Toplinska ravnoteža parnog kotla. učinkovitost kotla. Toplinska ravnoteža i učinkovitost kotlovske jedinice. određivanje potrošnje goriva Proračun učinkovitosti kotla na kruto gorivo

Opća jednadžba toplinske ravnoteže kotlovske jedinice

Omjer koji povezuje dolazak i potrošnju topline u generator topline je njegova toplinska bilanca. Ciljevi sastavljanja toplinske bilance kotlovske jedinice su utvrđivanje svih ulaznih i izlaznih stavki bilance; proračun učinkovitosti kotlovske jedinice, analiza rashodnih stavki bilance radi utvrđivanja razloga pogoršanja rada kotlovske jedinice.

U kotlovskoj jedinici, kada se gorivo sagorijeva, kemijska energija goriva pretvara se u toplinsku energiju produkata izgaranja. Oslobođena toplina goriva koristi se za stvaranje korisne topline sadržane u pari ili vrućoj vodi i za pokrivanje gubitaka topline.

Sukladno zakonu održanja energije mora postojati jednakost između dolaska i potrošnje topline u kotlovskoj jedinici, t.j.

Za kotlovska postrojenja toplinska bilanca je po 1 kg krutog ili tekućeg goriva ili 1 m 3 plina u normalnim uvjetima ( ). Stavke prihoda i potrošnje u jednadžbi toplinske bilance imaju dimenziju MJ/m 3 za plinovita i MJ/kg za kruta i tekuća goriva.

Također se naziva toplina primljena u kotlovskoj jedinici izgaranjem goriva dostupna toplina, označava se.. U općem slučaju dolazni dio toplinska ravnoteža se piše kao:

gdje je najniža kalorijska vrijednost krutog ili tekućeg goriva po radnoj masi, MJ/kg;

Neto ogrjevna vrijednost plinovitog goriva na suhom, MJ/m 3 ;

Fizička toplina goriva;

Fizička toplina zraka;

Toplina uvedena u peć kotla s parom.

Razmotrimo komponente ulaznog dijela toplinske bilance. U proračunima se uzima najniža radna kalorijska vrijednost u slučaju da je temperatura produkata izgaranja koji izlaze iz kotla viša od temperature kondenzacije vodene pare (obično t g = 110 ... 120 0 C). Prilikom hlađenja produkata izgaranja na temperaturu pri kojoj je moguća kondenzacija vodene pare na ogrjevnoj površini, proračune treba izvesti uzimajući u obzir veću ogrjevnu vrijednost goriva

Fizička toplina goriva je:

gdje s t je specifični toplinski kapacitet goriva, za loživo ulje i za plin;

t t – temperatura goriva, 0 S.

Prilikom ulaska u kotao, kruto gorivo obično ima nisku temperaturu koja se približava nuli P f.t. je mala i može se zanemariti.

Gorivo ulje (tekuće gorivo), kako bi se smanjila viskoznost i poboljšalo prskanje, ulazi u peć zagrijanu na temperaturu od 80 ... 120 0 C, stoga se njegova fizička toplina uzima u obzir pri izvođenju proračuna. U ovom slučaju, toplinski kapacitet loživog ulja može se odrediti formulom:

Računovodstvo P f.t. provodi se samo pri izgaranju plinovitog goriva s niskom ogrjevnom vrijednošću (na primjer, plin iz visoke peći) pod uvjetom da se zagrijava (do 200 ... 300 0 C). Kod izgaranja plinovitih goriva visoke ogrjevne vrijednosti (npr. prirodnog plina) dolazi do povećanog masenog omjera zraka i plina (oko 10 1). U ovom slučaju, gorivo - plin se obično ne zagrijava.

Fizička toplina zraka P f.v. uzima se u obzir samo kada se zagrijava izvan kotla zbog vanjskog izvora (na primjer, u parnom grijaču ili u autonomnom grijaču kada se u njemu sagorijeva dodatno gorivo). U ovom slučaju, toplina koju unosi zrak jednaka je:

gdje je omjer količine zraka na ulazu u bojler (grijač zraka) prema teoretski potrebnoj;

Entalpija teoretski potrebnog zraka prethodno zagrijanog prije grijača zraka, :

,

ovdje je temperatura zagrijanog zraka ispred grijača zraka kotlovske jedinice, 0 C;

Entalpija teoretski potrebnog hladnog zraka, :

Toplina uvedena u kotlovsku peć s parom tijekom parnog prskanja loživog ulja uzima se u obzir u obliku formule:

gdje G p - potrošnja pare, kg po 1 kg goriva (za parno raspršivanje loživog ulja G n = 0,3…0,35 kg/kg);

h p je entalpija pare, MJ/kg;

2,51 - približna vrijednost entalpije vodene pare u produktima izgaranja koji izlaze iz kotlovske jedinice, MJ / kg.

U nedostatku grijanja goriva i zraka iz vanjskih izvora, dostupna toplina bit će jednaka:

Dio rashoda toplinske bilance uključuje korisnu toplinu P kat u kotlovskoj jedinici, t.j. topline utrošene na proizvodnju pare (ili tople vode), te raznih gubitaka topline, t.j.

gdje P a.g. – gubitak topline s izlaznim plinovima;

P c.s. , P m.s. - gubitak topline zbog kemijske i mehaničke nepotpunosti izgaranja goriva;

P ali. – gubitak topline od vanjskog hlađenja vanjskih kućišta kotla;

P f.sh. – gubitak fizičkom toplinom troske;

P prema - potrošnja (znak "+") i prihod (znak "-") topline povezan s nestalnim toplinskim režimom kotla. U stacionarnom stanju toplinski P prema = 0.

Dakle, opća jednadžba toplinske ravnoteže kotlovske jedinice u stacionarnom toplinskom režimu može se zapisati kao:

Ako se oba dijela prikazane jednadžbe podijele i pomnože sa 100%, onda ćemo dobiti:

gdje komponente rashodnog dijela toplinske bilance, %.

3.1 Gubitak topline s dimnim plinovima

Gubitak topline s ispušnim plinovima nastaje zbog činjenice da fizička toplina (entalpija) plinova koji izlaze iz kotla na temperaturi t a.g. , premašuje fizičku toplinu zraka koji ulazi u kotao α a.g. i gorivo s t t t. Razlika između entalpije dimnih plinova i topline dovedene u kotao zrakom iz okoline α a.g. , predstavlja gubitak topline s dimnim plinovima, MJ / kg ili (MJ / m 3):

.

Gubitak topline s ispušnim plinovima obično zauzima glavno mjesto među toplinskim gubicima kotla, koji iznose 5 ... 12% raspoložive topline goriva. Ovi gubici topline ovise o temperaturi, volumenu i sastavu produkata izgaranja, koji pak ovise o balastnim komponentama goriva:

Omjer koji karakterizira kvalitetu goriva pokazuje relativni prinos plinovitih produkata izgaranja (pri α = 1) po jedinici topline izgaranja goriva i ovisi o sadržaju komponenti balasta u njemu (vlaga W p i pepela ALI p za kruta i tekuća goriva, dušik N 2, ugljični dioksid TAKO 2 i kisik O 2 za plinovito gorivo). S povećanjem sadržaja balastnih komponenti u gorivu, a posljedično, i gubitak topline s ispušnim plinovima se povećava.

Jedan od mogućih načina za smanjenje gubitaka topline s dimnim plinovima je smanjenje koeficijenta viška zraka u dimnim plinovima α što ovisi o koeficijentu protoka zraka u peći i balastnom zraku usisanom u plinske kanale kotla, koji su obično pod vakuumom:

Mogućnost smanjenja α , ovisi o vrsti goriva, načinu izgaranja, vrsti plamenika i potiskivaču. Pod povoljnim uvjetima za miješanje goriva i zraka, višak zraka potreban za izgaranje može se smanjiti. Prilikom sagorijevanja plinovitog goriva pretpostavlja se da je koeficijent viška zraka 1,1, a kod sagorijevanja loživog ulja = 1,1 ... 1,15.

Usis zraka duž plinskog puta kotla može se smanjiti na nulu u granici. Međutim, potpuno brtvljenje mjesta na kojima cijevi prolaze kroz ciglu, brtvljenje otvora i otvora otežano je i praktično = 0,15..0.3.

Balastni zrak u produktima izgaranja uz povećanje gubitka topline P a.g. također dovodi do dodatnih troškova energije za dimovod.

Još jedan važan čimbenik koji utječe na vrijednost P npr. temperatura dimnih plinova t a.g. . Njegovo smanjenje postiže se ugradnjom elemenata koji koriste toplinu (ekonomajzer, grijač zraka) u repni dio kotla. Što je niža temperatura ispušnih plinova i, sukladno tome, manja je temperaturna razlika između plinova i zagrijanog radnog fluida (na primjer, zraka), veća je površina grijanja potrebna za hlađenje produkata izgaranja.

Povećanje temperature dimnih plinova dovodi do povećanja gubitka c P a.g. a posljedično i na dodatne troškove goriva za proizvodnju iste količine pare ili tople vode. Iz tog razloga, optimalna temperatura t a.g. utvrđuje se na temelju tehničko-ekonomskih proračuna pri usporedbi gotovih kapitalnih troškova za izgradnju ogrjevne površine i cijene goriva (slika 3.).

Osim toga, tijekom rada kotla, površine grijanja mogu biti onečišćene čađom i pepelom goriva. To dovodi do pogoršanja izmjene topline produkata izgaranja s površinom grijanja. Istodobno, kako bi se održao zadani izlaz pare, potrebno je ići na povećanje potrošnje goriva. Klizanje grijaćih površina također dovodi do povećanja otpora plinskog puta kotla. U tom smislu, kako bi se osigurao normalan rad jedinice, potrebno je sustavno čišćenje njegovih grijaćih površina.

3.2 Gubici topline uslijed kemijskog nepotpunog izgaranja

Gubitak topline uslijed kemijske nepotpunosti izgaranja (kemijsko nedovoljno sagorijevanje) nastaje kada gorivo ne izgori u potpunosti unutar komore za izgaranje i u produktima izgaranja se pojavljuju zapaljive plinovite komponente - CO, H 2, CH 4, C m H n itd. naknadno izgaranje tih zapaljivih plinova izvan peći gotovo je nemoguće zbog njihove relativno niske temperature.

Uzroci kemijskog nepotpunog izgaranja mogu biti:

Opći nedostatak zraka

Loše stvaranje smjese, osobito u početnim fazama izgaranja goriva;

niska temperatura u komori za izgaranje, osobito u zoni naknadnog izgaranja;

Nedovoljno vrijeme zadržavanja goriva u komori za izgaranje, tijekom kojeg se kemijska reakcija izgaranja ne može dovršiti u potpunosti.

Uz količinu zraka dovoljnu za potpuno izgaranje goriva i dobro formiranje smjese, gubici ovise o volumnoj gustoći oslobađanja topline u peći, MW / m 3:

Gdje NA– potrošnja goriva, kg/s;

V t je volumen peći, m 3.

Riža. 14.9 Ovisnost gubitka topline o kemijskoj nepotpunosti izgaranja q x.n, %, volumetrijske gustoće oslobađanja topline u peći qv, MW / m 3.

Priroda ovisnosti prikazana je na Sl.4. . U području niskih vrijednosti (lijeva strana krivulje), tj. pri niskoj potrošnji goriva B gubici se povećavaju zbog smanjenja razine temperature u komori za izgaranje. Povećanje volumne gustoće oslobađanja topline (s povećanjem potrošnje goriva) dovodi do povećanja razine temperature u peći i smanjenja

Međutim, nakon postizanja određene razine uz daljnje povećanje potrošnje goriva (desna strana krivulje), gubici ponovno počinju rasti, što je povezano sa smanjenjem vremena zadržavanja plinova u volumenu peći i nemogućnošću, dakle, završetka reakcije izgaranja.

Optimalna vrijednost pri kojoj su gubici minimalni ovisi o vrsti goriva, načinu njegovog izgaranja i dizajnu peći. Za moderne uređaje za izgaranje, gubitak topline od kemijskog nepotpunog izgaranja iznosi 0 ... 2% pri .pri sagorijevanju krutih i tekućih goriva:

kada gori plinovito gorivo:

Prilikom izrade mjera za smanjenje vrijednosti treba imati na umu da ako postoje uvjeti za pojavu produkata nepotpunog izgaranja, prije svega nastaje CO kao najteže izgoriva komponenta, a zatim H 2 i drugi plinovi. Iz ovoga slijedi da ako nema CO u produktima izgaranja, onda nema ni H2 u njima.

Učinkovitost kotlovske jedinice

Učinkovitost kotlovske jedinice je omjer korisne topline koja se koristi za proizvodnju pare (ili tople vode) i raspoložive topline kotlovske jedinice. Međutim, ne šalje se sva korisna toplina koju proizvodi kotlovnica potrošačima, dio topline se troši na vlastite potrebe. Imajući to na umu, učinkovitost kotlovske jedinice razlikuje se po proizvedenoj toplini (učinkovitost - bruto) i po ispuštenoj toplini (učinkovitost - neto).

Prema razlici između proizvedene i ispuštene topline utvrđuje se potrošnja za vlastite potrebe. Za vlastite potrebe ne troši se samo toplina, već i električna energija (na primjer, za pogon odvoda dima, ventilatora, pumpi za napajanje, mehanizama za dovod goriva), t.j. potrošnja za vlastite potrebe uključuje potrošnju svih vrsta energije utrošenih na proizvodnju pare ili tople vode.

Dakle, učinkovitost - bruto kotlovske jedinice karakterizira stupanj njezine tehničke savršenosti, a učinkovitost - neto - komercijalna učinkovitost.

Učinkovitost - bruto kotlovska jedinica može se odrediti ili izravnom jednadžbom ravnoteže ili inverznom jednadžbom ravnoteže.

Prema jednadžbi izravne ravnoteže:

Na primjer, u proizvodnji vodene pare, korisna toplina koja se koristi je ( vidi pitanje 2) :

Zatim

Iz prikazanog izraza možete dobiti formulu za određivanje potrebne potrošnje goriva, kg / s (m 3 / s):

Prema inverznoj jednadžbi ravnoteže:

Određivanje učinkovitosti - bruto prema jednadžbi izravne bilance provodi se uglavnom kod izvještaja za zasebno razdoblje (dekada, mjesec), a prema obrnutoj jednadžbi bilance - kod ispitivanja kotlovskih jedinica. Proračun učinkovitosti inverznom ravnotežom mnogo je točniji, jer su pogreške u mjerenju gubitaka topline manje nego u određivanju potrošnje goriva.

Učinkovitost - neto određena je izrazom:

gdje je potrošnja energije za vlastite potrebe, % .

Dakle, za poboljšanje učinkovitosti kotlovskih jedinica nije dovoljno nastojati smanjiti gubitke topline; također je potrebno na svaki mogući način smanjiti trošak toplinske i električne energije za vlastite potrebe, što u prosjeku iznosi 3 ... 5% raspoložive topline iz kotlovske jedinice.Učinkovitost kotlovske jedinice ovisi o njenom opterećenju. Za izgradnju ovisnosti potrebno je od 100% uzastopno oduzeti sve gubitke kotlovske jedinice koji ovise o opterećenju, t.j.

Različite vrste kotlova imaju različite učinkovitosti u rasponu od 85 do 110%. Prilikom odabira kotlovske opreme mnoge kupce zanima kako učinkovitost općenito može prijeći 100% i kako se izračunava.

U slučaju električnih kotlova, učinkovitost stvarno ne može biti veća od 100%. Veći koeficijent mogu imati samo kotlovi koji rade na zapaljivo gorivo.

Ako se prisjetite školskog tečaja kemije, ispada da potpunim izgaranjem bilo kojeg goriva ostaje CO 2 - ugljik i H 2 O - vodena para koja sadrži energiju. Tijekom kondenzacije energija pare se povećava, odnosno stvara se dodatna energija. Na temelju toga, kalorijska vrijednost goriva podijeljena je u dva koncepta: veća i niža specifična ogrjevna vrijednost.

Inferiorni- predstavlja toplinu dobivenu izgaranjem goriva, kada vodena para, zajedno s energijom sadržanom u njima, ulazi u vanjski okoliš.

Veća kalorijska vrijednost je toplina, uzimajući u obzir energiju sadržanu u vodenoj pari.

Službeno (u svim regulatornim dokumentima) učinkovitosti, kako u Rusiji tako i u Europi, izračunato iz neto ogrjevne vrijednosti. A ako se ipak koristi toplina sadržana u vodenoj pari, a izračuni se provode prema najnižoj specifičnoj toplini izgaranja, tada se u ovom slučaju pojavljuju brojke koje prelaze 100%.

Kotlovi koji koriste toplinu kondenzacije vodene pare nazivaju se kondenzacija. A upravo oni imaju učinkovitost veću od 100%.

Razlika između niže i više kalorijske vrijednosti goriva iznosi oko 11%. Ova vrijednost je granica za koju se učinkovitost kotlova može razlikovati.

Glavne postavke

Učinkovitost se može izračunati na dva načina. U Europi se učinkovitost obično izračunava iz temperature dimnih plinova. Primjerice, pri izgaranju kilograma goriva dobiva se određena količina kilokalorija topline, pod uvjetom da su temperatura ispušnih plinova i temperatura okoline jednake.

Mjerenjem razlike između temperature okoline i stvarne temperature dimnih plinova iz nje je moguće izračunati učinkovitost kotla.

Grubo govoreći, ispušni plinovi koji ulijeću u cijev oduzimaju se od 100% i dobiva se stvarna brojka.

Broji ispravno

U SSSR-u, a kasnije i u Rusiji, usvojena je bitno drugačija metoda izračuna - tzv. metoda obrnutog balansa". Sastoji se od činjenice da je potrošnja topline određena nižom ogrjevnom vrijednošću. Zatim se na cijev postavlja grijač i izračunava se količina toplinske energije koja je ušla u nju, odnosno količina gubitka energije. Za izračunavanje učinkovitosti, gubitak energije izračunava se iz ukupne količine topline.

Ovaj pristup u određivanju učinkovitosti daje točnije pokazatelje.. Usvojena je kao proračunska metoda jer su sva ruska tijela kotlova bila vrlo slabo izolirana, zbog čega je i do 40% energije izlazilo kroz zidove kotla. Prema zahtjevima regulatornih dokumenata, u Rusiji je još uvijek uobičajeno izračunati učinkovitost pomoću metode obrnute ravnoteže. Danas se ova metoda može uspješno primijeniti na kotlove od nekoliko megavata koji rade u CHP postrojenjima, gdje se plamenici nikada ne gase.

Prednosti modernih kotlova

Ali ova tehnika je potpuno neprimjenjiva na moderne kotlove, budući da imaju bitno drugačiju shemu rada. Budući da plamenici modernih kotlova rade u automatskom načinu rada: rade 15 minuta, a zatim se zaustavljaju 15 minuta dok se ne iskoristi stvorena toplina. Što je vanjska temperatura viša, to će plamenik duže "stajati" i manje raditi. Naravno, u ovom slučaju ne možemo govoriti o obrnutoj ravnoteži.

Još jedna razlika između modernih kotlova je prisutnost toplinske izolacije. Veliki proizvođači proizvode najkvalitetnije jedinice, s najboljom toplinskom izolacijom. Gubitak topline kroz zidove takvog kotla nije veći od 1,5-2%. Kupci često zaboravljaju na to, vjerujući da će kotao također zagrijati sobu zbog oslobađanja topline tijekom rada. Prilikom kupnje modernog bojlera, vrijedi zapamtiti da nije namijenjen grijanju kotlovnice i, ako je potrebno, pobrinite se za ugradnju radijatora za grijanje.

Suvremene tehnologije za očuvanje topline

Dobar čelični kotao uvijek je učinkovitiji. To je zbog činjenice da kotlovi od lijevanog željeza, za razliku od čeličnih, uvijek imaju više tehnoloških ograničenja.

Osim toga, zahvaljujući izolaciji, moderni kotlovi savršeno zadržavaju toplinu. Čak i dva dana nakon što je ugašen, temperatura tijela kotla pada za samo 20-25 stupnjeva.

Najbolji uzorci uvezene opreme za grijanje su kotlovske jedinice, u kojima su svi zahtjevi ispravno uzeti u obzir. Stoga ne biste trebali pokušavati "izmisliti kotač" i sastaviti kotao iz improviziranih sredstava. Uostalom, već imate širok izbor najmodernijih, raznolikih i promišljenih do najsitnijih detalja opcija za kotlove koji će raditi dugo i ispravno, više nego opravdavajući sva očekivanja koja se na njih postavljaju i, što je posebno lijepo , štedi svoje troškove!

Naši stručnjaci će vam pomoći u odabiru kotla i prateće opreme, savjetovati o tehničkim pitanjima!

Kontaktirajte komercijalni odjel na telefon:

Učinkovitost kotla za grijanje je omjer korisne topline koja se koristi za proizvodnju pare (ili tople vode) i raspoložive topline kotla za grijanje. Ne šalje se sva korisna toplina koju proizvodi kotlovnica potrošačima, dio topline se troši na vlastite potrebe. Imajući to na umu, učinkovitost kotla za grijanje razlikuje se po proizvedenoj toplini (bruto učinkovitost) i po oslobođenoj toplini (neto učinkovitost).

Prema razlici između proizvedene i ispuštene topline utvrđuje se potrošnja za vlastite potrebe. Za vlastite potrebe ne troši se samo toplina, već i električna energija (na primjer, za pogon odvoda dima, ventilatora, pumpi za napajanje, mehanizama za dovod goriva), t.j. potrošnja za vlastite potrebe uključuje potrošnju svih vrsta energije utrošenih na proizvodnju pare ili tople vode.

Kao rezultat toga, bruto učinkovitost kotla za grijanje karakterizira stupanj njegove tehničke savršenosti, a neto učinkovitost - komercijalnu učinkovitost. Za bruto učinkovitost kotlovske jedinice, %:
prema jednadžbi izravne ravnoteže:

η br \u003d 100 Q kat / Q r r

gdje je Q pod količina korisne topline, MJ / kg; Q p p - raspoloživa toplina, MJ / kg;

prema inverznoj jednadžbi ravnoteže:

η br \u003d 100 - (q y.g + q x.n + q n.o)

gdje je q c.g, q x.n, q n.o - relativni gubici topline s ispušnim plinovima, od kemijske nepotpunosti izgaranja goriva, od vanjskog hlađenja.

Zatim neto učinkovitost kotla za grijanje prema inverznoj jednadžbi ravnoteže:

η neto = η br - q s.n

gdje je q s.n - potrošnja energije za vlastite potrebe,%.

Određivanje učinkovitosti izravnom jednadžbom ravnoteže provodi se uglavnom kod izvještavanja za zasebno razdoblje (dekada, mjesec), a inverznom jednadžbom ravnoteže - kod ispitivanja kotla za grijanje. Proračun učinkovitosti kotla za grijanje prema inverznoj ravnoteži je mnogo točniji, jer su pogreške u mjerenju gubitaka topline manje nego u određivanju potrošnje goriva.

Ovisnost učinkovitosti kotla η o njegovom opterećenju (D/D nom) 100

q o.g, q x.n, q n.o - toplinski gubici s ispušnim plinovima, od kemijske i mehaničke nepotpunosti izgaranja, od vanjskog hlađenja i ukupni gubici.

Dakle, kako bi se povećala učinkovitost kotla za grijanje, nije dovoljno nastojati smanjiti gubitke topline; također je potrebno na svaki mogući način smanjiti troškove topline i električne energije za vlastite potrebe, što u prosjeku iznosi 3 ... 5% topline dostupne iz kotlovske jedinice.

Promjena učinkovitosti kotla za grijanje ovisi o njegovom opterećenju. Za izgradnju ove ovisnosti (sl.), potrebno je od 100% uzastopno oduzeti sve gubitke kotlovske jedinice koji ovise o opterećenju, t.j. q c.g., q x.n., q n.d. Kao što se može vidjeti na slici, učinkovitost kotla za grijanje pri određenom opterećenju ima maksimalnu vrijednost. Rad kotla pri ovom opterećenju je najekonomičniji.

Toplina koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva ne može se u potpunosti iskoristiti za proizvodnju pare ili tople vode, dio topline se neizbježno gubi, raspršujući se u okoliš. Toplinska bilanca kotlovske jedinice je specifična formulacija zakona održanja energije, koja navodi jednakost količine topline unesene u kotlovsku jedinicu i topline utrošene na proizvodnju pare ili tople vode, uzimajući u obzir gubitke . U skladu s "Normativnom metodom" sve količine uključene u toplinsku bilancu obračunavaju se na 1 kg izgorjelog goriva. Ulazni dio toplinske bilance naziva se raspoloživa toplina :

gdje Q-- niža ogrjevna vrijednost goriva, kJ/kg; c T t T - fizička toplina goriva (s t je toplinski kapacitet goriva, / t je temperatura goriva), kJ/kg; Q B je toplina zraka koji ulazi u peć kada se zagrijava izvan jedinice, kJ/kg; Qn - toplina koja se uvodi u kotlovski agregat s parom koja se koristi za raspršivanje loživog ulja, vanjsko puhanje ogrjevnih površina ili dovod ispod rešetke tijekom slojevitog izgaranja, kJ/kg.

Kod korištenja plinovitih goriva izračun se temelji na 1 m3 suhog plina u normalnim uvjetima.

Fizička toplina goriva igra značajnu ulogu samo kada je gorivo prethodno zagrijano izvan kotla. Na primjer, loživo ulje se prethodno zagrijava prije nego što se unese u plamenike jer ima visoku viskoznost pri niskim temperaturama.

Toplina zraka, kJ / (kg goriva):

gdje je a t koeficijent viška zraka u peći; V 0 H - teoretski potrebna količina zraka, Nm 3 /kg; od do - izobarični toplinski kapacitet zraka, kJ / (n.m 3 K); / x in - temperatura hladnog zraka, ° C; tB- temperatura zraka na ulazu u peć, °S.

Toplina uvedena parom, kJDkggoriva):

gdje Gn- specifična potrošnja mlazne pare (približno 0,3 kg pare na 1 kg loživog ulja troši se za prskanje loživog ulja); / n \u003d 2750 kJ / kg - približna vrijednost entalpije vodene pare na temperaturi proizvoda izgaranja koji izlaze iz kotlovske jedinice (oko 130 ° C).

U približnim izračunima, uzmite 0 str ~Q? s obzirom na malenost ostalih komponenti jednadžbe (22.2).

Dio rashoda toplinske bilance sastoji se od korisne topline (proizvodnja pare ili tople vode) zbroja gubitaka, kJDkg goriva.):

gdje je 0 2 - gubitak topline s plinovima koji izlaze iz kotlovske jedinice;

• 03 - gubitak topline zbog kemijske nepotpunosti izgaranja goriva;
• 0 4 - gubitak topline zbog mehaničke nepotpunosti izgaranja goriva;
• 0 5 - gubitak topline kroz zidove u okoliš; 0 6 - gubici s fizičkom toplinom troske uklonjene iz kotlovske jedinice.

Jednadžba toplinske ravnoteže zapisuje se kao

Kao postotak raspoložive topline, jednadžba (22.6) se može napisati:

Korisna toplina u parnom kotlu s kontinuiranim puhanjem gornjeg bubnja određena je jednadžbom, kJDkggoriva.):

gdje D- kapacitet pare kotla, kg/s; Dnp- potrošnja vode za ispuh kg/s; U - potrošnja goriva, kg/s; / p, / p v, / k v - entalpija pare, hrane i kotlovske vode pri tlaku u kotlu, respektivno, kJ / kg.

Gubitak topline s dimnim plinovima, kJ/(kg goriva):

gdje od g i od do- izobarični toplinski kapacitet produkata izgaranja i zraka, kJ / (n.m 3 K); d - temperatura dimnih plinova, °S; a ux - koeficijent viška zraka na izlazu plinova iz kotlovske jedinice; K 0 G i V0- teoretski volumen produkata izgaranja i teoretski potrebna količina zraka, Nm 3 / (kg goriva).

Vakuum se održava u plinskim kanalima kotlovske jedinice, volumeni plinova tijekom njihovog kretanja duž plinskog puta kotla povećavaju se zbog usisavanja zraka kroz propuštanja u oblogi kotla. Stoga je stvarni koeficijent viška zraka na izlazu iz kotla a yx veći od koeficijenta viška zraka u peći a. Određuje se zbrajanjem koeficijenta viška zraka u peći i usisnog zraka u svim plinskim kanalima. U praksi rada kotlovskih postrojenja potrebno je nastojati smanjiti usis zraka u plinovodima kao jedno od najučinkovitijih sredstava za suzbijanje toplinskih gubitaka.

Dakle, iznos gubitka Q2 određuje se temperaturom dimnih plinova i vrijednošću koeficijenta viška zraka a ux. U modernim kotlovima temperatura plinova iza kotla ne pada ispod 110 °C. Daljnji pad temperature dovodi do kondenzacije vodene pare sadržane u plinovima i stvaranja sumporne kiseline tijekom izgaranja goriva koje sadrži sumpor, što ubrzava koroziju metalnih površina plinskog puta. Minimalni gubici s dimnim plinovima su q 2 ~ 6-7%.

Gubici od kemijskog i mehaničkog nepotpunog izgaranja karakteristike su uređaja za izgaranje (vidi točku 21.1). Njihova vrijednost ovisi o vrsti goriva i načinu izgaranja, kao io savršenoj organizaciji procesa izgaranja. Gubici od kemijskog nepotpunog izgaranja u modernim pećima su q 3 = 0,5-5%, od mehaničkih - q4 = 0-13,5%.

Gubitak topline u okoliš q 5 ovisi o snazi ​​kotla. Što je veća snaga, manji je relativni gubitak q 5 . Dakle, na parni kapacitet kotlovske jedinice D= 1 kg / s gubici su 2,8%, s D= 10 kg/s q 5 ~ 1%.

Gubitak topline s fizičkom toplinom troske qb su male i obično se uzimaju u obzir pri sastavljanju točne toplinske bilance,%:

gdje a sl = 1 - a un; a un - udio pepela u dimnim plinovima; sa sl i? shl - toplinski kapacitet i temperatura troske; I gosp. sadržaj pepela radnog stanja goriva.

Učinkovitost (učinkovitost) kotlovske jedinice naziva se omjer korisne topline izgaranja 1 kg goriva za proizvodnju pare u parnim kotlovima ili tople vode u toplovodnim kotlovima i raspoložive topline.

Učinkovitost kotlovske jedinice, %:

Učinkovitost kotlovskih jedinica značajno ovisi o vrsti goriva, načinu izgaranja, temperaturi dimnih plinova i snazi. Parni kotlovi koji rade na tekuća ili plinovita goriva imaju učinkovitost od 90-92%. Kod slojevitog izgaranja krutih goriva učinkovitost je 70-85%. Treba napomenuti da učinkovitost kotlovskih jedinica značajno ovisi o kvaliteti rada, posebno o organizaciji procesa izgaranja. Rad kotlovske jedinice s tlakom pare i kapacitetom manjim od nominalnog smanjuje učinkovitost. Tijekom rada kotlova potrebno je povremeno provoditi toplinska ispitivanja kako bi se utvrdili gubici i stvarna učinkovitost kotla, što vam omogućuje da izvršite potrebne prilagodbe njegovom načinu rada.

Potrošnja goriva za parni kotao (kg / s - za kruta i tekuća goriva; Nm 3 / s - plinovita)

gdje D- kapacitet pare kotlovske jedinice, kg/s; / p, / p v, / k v - entalpija pare, hrane i kotlovske vode, respektivno, kJ / kg; Qp- raspoloživa toplina, kJ / (kg goriva) - za kruta i tekuća goriva, kJ / (N.m 3) - za plinovita goriva (često se uzimaju u izračunima Qp~Q- zbog njihove male razlike). P je vrijednost kontinuiranog puhanja, % parnog kapaciteta; g| ka - učinkovitost kotlovske jedinice, dionice.

Potrošnja goriva za toplovodni kotao (kg / s; Nm 3 / s):

gdje je C in - potrošnja vode, kg / s; /, / 2 - početna i konačna entalpija vode u kotlu, kJ/kg.

Koeficijent učinka (COP) kotlovske jedinice definira se kao omjer korisne topline koja se koristi za proizvodnju pare (ili tople vode) i raspoložive topline (topline dovedene u kotlovsku jedinicu). U praksi se sva korisna toplina koju odabere kotlovska jedinica ne šalje potrošačima. Dio topline troši se na vlastite potrebe. Ovisno o tome, učinkovitost jedinice razlikuje se po toplini koja se oslobađa potrošaču (neto učinkovitost).

Razlika između proizvedene i ispuštene topline je potrošnja za vlastite potrebe kotlovnice. Vlastite potrebe ne troše samo toplinsku, već i električnu energiju (na primjer, za pogon dimovoda, ventilatora, napojnih pumpi, mehanizama za dovod goriva i pripreme prašine itd.), pa potrošnja za vlastite potrebe uključuje potrošnju svih vrsta energije utrošene na proizvodnju pare ili tople vode.

Bruto učinkovitost kotlovske jedinice karakterizira stupanj njene tehničke izvrsnosti, a neto učinkovitost - komercijalnu isplativost.

Bruto učinkovitost kotlovske jedinice ŋ br, %, može se odrediti jednadžbom izravne ravnoteže

ŋ br \u003d 100 (Q kat / Q p p)

ili inverznom jednadžbom ravnoteže

ŋ br \u003d 100-(q y.g + q x.n + q m.n + q n.o + q f.sh),

gdje Q kat korisna toplina koja se koristi za stvaranje pare (ili tople vode); Q p str- raspoloživa toplina kotlovske jedinice; q c.g +q c.n +q m.n +q n.o +q f.sh- relativni toplinski gubici po stavkama potrošnje topline.

Neto učinkovitost prema jednadžbi obrnute ravnoteže definira se kao razlika

ŋ neto = ŋ br -q s.n.,

gdje q s.n- relativna potrošnja energije za vlastite potrebe, %.

Faktor učinkovitosti prema jednadžbi izravne ravnoteže koristi se uglavnom pri izvješćivanju za određeno razdoblje (dekada, mjesec), a faktor učinkovitosti prema jednadžbi obrnute bilance koristi se kod ispitivanja kotlovskih jedinica. Određivanje učinkovitosti inverznom ravnotežom puno je točnije, budući da su pogreške u mjerenju toplinskih gubitaka manje nego u određivanju potrošnje goriva, posebno kod izgaranja krutog goriva.

Dakle, za poboljšanje učinkovitosti kotlovskih jedinica nije dovoljno nastojati smanjiti gubitke topline; također je potrebno na svaki mogući način smanjiti troškove toplinske i električne energije za vlastite potrebe. Stoga, usporedbu učinkovitosti rada različitih kotlovskih jedinica u konačnici treba provesti prema njihovoj neto učinkovitosti.

Općenito, učinkovitost kotlovske jedinice varira ovisno o opterećenju. Za izgradnju ove ovisnosti potrebno je od 100% sukcesivno oduzeti sve gubitke kotlovske jedinice Sq znoj \u003d q y.g + q x.n + q m.n + q n.o koje ovise o opterećenju.

Kao što se može vidjeti na slici 1.14, učinkovitost kotlovske jedinice pri određenom opterećenju ima maksimalnu vrijednost, tj. rad kotla pri ovom opterećenju je najekonomičniji.

Slika 1.14 - Ovisnost učinkovitosti kotla o opterećenju: q c.g, q x.n, q m.s., q n.o.,S q znoj- toplinski gubici s ispušnim plinovima, od kemijskog nepotpunog izgaranja, od mehaničkog nepotpunog izgaranja, od vanjskog hlađenja i ukupni gubici