Лекция 9-10. Тепловой баланс котельного агрегата.

План:

1. Общее уравнение теплового баланса.

2. Характеристика потерь.

3. Определение КПД котла.

4. Определение расхода топлива.

1. Общее уравнение теплового баланса.

При работе котла часть теплоты, выделяющейся при сжигании топлива, безвозвратно теряется, т.к. это обусловлено несовершенством процесса горения и оборудования.

Соотношение между полным поступлением теплоты в котел и использованной теплотой выражаются тепловым балансом котельного агрегата.

Располагаемая (или внесённая в котлоагрегат) теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле:

Q_р^р=Q_н^р+Q_тл+Q_в.вне+Q_п.ф -Q_к , (КДж/кг, КДж/м³)

где Q_р^р – располагаемая теплота 1кг (м³) топлива.

Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу.

Q_тл – физическая теплота поступающего на горение твердого или жидкого топлива.

Q_в.вне – количество теплоты, полученной поступающим в котел воздухом при подогреве его вне агрегата (калорифер).

Q_п.ф – теплота пара, используемого в паромеханических форсунках для распыла мазута.

Q_к – теплота разложения карбонатов минеральной массы топлива (учитывается при сжигании горючих сланцев).

Для бурых углей с высокой влажностью, углей и мазута с высокой сернистостью.

Q_р^р=Q_н^р+Q_тл+Q_в.вне

Для мазута при наличии парового распыла.

Q_р^р=Q_н^р+Q_тл+Q_в.вне+Q_п.ф.

Для природного газа.

Q_р^р=Q_н^с

Для сланцев.

Q_р^р=Q_н^р - Q_к

Располагаемая теплота топлива делится на полезно используемую (КПД) и тепловые потери.

Уравнение теплового баланса отвечает установившемуся тепловому режиму работы котла, его обычно записывают в отношении к 1 м³ и 1кг сжигаемого топлива.

Q_р^р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ , (КДж/кг, КДж/м³)

Если разделить обе части на Q_р^р и выразить в процентах, т.е. умножить на 100, то получим:

100Q_р^р /Q_р^р = 100Q₁/ Q_р^р +100Q₂/ Q_р^р +100Q₃/ Q_р^р +100Q₄/ Q_р^р +100Q₅/ Q_р^р +100Q₆/ Q_р^р

Откуда:

100%=q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆

q₂ – потеря теплоты с уходящими газами 4-7%.

q₃ – потеря теплоты с химическим недожогом 0-0,5%

q₄ – потеря теплоты с механическим недожогом 0,5-5%

q₅ – потеря теплоты от наружного охлаждения через обмуровку 0,2-1%

q₆ – потеря теплоты с физическим теплом удаляемых шлаков из топки 0-3%.

Сумма тепловых потерь составляет 6 -12%.

Потери теплоты принято выражать в процентах.

Q₁ – полезно используемая теплота, - это количество теплоты, которое получило рабочее тело (вода, пар) в котле в расчёте на 1кг (м³) сжигаемого топлива.

Для котлов вырабатывающих насыщенный пар:

Q₁=D_нп(h”-h_пв)/B

Для котлов вырабатывающих перегретый пар:

Q₁=D_пп(h_пп-h_пв)/B ,

где D_нп, D_пп – паропроизводительность котла кг/с;

h” – энтальпия насыщенного пара;

h_пв – энтальпия питательной воды КДж/кг;

h_пп - энтальпия перегретого пара;

B – расход топлива, кг/с (м³/с);

Это же количество теплоты можно выразить так же через тепловосприятие отдельных поверхностей нагрева.

Q₁=Q_тк+Q_пп+Q_эк ,

где Q_тк – тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры;

Q_пп – тепловосприятие пара в пароперегревателе;

Q_эк – тепловосприятие питательной воды в экономайзере;

Тепловосприятие воздухоподогревателя не входит в тепловой баланс т.к. эта часть теплоты циркулирует внутри газовоздушного тракта. Ввод подогретого воздуха способствует интенсивному и полному горению топлива.