Тепловой баланс котельного агрегата

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в котельном аг­регате, представляет его тепловой баланс. То есть тепловой баланс котель­ного аг­регата представляет собой выражение закона со­хранения энергии для него.

Для работающего котельного агрегата тепловой баланс составляют на ос­новании результатов его теплового испытания с целью получения исход­ных данных для анализа эффективности работы агрегата и опре­деления его ко­эф­фициента полезного действия.

При тепловом расчете котельного агрегата его тепловой баланс со­с­тавляют, используя норма­тивные данные для того, чтобы оп­ределить расчет­ный часовой расход топ­лива для проектируемого котельного агрегата.

При сжигании твердого и жидкого топлива тепловой баланс котель­ного агрегата составляют либо в килоджоулях на 1 кг внесенного в ко­тел топлива, либо в процентах. При сжигании же газообразного топли­ва тепловой баланс со­ставляют либо в килоДжоулях на 1 м³ газа (при нормальных условиях), вве­ден­ного в топку, либо также в процентах.

Полное количество теплоты, вносимой в агрегат на 1 кг поступающе­го твердого или жидкого топлива, складывается из следующих трех основных со­ставляющих, кДж/кг:

1 - количество теплоты, выделяющейся при горении топли­ва, равное низ­шей теплоте сгорания топлива - Q_н^р;

2 - физической теплоты топлива - I_т;

3 - физической теплоты воздуха, поступающей в котел для поддержания процесса горения в топке - I_в.

При сжигании газообразного топлива приходная часть теплового баланса складывается из тех же составляющих с той особенностью, что низшая теплота сгорания относится к сухому топливу, т. е. к величи­не Q_н^с.

При сжигании твердого топлива внесенная в котельный агрегат теп­лота распределяется по следующим расходным статьям, кДж/кг:

1 - теплота, полезно использованная в котельном агрегате - Q₁;

2 - потеря теплоты с уходящими из котельного агрегата ды­мовыми газами - I_ух;

3 - потеря теплоты от химической неполноты сгорания - Q₃;

4 - потеря теплоты от механической неполноты сгорания - Q₄;

5 - потеря теплоты от наружного охлаждения агрегата (в ок­ружающую среду) - Q₅;

6 - потеря теплоты с физическим теплом шлака, удаляемого из топки - Q₆.

При сжигании жидкого топлива и газообразного топлива потери теплоты Q₄ и Q₆ от­сутствуют.

Тепловой баланс котельного агрегата составляют относительно не­кото­рого температурного уровня или, другими словами, относительно некоторой отправной температуры. Если в качестве этой температуры принять темпера­туру воздуха, поступающего в котельный агрегат, то в приходной части тепло­вого баланса исчезнет член I_в.

В результате общее уравнение теплового баланса котельного агре­гата при сжигании твердого топлива принимает вид

         , кДж/кг                       (6.1)

При этом во многих случаях при факельном сжигании твердого топ­лива можно не учитывать величины Q₆.

При сжигании жидкого и газообразного топлива общее уравнение теп­ло­вого баланса котельного агрегата принимает вид

 кДж /кг или кДж/м³                                     (6.2)

Если разделить почленно уравнения (6.1) и (6.2) на Q_р^р и умно­жить на 100, то можно для случая сжигания твердого топлива получить

                                     (6.3)

а для случая сжигания жидкого и газообразного топлива

                                      (6.4)

В этих уравнениях ,  и т. д.

В этой форме уравнения теплового баланса котельного агрегата да­ют процентное распределение располагаемого теплоты на 1 кг или на 1 м³ топлива по расходным статьям теплового баланса.

Теплота, использованная в котельном агрегате, определяется из балан­сового уравнения, отнесенного к 1 секунде работы агрегата:

 кВт                                          (6.5)

где В - секундный расход топлива на котельный агрегат, кг/сек или м³/сек; D - секундная производительность котельного агрегата, кг/сек; Q _к.а - количество теплоты, полученное в котельном агрегате питатель­ной водой при ее превращении в пар или горячую воду, вырабатываемые в котле, отнесенное к 1 кг произве­денного пара или горячей воды, кДж/кг. Левая часть этого уравнения выражает секундное количество ис­пользованной теплоты через расход топлива, а правая часть - через теп­лоту, полученную в котельном агрегате питательной во­дой.

Для котельных агрегатов, в которых производится перегретый пар, вели­чина Q_K._a выражается в виде

                                    (6.6)

Для котельных агрегатов, в которых получают насыщенный пар, ве­личина t_n._n заменяется величиной энтальпии насыщенного пара i".

Потерю теплоты с уходящими газами определяют как разность между эн­тальпиями продуктов сгорания, уходящих из котельного агрегата, и воздуха, поступающего в агрегат.

При сжигании жидкого и газообразного топлива q₄ = 0, и формулы (6.2) и (6.4) соответственно упрощаются.

Величину потери теплоты от химической неполноты сгорания в эксплу­ата­ции и при тепловых испытаниях котельных агрегатов находят по со­держанию в дымовых газах продуктов неполного сгорания, определенному на основе хими­ческого анализа дымовых га­зов. При проектировании же котельных агрегатов значением потери с химической неполнотой сгорания задаются в пределах 0,5-1,5%, руководствуясь нормами теплового расчета котельных агрегатов.

Величину потери теплоты от механической неполноты сгорания в эксплуата­ции и при тепловых испытаниях котельных агрегатов определяют по содержа­нию горючих веществ в шлаке и золе.  

 

9. Контрольные вопросы по шестой теме

 

1. Что такое котельная установка? Что входит в ее состав?

2. Что такой котел? Его назначение и основные составные части.

3. Классификация котельных установок по видам потребителей.

4. Классификация котельных установок по виду теплоносителей.

5. Классификация котлов по циркуляции теплоносителей в них.

6. Какие виды топлива сжигают в твердотопливных котлах?

7. Котлы для сжигания твердого топлива и его горение в них.

8. Что такое пиролизные котлы, как они работают?

9. Что такое пеллетные котлы? Их отличие от традиционных.

10.  Котлы для сжигания жидкого топлива и его горение в них.

11.  Котлы для сжигания газообразного топлива и горение в них.

12.  Что общее в применении жидкотопливных и газовых котлов?

13.  Что такое модульные котельные, в чем их преимущества?

14.  Назвать основные элементы паровых и водогрейных котлов.

15.  Особенности размещения котлов и дымоходов в зданиях.

16.  Что такое тепловой баланс котельного агрегата?

17.  Тепловой баланс котла при сжигании различного топлива.