Физическая теплота, внесенная газом и воздухом в котел, обычно учитывается не в приходной части теплового баланса, а соответствующим уменьшение количества теплоты, теряемой с уходящими газами. Физическая теплота предварительно подогретого воздуха учитывается в приходной части теплового баланса только в том случае, если он подогрет вне котла. С учетом вышеизложенного равенство (5.1) в процентных соотношениях примет вид

и т.д. (5.2)

Для определения КПД применяют методы составления прямого и обратного теплового баланса. В первом случае определяют непосредственно q₁, для чего необходимо измерять параметры и количество выработанного пара или нагретой воды, количество, температуру, состав сожженного топлива. При этом неизвестными остаются значения других составляющих теплового баланса q₂, q₃, q₅. Указанные измерения трудоемки.

Теплопроизводительность котла за 1 ч. определяют по формуле

, (5.3)

где V_r – количество газа, сожженного за указанный период времени, м³/ч;

η_бр – КПДкотла (брутто).

Полезно использованную теплоту в расчете на 1 м³ сжигаемого газа для паровых котлов определять по формуле

, (5.4)

при выработке насыщенного пара и продувке не более 2 % (с некоторым приближением)

; (5.5)

для водогрейных котлов

, (5.6)

где D_п.п, D_н.п – количество перегретого и насыщенного пара, кг/ч;

i_п.п, i_н.п, i_к.в – энтальпии перегретого и насыщенного пара, питательной и котловой воды, ккал/кг;

G_пр – расход продувочной воды, кг/ч;

G_в – расход воды через водогрейный котел, кг/ч;

t₁, t₂ – температура воды на входе в котел и на выходе из него, ⁰С;

с – теплоемкость воды, принимаемая равной 1.( ккал/кг⁰С).

Для определения энтальпий перегретого и насыщенного пара, а также воды при различных температурах и давлениях необходимо пользоваться соответствующими таблицами, приводимыми в технической литературе. Для обеспечения точности расчетов необходимо определять паросодержание (влажность) и энтальпию воды. Методы определения изложены также в книге Д.Н. Кемельмана и Н.Б. Эскина «Наладка котельных установок» (1989).

По методу обратного теплового баланса раздельно определяют потери теплоты с отходящими газами и вследствие химической неполноты сгорания по данным температуры и состава уходящих газов. Погрешности этих измерений не должна превышать 1,5 %. Вместе с тем наличие данных прямого баланса позволяет проверить сходимость КПДпо двум методам.

КПД котла брутто, характеризующий выработанную в котле теплоту, выражается формулой

. (5.7)

потери теплоты с уходящими газами можно определить по формуле

, (5.8)

где с_с.r, с_в.п – средневзвешенная объемная теплоемкость сухих газов и средняя теплоемкость водяного пара в интервале температур от 0⁰С до t_о.r,

ккал/(м³ּ⁰С);

t_о.r – температура отходящих газов за котлом (экономайзером, воздухоподогревателем); ⁰С;

t_в – температура воздуха, поступающего на горение, ⁰С.

Теплоемкость смеси газов с_см определяют по формулам или таблицам.

Методика составления теплового баланса предложенная профессором М.Б. Равичем (Россия) основана на использовании обобщенных топливных характеристик [9], мало меняющихся для определенных групп топлив. Эти характеристики значительно меньше колеблются при изменении элементарного состава горючей массы топлива, а также его зольности и влажности по сравнению с такой сильно изменяющейся величиной как теплота сгорания топлива и его состав, которыми пользуются при обычных теплотехнических расчетах.