Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.

Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия выражается как отношение количества теплоты, воспринятого рабочей средой Q₁ к располагаемой теплоте, поступающей на горение рабочей массы топлива Q^p_p :

6.8

Такой метод определения КПД, когда при испытаниях котла непосредственно устанавливаются значения Q₁ и Q_p^p, называют методом прямого баланса.

Прямое определение КПД котла по формуле (6.8) может оказаться недостаточно точным и связано с большими трудностями при производстве измерений многих параметров, массовых расходов пара и топлива, определении теплоты сгорания топлива и дополнительных составляющих располагаемой теплоты. Среднеквадратичная ошибка прямого определения КПД котла зависит, главным образом, от точности нахождения средней теплоты сгорания сжигаемой массы топлива и расхода топлива на котел и составляет Δη = (3…4) · 10^-2, или 3…4%, отсюда истинный η^И_К может отличаться от полученного в испытаниях (опытного)

6.9

Если, например, η^И_К = 0,90 (90%), то возможное отклонение опытного КПД составит Δη = (2,7…3,6) · 10^-2, или 2,7…3,6%.

Коэффициент полезного действия котла брутто в процентах можно определить, установив сумму тепловых потерь при его работе

Такой метод определения называют методом обратного баланса. Погрешность определения КПД методом обратного баланса зависит от точности измерения тепловых потерь котлом. Каждая из них определяется с заметной погрешностью η_q = (4…5) · 10^-2, но относительная доля тепловых потерь составляет менее 1/10 общего теплового баланса.

В итоге

6.11

где абсолютная погрешность определения потерь Δq_ПОТ = s_q (1 - η^И_К ), и для вышеприведенного примера при η^И_К = 0,90 значение Δq_ПОТ = 0,4…0,5%.

Таким образом, определение КПД котла с большей точностью может быть сделано методом обратного баланса, т.е. через установление суммы его тепловых потерь. Этот метод является единственным при оценке тепловой экономичности проектируемого котла. Зная КПД котла, воспринятую теплоту рабочей средой в котле можно определить следующим образом

6.12

Отсюда, используя то же выражение Q₁ из (6.3), получим расход топлива на котел B, кг/с. На этот расход топлива рассчитывают топливоприготовительное оборудование. В самом котле в большинстве случаев сгорает не все топливо, поскольку имеются потери с механическим недожогом q₄.

Для определения действительных объемов образующихся продуктов сгорания вводят понятие расчетного расхода топлива, т.е. топлива, сгоревшего в топочной камере

6.13

Разность ΔB = В - В_p представляет собой количество несгоревшего топлива. При сжигании газового топлива и мазута полный и расчетный расходы топлив совпадают, так как потери q₄ невелики. С учетом точности определения расхода топлива и незначительного влияния малых отклонений расхода на тепловые характеристики котла принимается для твердых топлив, что при значениях q₄ < 2% можно не вводить поправки и считать B = B_p

Коэффициент полезного действия котла брутто характеризует совершенство работы собственно парового котла. Однако его нормальная работа обеспечивается большим количеством вспомогательных машин и механизмов, потребляющих часть вырабатываемой блоком (электростанцией) электроэнергии. Затраты энергии на них называют расходом на собственные нужды котельной установки. К ним относятся затраты энергии на дутьевые вентиляторы Э_Д.В дымососы Э_ДС , питательные электронасосы Э_ПЭН, механизмы пылесистемы Э_ПC и большое число электродвигателей дистанционного и автоматического управления Э_УПР.

Расход энергии на собственные нужды парового котла Э_С.Н, кВт·ч, можно записать в виде

6.14

Доля затрат энергии на собственные нужды от общей выработки электроэнергии, приходящейся на котел при его работе в блоке с турбиной

6.15

где η_Э.C - КПД выработки электроэнергии на электростанции; τ_РАБ - время работы котла, ч. Значения Δη_С.Н для мощного парового котла составляет 0,04…0,05, или 4…5%. Если вычесть из КПД котла брутто затраты энергии на собственные нужды, то получим КПД котла нетто, характеризующий эффективность работы котельной установки

6.16