4 Расчёт теплового баланса котла

4.1 Тепловой баланс парогенератора определяет равенство между, количеством тепла внесённым в топку при сжигании 1кг топлива с одной стороны, теплом полезно используемым и потерями тепла Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ с другой т.e.

, кДж/кг (4.1)

Тепловой баланс парогенератора может быть выражен в процентном соотношении, для чего нужно правую и левую часть уравнения (4.1) разделить на и умножить на 100.

, % (4.2)

где %; %; и т.д.

Представление баланса в формуле (4.2) удобно для анализа эффективности использования топлива в парогенераторе.

4.1.1 Количество вносимого в парогенератор тепла по уравнению прямого теплового баланса.

, кДж /кг (4.3)

где – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг(см. формулу 2.1);

_. – тепло, вносимое с воздухом, подогретым вне парогенератора (например, калориферах), если весь воздух, подогрет в парогенераторе продуктами сгорания, то величина ;

– физическое тепло топлива, т.е. количество тепла, которое может выделиться при охлаждении 1кг топлива от температуры, при которой оно вносится в топку до температуры окружающей среды, кДж/кг. Величина – учитывается при паровом подогреве мазута или сушке твердого топлива

, кДж/кг (4.4)

где – удельная теплоёмкость топлива, кДж/кг °С;

– температура топлива, °С (для мазута t_м = 120 – 130 °С);

– температура холодного воздуха из окружающей среды, °С.

Теплоёмкость жидкого топлива (мазута) рассчитываемая по следующей зависимости

, кДж/кг

Q_ф – тепло, поступающее в топку с паром, используемым для распыла жидкого топлива, кДж/кг.

, (4.5)

где и – расход и энтальпия пара идущего на дутьё или распыливание топлива, кг/кг и кДж/кг. Для паровых форсунок расход пара на распыливание составляет 0,3 ÷ 0,35 кг/кг.

При сгорании твёрдого и газообразного топлива Q_ф = 0. При сжигании жидкого топлива распыленного с помощью механической форсунки Q_ф = 0.

Q_К – тепло, затрачиваемое на разложение карбонатов, содержащихся в минеральной массе топлива, кДж/кг. Если карбонаты в топливе содержатся в небольших количествах, Q_к = 0.

4.1.2 Таким образом, с учётом проведённого выше анализа, может иметь место случай, когда вносимое в топку тепло равно теплотворной способности топлива

, кДж/кг (4.6)

4.2 При тепловом расчёте парогенератора полезно использованную теплоту Q₁ (q₁) прямым путем, определить нельзя, т.к. заранее неизвестно количество сжигаемого топлива. Поэтому Q₁ находят как остаточный член обратного уравнения теплового баланса после определения всех потерь тепла. Уравнение обратного теплового баланса устанавливает зависимость между коэффициентом полезного действия (КПД) и тепловыми потерями. Фактически уравнение обратного теплового баланса используют для определения энтальпии и температуры уходящих газов.

4.3 Потеря тепла с уходящими газами.

, (4.7)

где H_yx – энтальпия газов за парогенератором (уходящих газов) кДж/кг, определяют методом линейной интерполяции по таблице 3.2 для заданной температуры уходящих газов t_ух;

α_ух – коэффициент избытка воздуха за первой (по ходу воздуха) ступенью воздухонагревателя (на выходе из котельного агрегата);

– энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, определяется для температуры t (см. задание) по табл. XIV и XV [1], или рассчитывают, как произведение удельной теплоёмкости воздуха на его температуру и объём.

4.4 Потеря тепла от химической неполноты горения топлива q₃, % определяется по таблице XVII [1].

Для мазута и природного газа q₃ = 0,5%.

Для твердого топлива при D_k > 75 (т/ч), q₃ = 0 и 0,5% при D_k = 25 ÷ 50 т/ч.

4.5 Потеря тепла от механической неполноты горения топлива q , %.

Потеря тепла с механическим недожогом при сжигании жидкого и газообразного топлива равна нулю, q₄ = 0.

При сжигании твёрдого топлива принимается в зависимости от производительности котлоагрегата, см. таблицу 4.1 потеря тепла с механическим недожогом в зависимости от вида топлива и производительности котла q₄, %.

Таблица 4.1

Топливо	Производительность котла, т/ч
	Dk > 75	50	35	25
Антрацит	q4 ,% 6	-	-	-
Полуантрацит	– // – 4	-	-	-
Тощие угли	– // – 2	– // – 2-3	– // – 3	– // – 5
Каменные угли	– // – 1-1,5	– // – 2-3	– // – 3	– // – 5
Отходы углеобогощения	– // – 2-3	– // – 2-3	– // – 3	– // – 5
Бурые угли	– // – 0,5-1	– // – 1-2	– // – 1,5-2	– // – 3

Согласно таблице если значение q₄ задано в диапазоне, то меньшее значение принимается в случае, если приведенная зольность топлива А^р < 6.

4.6 Потеря от наружного охлаждения парогенератора q₅, % определяется в зависимости от паропроизводительности котла, по таблице 4.2

Таблица 4.2

6.2D, т/ч	100	80	75	70	50	40	35	30
q5, %	0,7	0,75	0,78	0,8	0,95	1,0	1,05	1,15

4.7 Потеря тепла с физической теплотой шлака q₆, % учитывается при выполнении условия А^р ≥ 2,5 ; для твёрдых топлив.

, (4.8)

где а_шл – доля шлака, выпадающая в топке а_шл = 1 - а_ун.

Тогда ,

(ct)_зл – теплоёмкость золы, кДж/кг, соответствующая температуре шлака, t_шл= 600⁰С, тогда (ct)_зл = 4,19 ·133,8 кДж/кг;

А^р – зольность рабочей массы топлива, %;

– тепло, вносимое в парогенератор, кДж/кг.

– доля уноса золы продуктами сгорания из топки (см. формулу 3.22).

Для жидкого шлакоудаления температура шлака принимается на 100 °С выше температуры жидкоплавкого состояния золы (t_з), определяемой для заданного топлива по [1].

4.9 Коэффициент полезного действия парогенератора (отношение полезного использованного тепла ко всему подведенному).

Величина КПД определяется методом обратного баланса, т.е.

, (4.9)

, % (4.10)