Тепловой баланс котла

Эффективность использования подведённой к котлу теплоты

Тепловой баланс – равенство между подводимой к котлу и отводимой от него теплоты.

Рис. 8.1 Тепловой баланс котла

Приходная часть теплового баланса, кДж/кг:

Q_прих = Q_расп = Q_рн + ΔQ_гт + ΔQ_гв + Q_рп (8.1)

Q_расп – располагаемая удельная теплота; Q_рн – низшая удельная теплота сгорания рабочей массы топлива; ΔQ_гт – удельная теплота, полученная топливом в топливоподогревателе; ΔQ_гв – удельная теплота, полученная воздухом в воздухоподогревателе; Q_рп – удельная теплота, внесённая в топку паром при паровом распыле топлива.

Так как значения ΔQ_гт, ΔQ_гв, Q_рп малы относительно значения Q_рн, для упращения расчётов принимают Q_расп = Q_рн.

Расходная часть теплового баланса, кДж/кг:

Q_расх = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ (8.2)

Q₁ – удельная теплота, полезно Теплота, затраченная

использованная в котле; на производство пара.

Q₂ – потеря теплоты с уходящими из котла газами;

Q₃ – потеря теплоты от химической неполноты

сгорания топлива; Потери

Q₄ – потеря теплоты от механической неполноты теплоты.

сгорания топлива;

Q₅ – потеря теплоты в окружающую среду.

Для 1 кг топлива уравнение теплового баланса (принимая Q_расп = Q_рн) имеет вид:

Q_рн = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ (8.3)

Тепловой баланс составляют для установившегося режима работы котла на основании результатов теплотехнических испытаний с целью оценки его экономических показателей, а также при проектировании котла для определения расхода топлива и проверки правильности теплового расчёта.

Рис. 8.2 Схема потоков рабочих тел в

паровом котле:

1. Котёл.

2. Воздухоподогреватель.

3. Экономайзер.

4. Промежуточный пароперегреватель.

5. Пароперегреватель.

6. Испарительные поверхности нагрева.

7. Топка.

t хв, t гв – температура холодного и горячего воздуха.

При производстве влажного насыщенного пара (обычно во вспомогательных котлах) подводимая теплота расходуется на подогрев питательной воды до температуры насыщения и на превращение её во влажный насыщенный пар:

Q₁ = , (8.4)

D x – массовый расход насыщеннго пара, кг/с; ix – удельная энтальпия влажного насыщенного пара, кДж/кг; i пв – удельная энтальпия питательной воды, кДж/кг; В – массовый расход топлива, кг/с.

В общем случае (в основном в главных котлах) подводимая теплота расходуется на производство перегретого, охлаждённого и насыщенного пара, промежуточный перегрев пара (рис. 8.2) и на продувку котла:

Q₁ = , (8.5)

D_п, D_охл, D_х, D_вп, D_пр – массовый расход пара (паропроизводительность) перегретого, охлаждённого, насыщенного, вторично перегретого (после промежуточного пароперегревателя) и на продувку котла, кг/с.

i _п, i _охл, i_х, i _вп, i _п1, i _пр,– удельная энтальпия пара соответственно перегретого, охлаждённого, насыщенного, вторично перегретого, перегреваемого и на продувку котла, кДж/кг.

i _пв – удельная энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Отношение полезно использованной теплоты к подведённой определяет КПД котла:

η_к = , (8.6)

Подставив в формулу (8.6) значение Q₁ из формул (8.4) и (8.5), определим КПД котла по прямому тепловому балансу:

КПД котла в случае производства влажного насыщенного пара

η_к =

(8.7)

КПД котла в общем случае

η_к =

Метод прямого теплового баланса предполагает измерения параметров рабочего процесса, необходимых для определения Q₁. Для расчёта КПД по прямому балансу требуется определить расход топлива, расходы и удельные энтальпии пара различных состояний, что не всегда осуществимо в эксплуатационных условиях. Поэтому часто используют метод обратного теплового баланса, который предполагает определение потерь теплоты по измеренным параметрам, характеризующим эти потери.

Для этого все составляющие формулы (8.3) делятся на Q_рн и умножаются на 100%:

100 = 100; 100 = η_к; 100 = q ₂; 100 = q ₃; 100 = q ₄; 100 = q ₅

q ₂, q ₃, q ₄, q ₅ – относительные потери теплоты, %.

Тогда тепловой баланс и КПД котла:

η_к + q ₂ + q ₃ + q ₄ + q ₅ = 100,

η_к = 100 – (q ₂ + q ₃ + q ₄ + q ₅).

η_к характеризует экономичность работы самого котла и, в отличие от КПД всей котельной установки, не учитывает затраты энергии на работу механизмов и других обслуживающих технических средств.

КПД котельной установки:

η_уст = η_к – , (8.8)

D_отс – массовый расход пара на все технические средства обслуживающие котёл, кг/с;

i _отс – энтальпия пара на все технические средства, обслуживающие котёл, кДж/кг;

Q_эл – расход электроэнергии на привод технических средств, кВт.

Затраты энергии на обслуживающие котёл ТС составляют до 4 – 6% энергии расходуемого топлива.

Дата добавления: 2015-06-27