Оставьте свой номер и мы Вам перезвоним

Закрыть Оставить заявку

Всё про КПД котла

Что такое кпд котла

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

* Чтобы купить котел Уникал заходите в соответствующий раздел. А если нужны отопительные котлы оптом , то переходите сюда.

Как рассчитать кпд котла

В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто - коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:
по уравнению прямого баланса:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол - количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр - располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) ,

где q - потери тепла в %:

• q2 - с уходящими газами;
• q3 - из-за химического недожога горючих газов (СО, Н2, СН4);
• q4 - с механическим недожогом;
• q5 - от наружного охлаждения;
• q6 - c физическим теплом шлаков.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

ηнетто = ηбр - qс.н

где qс.н - расход энергии на собственные нужды, %.

Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса - при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

Как увеличить кпд газового котла своими руками

Создать правильные условия эксплуатации газового котла и тем самым повысить коэффициент полезного действия можно реально, не вызывая специалиста, то есть своими руками. Что для этого нужно сделать?

1. Отрегулировать заслонку поддувала. Это можно сделать экспериментальным путем, найдя, при какой позиции температура теплоносителя будет выше всего. Контроль проводите по термометру, установленному в корпусе котла.
2. Обязательно следить, чтобы трубы системы отопления не зарастали изнутри, чтобы на них не образовывалась накипь и грязевые отложения. С пластиковыми трубами сегодня стало проще, их качество известно. И все же специалисты рекомендуют периодически продувать систему отопления.
3. Следить за качеством дымохода. Нельзя допускать его засорение и налипания на стенки сажи. Все это приводит к суживанию сечения отводящей трубы и уменьшению тяги котла.
4. Обязательное условие – чистка камеры сгорания. Конечно, газ не сильно коптит, как дрова или уголь, но стоит хотя бы один раз в три года мыть топку, очищая ее от сажи.
5. Специалисты рекомендуют снизить тягу дымохода в самое холодное время года. Для этого можно использовать специальное устройство – ограничитель тяги. Устанавливается он на самом верхнем краю дымохода и регулирует сечение самой трубы.
6. Снизить химические тепловые потери. Здесь два варианта, чтобы добиться оптимального значения: установить ограничитель тяги (уже выше было об этом сказано) и сразу после установки газового котла провести грамотную настройку оборудования. Рекомендуем это поручить специалисту.
7. Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.

Существует 2 метода определения КПД:

По прямому балансу;

По обратному балансу.

Определение КПД котла как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте топлива – это определение его по прямому балансу:

КПД котла можно определить и по обратному балансу – через тепловые потери. Для установившегося теплового состояния получаем

. (4.2)

КПД котла, определяемый по формулам (1) или (2), не учитывает электрической энергии и теплоты на собственные нужды. Такой КПД котла называют КПД брутто и обозначают или .

Если потребление энергии в единицу времени на указанное вспомогательное оборудование составляет , МДж, а удельные затраты топлива на выработку электроэнергии в, кг/МДж, то КПД котельной установки с учетом потребления энергии вспомогательным оборудованием (КПД нетто), %,

. (4.3)

Иногда называют энергетическим КПД котельной установки.

Для котельных установок промышленных предприятий затраты энергии на собственные нужды составляют около 4% вырабатываемой энергии.

Расход топлива определяется:

Определение расхода топлива связано с большой погрешностью, поэтому КПД по прямому балансу характеризуется низкой точностью. Данный метод используется для испытаний существующего котла.

Метод по обратному балансу характеризуется большей точностью, используется при эксплуатации и проектировании котла. При этом Q 3 и Q 4 определяется по рекомендации и из справочников. Q 5 определяется по графику. Q 6 – рассчитывается (редко учитывается), и по существу определение по обратному балансу сводится к определению Q 2 , которое зависит от температуры уходящих газов.

КПД брутто зависит от типа и мощности котла, т.е. производительности, вида сжигаемого топлива, конструкции топки. На КПД влияет также режим работы котла и чистота поверхностей нагрева.

При наличии механического недожога часть топлива не сгорает (q 4), а значит не расходует воздуха, не образует продуктов сгорания и не выделяет теплоты, поэтому при расчете котла пользуются расчетным расходом топлива

. (4.5)

КПД брутто учитывает только тепловые потери.

Рисунок 4.1 - Изменение КПД котла с изменением нагрузки

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ В КОТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ

5.1 Потеря теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами Q у.г возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха и топлива.

Если пренебречь малым значением энтальпии топлива, а также теплотой золы, содержащейся в уходящих газах, потеря теплоты с уходящими газами, МДж/кг, подсчитывается по формуле:

Q 2 = J ч.г - J в; (5.8)

где – энтальпия холодного воздуха при a=1;

100-q 4 – доля сгоревшего топлива;

a у.г – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Если температура окружающей среды равна нулю (t х.в =0), то потеря теплоты с уходящими газами равна энтальпии уходящих газов Q у.г =J у.г.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5-12 % располагаемой теплоты топлива, и определяется объемом и составом продуктов сгорания, существенно зависящих от балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при a=1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нем балластных составляющих:

– для твердого и жидкого топлива: влаги W Р и золы А Р;

– для газообразного топлива: N 2 , CO 2 , O 2 .

C увеличением содержания в топливе балластных составляющих и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах a у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке a Т и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением

a у.г = a Т + Da . (5.10)

В котлах, работающих под давлением, присосы воздуха отсутствуют.

С уменьшением a Т потеря теплоты Q у.г снижается, однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери – от химической неполноты сгорания Q 3 .

Оптимальное значение a Т выбирается с учетом достижения минимального значения q у.г + q 3 .

Уменьшение a Т зависит от рода сжигаемого топлива и типа топочного устройства. При более благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха a Т, необходимый для достижения наиболее полного горения, может быть уменьшен.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q у.г приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Важнейшим фактором, влияющим на Q у.г, является температура уходящих газов t у.г. Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздухоподогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и соответственно меньше температурный напор Dt между газами и нагреваемым рабочим телом, тем большая площадь поверхности Н требуется для такого же охлаждения газа. Повышение t у.г приводит к увеличению потери с Q у.г и к дополнительным затратам топлива DB. В связи с этим оптимальная t у.г определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых затрат для теплоиспользующих элементов и топлива для различных значений t х.г.

На рис.4 можно выделить область температур (от до ), в которой расчетные затраты отличаются незначительно. Это дает основание для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры , при которой начальные капитальные затраты будут меньше.

Существуют ограничительные факторы при выборе оптимальной :

а) низкотемпературная коррозия хвостовых поверхностей;

б) при 0 C возможна конденсации водяных паров и соединение их с окислами серы;

в) выбор зависит от температуры питательной воды, температуры воздуха на входе в воздушный подогреватель и других факторов;

г) загрязнение поверхности нагрева. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи и к повышению .

При определении потери теплоты с уходящими газами учитывают уменьшение объема газов

. (5.11)

5.2 Потеря теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания Q 3 возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры котла и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих CO, H 2 , CH 4 , C m H n … Догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Химическая неполнота сгорания топлива может явиться следствием:

– общего недостатка воздуха;

– плохого смесеобразования;

– малых размеров топочной камеры;

– низкой температуры в топочной камере;

– высокой температуры.

При достаточном для полного сгорания топлива качестве воздуха и хорошем смесеобразовании q 3 зависит от объемной плотности тепловыделения в топке

Оптимальное отношение , при котором потеря q 3 имеет минимальное значение, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от q 3 составляет 0÷2 % при q v =0,1÷0,3 МВт/м 3 .

Для снижения потери теплоты от q 3 в топочной камере стремятся повысить температурный уровень, применяя, в частности, подогрев воздуха, а также всемерно улучшая перемешивание компонентов горения.

Время на чтение: 4 мин

Правильно подобранная система отопления принесет в каждый дом не только тепло и уют, но также избавит от неприятных последствий и лишних затрат на ремонт. водогрейный котел - основа отопительной системы дома.

Перед выбором и покупкой стоит произвести правильный расчет КПД котла и уточнить все его параметры и факторы, которые повлияют на его работу и объем вырабатываемого тепла.

Что такое КПД котла

Эффективность паровых и водогрейных котлов определяется коэффициентом полезного действия - их теплоэффективностью. То есть, это объем выработанной теплоты на производство номинального объема горячей воды в соотношении к номинальному объему сожженного топлива.

Производители указывают изначальные возможности оборудования, где КПД водогрейного котла может достигать 110%, но чаще их значение придерживается параметров 95-98%. Потребитель в дальнейшем при эксплуатации может с помощью технических модернизаций и теплоизоляции увеличить эти показатели.

Самостоятельный расчет КПД котла производится на месте монтажа и зависит от многих факторов, в том числе грамотно выстроенной системе дымоудаления, исключении недочетов при установке и т.д. Все затраченные ресурсы для работы теплоносителя (топливо, электричество) сравнивают с объемом выделенного им тепла.

Как рассчитать КПД

КПД брутто котла характеризует степень технической оснащенности, КПД нетто - экономичность расхода топлива.

Для выявления показателей КПД котла используется формула:

КПД котла = (Q1/ Q_общая)х100%, где Q1 - аккумулированная теплота использованная для отопления, а Q_общая - общее количество тепловой энергии, выделившееся при сжигании топлива.

Расчеты не затрагивают многих моментов, поэтому их результат усреднен. Любые сбои или отклонения в работе оборудования или внешние факторы, влияющие на теплопотери, исказят результат, полученный по данной формуле.
Чтобы исключить большее число искажающих факторов, проводят коррекцию результата с уточнением теплоэффективности. В зависимости от особенностей конкретной системы отопления.

КПД котла=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)

Где Q2 – теплопотери в виде дыма, вышедшего через систему вентиляции,
Q3 – недостаточное сжигание смеси газа при неправильно используемых объемах газовоздушной смеси,
Q4 – тепловые теплопотери из-за загрязнений теплообменника, а также, если загрязнены газовые горелки,
Q5 – теплопотеря из-за внешнего холодного воздуха (влияет производительностью котельной установки),
Q 6 – потеря тепла по время чистки топочной камеры.
Основной фактор влияющий на телоэффективность - это уходящие отработанные продукты горения, при уменьшении их нагрева в пределах 10-12°С можно увеличить общий КПД газового котла отопления на несколько процентов.

По этой же причине конденсационные котлы обладают самым высоким показателем КПД, т.е. чем ниже температура отопительного оборудования, тем выше это значение. Самым низким показателем обладает в силу минимальной функциональности и простого устройства.
Два используемых варианта в определении КПД газовых котлов отопления: отчетность за конкретный период времени и во время первоначальных испытаний при установке. В последнем варианте результат расчета будет более точен, благодаря наглядности в подсчете теплопотерь.

Как увеличить КПД газового котла

Создать подходящие условия для повышения коэффициента полезного действия, можно оптимизировав процессы самостоятельно или с привлечением специалиста. Изначально все параметры заложены в конструкции электрокотла, эффективность принимаемых мер по увеличению КПД техники будут зависеть от этих данных.

Для начала проводят модернизация без изменения структуры твердотопливных котлов:

1. Комнатные терморегуляторы. Они контролируют температуру в жилых помещениях, не влияя на работу теплоносителя.
2. Установка циркулярного насоса, так можно стабилизировать равномерность и скорость прогревания.
3. Замена газовой горелки, повысит увеличение КПД твердотопливного котла на 5-7%. Модуляционная горелка позволит расходовать газовоздушную смесь в правильных пропорциях, что исключит неполное сжигание.
4. Расположение горелок у водяного контура прибавит к общему количеству КПД несколько процентов. Такая частичная модификация положительно повлияет на расход топлива и увеличит тепловой баланс всей системы.

Проведение регулярного обслуживания и очистка оборудования увеличит его КПД. Накипь в трубах системы отопления и сажа на внешних стенках дымохода, образующиеся в процессе работы, могут забирать до 5%. Пластиковые трубы меньше нуждаются в уходе, но осуществлять их продувку требуется периодически.

Засорившийся дымоход суживает проход отводящей дым трубы, это приводит к уменьшению тяги, а это уже не только потеря процентов тепла, но и угроза для здоровья людей, находящихся в жилых помещениях.

Также теплообменник с видимыми признаками загрязнения, которые представляют из себя солевые отложения металлов, провоцирует сильный расход всех видов энергии затраченных на работу, что уменьшает теплопроводность и может вывести из строя котел. Чистку камеры сгорания обязательна и проводят ее несколько раз в год.

Как вариант понизить химические тепловые потери, для этого производят высококвалифицированную настройку системы оборудования. Лучше воздержаться от самостоятельной настройки и доверить дело специалисту.
Борьба с недогаром решается увеличением скорости поступления сжиженного газа в горелку, так процесс сгорания происходит активнее, а КПД, соответственно, увеличивается.

Хотя увеличение КПД практически никак не влияет на теплоэффективность котельного агрегата. На нынешний день природный газ остается самым экономичным, оборудование на этом топливе более распространено и экономически оправдано, чем котлы на традиционном твердом дровяном топливе или угле.

Газовые котлы с самым высоким КПД

Лучшее качество котлов, которые еще и обладают высокими показателями КПД - иностранного происхождения. Энергосберегающие технологии, соответствующие требованиям ЕС, являются определяющими при производстве такого оборудования.

Высокие показатели обеспечивает современные инструменты модернизации, например, как модуляционная горелка .

Автоматическая и экономичная, у нее широкий набор, позволяющий приспособиться к индивидуальным параметрам конкретного котла и системы отопления. Ее горение осуществляется в постоянном режиме.
Также основное преимущество - их максимальная теплоотдача. Наиболее оптимальное значение разогрева теплоносителя, представленное иностранным производителем, до 70°С. Продукты горения нагреваются не более 110°С.
Изготавливают теплообменник для котлов с наивысшими показателями КПД из нержавеющей стали. Дополнительно они оборудованы блоком для отбора тепла из конденсата. Минусы, которые характерны при низком температурном нагреве: сила тяги развивается с недостаточной силой и образование излишнего конденсата.

Подача в горелку уже подогретого газа и газовоздушной смеси, а также поступающего в камеру воздуха через двуполостную трубу в топку - обеспечивает снижение общего числа теплозатрат для котлов закрытого типа на 1-2%.

Удачный вариант модернизация котлоагрегата состоит в монтаже рециркуляции отработанных газов. При таком варианте продукты сгорания поступают в горелочное устройство после прохождения канала дымохода с сильными изломами, обогащаясь при этом кислородом из внешней среды. Максимальное КПД достигается при температуре, благодаря которой образуется конденсат (точка росы).

Конденсационные котлы, работающие на условиях нагревания при низких температурах отличаются относительно небольшим потреблением газа. Это обуславливает их теплоэффективность, особенно при подключении к газобаллонным установкам. Также это делает такой котел экономичным.
Список конденсационных котлов известных и заслуженных европейских производителей с лучшим качеством сборки и высоким уровнем КПД:

• Baxi.
• Buderus.
• De Dietrich.
• Vaillant.
• Viessmann.

Как заявлено их производителями в сопровождающей документации, коэффициент полезного действия данных котловых агрегатов, при подключении к низкотемпературным системам, соответствует 107-110%.

Теплоэффективность котельного оборудования, указывается в коэффициенте полезного действия. КПД газового котла, обязательно прописывается в технической документации. Согласно заверениям производителей, у некоторых моделей котлов, коэффициент достигает 108-109%, другие работают на уровне 92-98%.

Как рассчитать КПД котла отопления на газе

Методика расчета эффективности, происходит посредством сравнения затраченной тепловой энергии для нагрева теплоносителя и фактического количества всей теплоты, выделенной во время сжигания топлива. В заводских условиях, вычисления выполняют по формуле:

η = (Q1/ Qri) 100%

В формуле расчетов КПД водогрейного котла на газе, указанные значения означают:

• Qri – общее количество тепловой энергии, выделяемое при сжигании топлива.
• Q1 – тепло, которое удалось аккумулировать и использовать для нагрева помещения.

Данная формула не учитывает много факторов: возможные теплопотери, отклонения в рабочих параметрах системы и т.п. Расчеты позволяют получить исключительно средний коэффициент полезного действия газового котла. Большинство производителей указывают именно данное значение.

На месте проводится оценка погрешности определения теплоэффективности. Для вычислений применяют еще одну формулу:

η=100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Расчеты помогают провести анализ, согласно особенностям конкретной системы отопления. Сокращения в формуле обозначают:

• q2 – теплопотери в отходящих газах и продуктах сгорания.
• q3 – потери, связанные с неправильными пропорциями газовоздушной смеси, по причине которых возникает недожог газа.
• q4 – тепловые потери, связанные с появлением на горелках и теплообменнике сажи, а также, механический недожог.
• q5 – теплопотери, в зависимости от наружной температуры.
• q6 – потери тепла при охлаждении топки во время очистки ее от шлаков. Последний коэффициент, относится исключительно к твердотопливным агрегатам и не учитывается при расчетах КПД оборудования, работающего на природном газе.

Реальный КПД газового отопительного котла, рассчитывается исключительно на месте и зависит от грамотно сделанной системы дымоудаления, отсутствия нарушений при установке и т.п.

Сильнее всего оказывает влияние на теплоэффективность, температура уходящих газов, отмеченная в формуле маркером q2. При уменьшении интенсивности нагрева отходящих градусов на 10-15°С, повышается КПД на 1-2%. В связи с этим, самый высокий КПД в конденсационных котлах, относящихся к классу низкотемпературного отопительного оборудования.

У какого газового котла самый высокий КПД

Статистика и техническая документация, ясно указывают, что котлы импортного производства имеют наибольший КПД. Европейские производители, делают особый акцент на применении энергосберегающих технологий. Иностранный газовый котел, имеет высокий КПД, так как в его устройстве сделаны некоторые модификации:

• Используется модуляционная горелка – современные котлы ведущих производителей, оснащены плавнодвухступенчатыми или полностью модулируемыми горелочными устройствами. Преимущество горелок – автоматическая приспособляемость к фактическим рабочим параметрам системы отопления. Процент недожига снижается к минимуму.
• Нагрев теплоносителя – оптимальный котел, это агрегат, разогревающий теплоноситель до температуры не более 70°С, при этом, отходящие газы нагреваются не более 110°С, что и обеспечивает максимальную теплоотдачу. Но, при низкотемпературном нагреве теплоносителя, наблюдается несколько минусов: недостаточная сила тяги, усиленное конденсатообразование.
  Теплообменники в газовых котлах с самым высоким коэффициентом полезного действия, изготавливаются из нержавеющей стали и снабжаются специальным блоком-конденсатором, предназначенным для отбора тепла, находящегося в конденсате.
• Температура подводящего газа и воздуха, поступающего на горелку. Котлы закрытого типа, подключаются . Воздух поступает в камеру сгорания через наружную полость двуполостной трубы, предварительно подогреваясь, что снижает необходимые теплозатраты на несколько процентов.
  Горелки с предварительным приготовлением газовоздушной смеси, также подогревают газ перед подачей его на горелку.
• Еще один популярный вариант модификации – установка системы рециркуляции отходящих газов, когда дым не сразу поступает в камеру сгорания, а проходит через ломанный дымоходный канал и поступает после подмешивания свежего воздуха, обратно на горелочное устройство.

Максимальное КПД достигается при температуре конденсатообразования или «точки росы». Котлы, работающие в условиях низкотемпературного нагрева, называются конденсационными. Их отличает, малое потребление газа и высокая теплоэффективность, что особенно заметно при подключении к и .

Конденсационные котлы, предлагают несколько европейских производителей, среди которых:

• Viessmann.
• Buderus.
• Vaillant.
• Baxi.
• De Dietrich.

В технической документации к конденсационным котлам, указано, что КПД устройств при подключении к низкотемпературным системам обогрева, составляет 108-109%.

Как увеличить КПД отопительного котла на газе

Существуют всевозможные хитрости повышения КПД. Эффективность способов, зависит от первоначальной конструкции котла. Для начала, используют модификации, не требующие изменений в работе котла:

• Изменение принципа циркуляции теплоносителя – здание прогревается быстрее и равномернее, при подключении циркуляционного насоса.
• Установка комнатных терморегуляторов – модернизация котлов для повышения КПД с помощью датчиков, контролирующих не нагрев теплоносителя, а температуру в помещении, эффективный метод увеличения теплоэффективности.
• Повышение коэффициента использования газа в бытовом котле, приблизительно на 5 -7%, происходит при замене горелочного устройства. Установка модуляционной горелки, способствует улучшению пропорций газовоздушной смеси и соответственно, уменьшает процент недогара. Тип установленного горелочного устройства, находится в прямой зависимости, относительно уменьшения потерь тепла.
• Вместо полной модификации котла, может потребоваться частичное преобразование конструкции и регулировка расхода топлива. Если изменить положение горелок и установить их ближе к водяному контуру, удастся увеличить КПД еще на 1-2%. Тепловой баланс котельного агрегата, увеличится в большую сторону.

Определенное увеличение КПД, наблюдается при регулярном обслуживании оборудования. После очистки котла, находящегося в эксплуатации и удаления накипи с теплообменника, его эффективность увеличивается, как минимум на 3-5%.

КПД уменьшается при загрязнении теплообменника, по причине того, что накипь, состоящая из солевых отложений металлов, имеет плохую теплопроводность. По этой причине, наблюдается постоянное увеличение расхода газа и впоследствии, котел полностью выходит из строя.

Наблюдается небольшое увеличение КПД при сгорании сжиженного газа, достигаемое за счет снижения скорости поступления топлива на горелку, что приводит к уменьшению недогара. Но, теплоэффективность увеличивается незначительно. Поэтому, природный газ продолжает оставаться самым экономичным из всех используемых традиционных типов топлива.

Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в теплогенераторе, составляет его тепловой баланс. Целями составления теплового баланса котельного агрегата является определение всех приходных и расходных статей баланса; расчёт КПД котельного агрегата, анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие тепловых потерь.

В соответствии с законом сохранения энергии между приходом и расходом теплоты в котельном агрегате должно существовать равенство, т. е.

Для котельных установок тепловой баланс составляют на 1кг твёрдого или жидкого топлива или 1м 3 газа, находящегося при нормальных условиях (). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м 3 для газообразного и МДж/кг для твёрдого и жидкого топлива.

Поступившая в котельный агрегат теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой, её обозначают .В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

где низшая теплота сгорания твёрдого или жидкого топлива на рабочую массу, МДж/кг;

Низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м 3 ;

Физическая теплота топлива;

Физическая теплота воздуха;

Теплота, вносимая в топку котла с паром.

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. В расчётах принимается низшая рабочая теплота сгорания в том случае, если температура продуктов сгорания, покидающих котёл, выше температуры конденсации водяного пара (обычно t г = 110…120 0 С). При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, расчёты следует выполнять с учётом высшей теплоты сгорания топлива

Физическая теплота топлива равна:

где с т – удельная теплоёмкость топлива, для мазута и для газа;

t т – температура топлива, 0 С.

При поступлении в котёл твёрдое топливо имеет обычно малую температуру, приближающуюся к нулю, поэтому Q ф.т. невелика по значению, и ей можно пренебречь.

Мазут (жидкое топливо) для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80…120 0 С, поэтому его физическая теплота учитывается при выполнении расчётов. При этом теплоёмкость мазута может быть определена по формуле:

Учёт Q ф.т. проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200…300 0 С). При сжигании газообразного топлива с высокой теплотой сгорания (например, природного газа) имеет место, повышенное соотношение массы воздуха и газа (примерно 10 1). В этом случае топливо – газ обычно не подогревают.

Физическая теплота воздуха Q ф.в. учитывается лишь при подогреве его вне котла за счёт постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нём дополнительного топлива). В этом случае теплота, внесённая воздухом равна:

где отношение количества воздуха на входе в котёл (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому;

Энтальпия теоретически необходимого подогретого перед воздушным подогревателем воздуха, :

,

здесь температура подогретого воздуха перед воздухоподогревателем котельного агрегата, 0 С;

Энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха, :

Теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распылении мазута учитывается в виде формулы:

где G п – расход пара, кг на 1 кг топлива (при паровом распыливании мазута G п = 0,3…0,35 кг/кг);

h п – энтальпия пара, МДж/кг;

2,51 –примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

При отсутствии подогрева топлива и воздуха от посторонних источников располагаемая теплота будет равна:

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q пол в котельном агрегате, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери , т.е.

где Q у.г. – потери теплоты с уходящими газами;

Q х.н. , Q м.н. – потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива;

Q н.о. – потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q ф.ш. – потеря с физической теплотой шлаков;

Q акк. – расход (знак «+») и приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q акк. = 0.

Итак общее уравнение теплового баланса котельного агрегата при установившемся тепловом режиме можно записать в виде:

Если обе части представленного уравнения разделить на и умножить на 100%, то получим:

где слагаемые расходной части теплового баланса, %.

3.1 Потери теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов покидающих котёл при температуре t у.г. , превышает физическую теплоту поступающих в котёл воздуха α у.г. и топлива с т t т. Разница между энтальпией уходящих газов и теплотой, поступившей в котёл с воздухом из окружающей среды α у.г. , представляет собой потерю теплоты с уходящими газами, МДж/кг или (МДж/м 3):

.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5…12% располагаемой теплоты топлива. Эти потери теплоты зависят от температуры, объёма и состава продуктов сгорания, которые, в свою очередь, зависит от балластных составляющих топлива:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при α = 1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нём балластных составляющих (влаги W р и золы А р для твердого и жидкого топлива, азота N 2 , диоксида углерода СО 2 и кислорода О 2 для газообразного топлива). С увеличением содержания в топливе балластных составляющих, и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разряжением:

Возможность уменьшения α , зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок и толочного устройства. При благоприятных условиях смешения топлива и воздуха избыток воздуха , необходимый для горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха принимают 1,1, при сжигании мазута =1,1…1,15.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в пределе могут быть сведены нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и гляделок затруднено и практически =0,15..0,3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q у.г. приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Другим важнейшим фактором, влияющим на величину Q у.г., является температура уходящих газов t у.г. . Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности нагрева требуется для охлаждения продуктов сгорания.

Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q у.г. и, следовательно, к дополнительным затратам топлива на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура t у.г. определяется на основе технико-экономических расчётов при сопоставлении готовых капитальных затрат на сооружение поверхности нагрева и затрат на топливо (рис.3.).

Кроме того, при работе котла поверхности нагрева могут загрязняться сажей и золой топлива. Это приводит к ухудшению теплообмена продуктов сгорания с поверхностью нагрева. При этом для сохранения заданной паропроизводительности приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

3.2Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих – СО, H 2 , СH 4 , C m H n и др. догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

· общий недостаток количества воздуха;

· плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях горения топлива;

· низкая температура в топочной камере, особенно в зоне догорания топлива;

· недостаточное время пребывания топлива в пределах топочной камеры, в течении которого химическая реакция горения не может завершиться полностью.

При достаточном для полного сгорания топлива количестве воздуха и хорошем смесеобразовании потери зависят от объёмной плотности тепловыделения в топке, МВт/м 3:

Где В – расход топлива, кг/с;

V т – объём топки, м 3 .

Рис. 14.9 Зависимость потери теплоты от химической неполноты сгорания q х.н , %, от объемной плотности тепловыделения в топке q v , МВт/м 3 .

Характер зависимости представлен на рис.4. . В области низких значений (левая часть кривой), т.е. при малых расходах топлива В, потери увеличиваются в связи со снижением температурного уровня в топочной камере. Увеличение объёмной плотности тепловыделения (с увеличением расхода топлива) приводит к повышению температурного уровня в топке и снижению

Однако по достижении определённого уровня при дальнейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) потери вновь начинают возрастать, что связано с уменьшением времени пребывания газов в объёме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение , при котором потери минимальны, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от химической неполноты сгорания составляет 0…2% при .при сжигании твёрдого и жидкого топлива:

при сжигании газообразного топлива:

При разработке мероприятий по снижению величины следует иметь в виду, что при наличии условий для появления продуктов неполного сгорания в первую очередь образуется CO как наиболее трудносжигаемый компонент, а затем Н 2 и другие газы. Из этого следует, что если в продуктах горения отсутствует СО, то в них нет и Н 2 .

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

Коэффициентом полезного действия котельного агрегата называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте котельного агрегата. Однако не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учётом этого различают КПД котельного агрегата по выработанной теплоте (КПД – брутто) и по отпущенной теплоте (КПД – нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

Итак, КПД – брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД – нетто – коммерческую экономичность.

КПД – брутто котельного агрегата можно определить или по уравнению прямого баланса или по уравнению обратного баланса.

По уравнению прямого баланса:

Например, при производстве водяного пара полезно используемая теплота равна (см. 2 вопрос ) :

Тогда

Из представленного выражения можно получить формулу для определения необходимого расхода топлива, кг/с (м 3 /с):

По уравнению обратного баланса:

Определение КПД – брутто по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчётности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса – при испытании котельных агрегатов. Вычисление КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

КПД – нетто определяется по выражению:

где расход энергии на собственные нужды, % .

Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3…5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.КПД котельного агрегата зависит от его нагрузки. Для построенияй зависимости нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е.