Общее уравнение баланса теплоты котла

Тема 1.3. Эффективность использования топлива. Тепловой баланс котельной установки

Общее уравнение баланса теплоты котла. Составляющие теплового баланса. Определение потерь теплоты; факторы, влияющие на их величину.

Коэффициент полезного действия котельной установки (КПД); «брутто» и «нетто». Определение расхода топлива.

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.

Q_прих = Q_расх

Для котельных установок тепловой баланс обычно составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива, или на 1м³ газа, находящегося при нормальных условиях (273 К и 0,1013 МПа). Статьи, входящие в уравнение теплового баланса, имеют размерность МДж/кг или МДж/м³.

Поступившую в котельный агрегат теплоту называют также располагаемойтеплотойи обозначают Q_р. В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде уравнения

Q_прих = Q^Р_н + Q_{ф. т} + Q_ф.в + Q_пар,

где Q^р_н - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг для твердого или жидкого топлива и МДж/м² для газа; Q_ф.т. – физическая теплота топлива, определяемая по формуле:

Q_ф.т = c_т∆t_т

где с_т – удельная теплоемкость топлива, МДж/(кг^.оС) или МДж/(м ^{. о}С); Dt_т - температура нагрева топлива, ^оС.

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

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 при паровом распыле мазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения горения в случае слоевого сжигания антрацита:

Q_пар=G_п (h_п-2, 51),

где G_п – расход пара на 1 кг топлива, кг. При паровом расплывании мазута G_п =0,3…0,35, кг/кг топлива, при сжигании антрацита и подаче пара под решетку G_п = 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 Q_пол, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и различные потери SQ_потерь, т.е.

Q_расх=Q_пол+SQ_потерь

Или Q_расх= Q_p =Q_пол +Q_у.г+Q_х.н+Q_м.н+Q_н.о +Q_ф.ш+Q_охл ± Q_акк,

Или Q_p^Р =Q₁ +Q₂+Q₃ +Q₄+Q₅ +Q₆

где Q_p^Р - рабочая располагаемая теплота котельного агрегата; Q_пол или Q₁ - полезно используемая теплота; Q_у.г или Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q_х.н или Q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания; Q_м.н или Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q_н.о или Q₅ - потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла; Q_ф.ш или Q₆ - потери теплоты с физической теплотой шлаков; Q_охл - потери теплоты с охлажденными элементами, не включенными в циркуляционную систему котла; Qакк - расход (знак «+») или приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q_акк =0.

Если обе части приведенного уравнения баланса умножить на 100% и разделить на Q^р_p, то получим при установившемся тепловом режиме котла

100 ^Qp/_Qp=^Qпол/_Qp 100+^Qу.г/_Qp100+^Qх.н/_Qp100+^Qм.н/_Qp100+^Qн.о/_Qp100+^Qф.ш/_Qp100+

+^{Q охл}/_Qp100

или

100=q_пол + q_у.г + q_х.н + q_м.н + q_н.о + q_ф.ш + q_охл,

где q_i=Qi/Q^p_р100- слагаемые расходной части теплового баланса, %.

Дата добавления: 2014-12-07