Bilans cieplny i sprawność zespołu kotłowego. określenie zużycia paliwa. Jak obliczyć sprawność kotła - przegląd współczynników strat ciepła Jaka jest sprawność instalacji kotłowej

Istnieją 2 metody określania wydajności:

Przez bezpośrednią równowagę;

Przez odwrotną równowagę.

Wyznaczanie sprawności kotła jako stosunku ciepła użytkowego oddanego do ciepła dostępnego paliwa polega na jej wyznaczeniu metodą bezpośredniego bilansu:

Sprawność kotła można określić także poprzez odwrotną równowagę – poprzez straty ciepła. Dla ustalonego stanu cieplnego otrzymujemy

. (4.2)

Sprawność kotła, określona wzorami (1) lub (2), nie uwzględnia energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby. Ta sprawność kotła nazywana jest sprawnością brutto i jest oznaczana przez lub.

Jeżeli zużycie energii na jednostkę czasu dla określonego wyposażenia pomocniczego wynosi, MJ, a jednostkowe zużycie paliwa do wytworzenia energii elektrycznej wynosi, kg/MJ, wówczas sprawność kotłowni, biorąc pod uwagę zużycie energii przez urządzenia pomocnicze (netto efektywność), %,

. (4.3)

Czasami nazywana efektywnością energetyczną kotłowni.

W przypadku instalacji kotłowych przedsiębiorstw przemysłowych koszty energii na własne potrzeby stanowią około 4% wytworzonej energii.

Zużycie paliwa określa się:

Określenie zużycia paliwa obarczone jest dużym błędem, dlatego też efektywność metodą bezpośredniego bilansu charakteryzuje się małą dokładnością. Metoda ta służy do testowania istniejącego kotła.

Metoda odwróconego równoważenia charakteryzuje się większą dokładnością i jest stosowana w działaniu i projektowaniu kotła. W tym przypadku Q 3 i Q 4 określa się zgodnie z zaleceniami i z podręczników. Q 5 wyznacza się z wykresu. Oblicza się Q 6 (rzadko brane pod uwagę), a określenie metodą odwróconej równowagi sprowadza się zasadniczo do oznaczenia Q 2, które zależy od temperatury gazów spalinowych.

Sprawność brutto zależna jest od rodzaju i mocy kotła tj. produktywność, rodzaj spalanego paliwa, konstrukcja paleniska. Na efektywność wpływa również tryb pracy kotła oraz czystość powierzchni grzewczych.

W obecności niedopalenia mechanicznego część paliwa nie pali się (q 4), a zatem nie zużywa powietrza, nie tworzy produktów spalania i nie wydziela ciepła, dlatego przy obliczaniu kotła stosuje się obliczone zużycie paliwa

. (4.5)

Sprawność brutto uwzględnia jedynie straty ciepła.

Rysunek 4.1 - Zmiana wydajności kotła przy zmianie obciążenia

5 OKREŚLENIE STRAT CIEPŁA W KOTLE.

SPOSOBY OGRANICZENIA STRAT CIEPŁA

5.1 Straty ciepła przez spaliny

Strata ciepła ze spalinami Q y.g występuje w związku z tym, że ciepło fizyczne (entalpia) gazów opuszczających kocioł przewyższa ciepło fizyczne powietrza i paliwa wchodzącego do kotła.

Jeżeli pominiemy niewielką wartość entalpii paliwa oraz ciepło popiołu zawartego w spalinach, to stratę ciepła ze spalinami, MJ/kg, obliczamy ze wzoru:

Q 2 = J ch.g - Jc; (5.8)

gdzie jest entalpią zimnego powietrza przy a=1;

100-q 4 – udział spalonego paliwa;

a с.г – współczynnik nadmiaru powietrza w spalinach.

Jeżeli temperatura otoczenia wynosi zero (t x.v = 0), wówczas strata ciepła w spalinach jest równa entalpii gazów spalinowych Q a.g = Ja a.g.

Straty ciepła ze spalinami zajmują zwykle główne miejsce wśród strat ciepła kotła, wynoszące 5-12% dostępnego ciepła paliwa i są zdeterminowane objętością i składem produktów spalania, które w znacznym stopniu zależą od balastu składników paliwa oraz od temperatury gazów spalinowych:

Wskaźnik charakteryzujący jakość paliwa pokazuje względny uzysk gazowych produktów spalania (przy a = 1) na jednostkę ciepła spalania paliwa i zależy od zawartości w nim składników balastowych:

– dla paliw stałych i ciekłych: wilgoć W Р i popiół А Р;

– dla paliwa gazowego: N 2, CO 2, O 2.

Wraz ze wzrostem zawartości składników balastowych w paliwie, a co za tym idzie, odpowiednio wzrastają straty ciepła ze spalinami.

Jednym z możliwych sposobów ograniczenia strat ciepła ze spalinami jest zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach a c.g, który zależy od natężenia przepływu powietrza w palenisku a T oraz powietrza balastowego zasysanego do przewodów kominowych kotła, co zwykle znajdują się w próżni

a y.g = a T + Da. (5.10)

W kotłach pracujących pod ciśnieniem nie ma zasysania powietrza.

Wraz ze spadkiem T zmniejsza się strata ciepła Q y.g, jednak ze względu na zmniejszenie ilości powietrza dostarczanego do komory spalania może wystąpić kolejna strata - z chemicznej niepełności spalania Q 3.

Optymalną wartość T dobiera się biorąc pod uwagę osiągnięcie minimalnej wartości q y.g + q 3.

Zmniejszenie T zależy od rodzaju spalanego paliwa i rodzaju urządzenia spalającego. W bardziej sprzyjających warunkach kontaktu paliwa z powietrzem można zmniejszyć nadmiar powietrza a T wymagany do osiągnięcia jak najpełniejszego spalania.

Powietrze balastowe w produktach spalania, oprócz zwiększenia strat ciepła Q.g, powoduje również dodatkowe koszty energii dla oddymiacza.

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na Q a.g. jest temperatura gazów spalinowych t a.g. Jego redukcję uzyskuje się poprzez zamontowanie elementów wykorzystujących ciepło (ekonomizer, nagrzewnica powietrza) w tylnej części kotła. Im niższa temperatura gazów spalinowych i odpowiednio mniejsza różnica temperatur Dt między gazami a ogrzanym płynem roboczym, tym większa powierzchnia H jest wymagana do tego samego chłodzenia gazu. Wzrost t c.g prowadzi do wzrostu strat z Q c.g i do dodatkowych kosztów paliwa DB. W związku z tym optymalny t c.g wyznacza się na podstawie obliczeń techniczno-ekonomicznych porównując roczne koszty elementów wykorzystujących ciepło i paliwa dla różnych wartości t c.g.

Na rys. 4 można wyróżnić zakres temperatur (od do ), w którym obliczone koszty nieznacznie się różnią. Daje to podstawę do wyboru najwłaściwszej temperatury, przy której początkowe koszty inwestycyjne będą niższe.

Przy wyborze optymalnego istnieją czynniki ograniczające:

a) korozja niskotemperaturowa powierzchni ogonowych;

b) kiedy 0 C możliwa jest kondensacja pary wodnej i łączenie się z tlenkami siarki;

c) wybór zależy od temperatury wody zasilającej, temperatury powietrza na wlocie do nagrzewnicy powietrza i innych czynników;

d) zanieczyszczenie powierzchni grzewczej. Prowadzi to do zmniejszenia i wzrostu współczynnika przenikania ciepła.

Przy określaniu strat ciepła ze spalinami uwzględnia się zmniejszenie objętości gazu

. (5.11)

5.2 Straty ciepła na skutek niepełnego spalania chemicznego

Strata ciepła w wyniku niepełnego spalania chemicznego Q 3 ma miejsce, gdy paliwo nie jest całkowicie spalone w komorze spalania kotła, a w produktach spalania pojawiają się palne składniki gazowe CO, H 2 , CH 4 , C m H n... Spalanie tych substancji palnych Wyprowadzenie gazów na zewnątrz pieca jest praktycznie niemożliwe ze względu na ich stosunkowo niską temperaturę.

Chemiczne niecałkowite spalanie paliwa może wynikać z:

– ogólny brak powietrza;

– słabe tworzenie mieszanki;

– mały rozmiar komory spalania;

– niska temperatura w komorze spalania;

- wysoka temperatura.

Jeżeli jakość powietrza i dobre składowanie mieszanki są wystarczające do całkowitego spalenia paliwa, q 3 zależy od objętościowej gęstości wydzielanego ciepła w palenisku

Optymalny stosunek, przy którym strata q 3 ma wartość minimalną, zależy od rodzaju paliwa, sposobu jego spalania i konstrukcji paleniska. Dla nowoczesnych urządzeń spalających strata ciepła z q 3 wynosi 0 2% przy q v = 0,1 0,3 MW/m 3.

Aby zmniejszyć straty ciepła z q 3 w komorze spalania, dążą do podwyższenia poziomu temperatury, wykorzystując w szczególności ogrzewanie powietrza, a także poprawiając na wszelkie możliwe sposoby wymieszanie składników spalania.

Urządzenia grzewcze zasilane paliwem stałym reprezentowane są dziś przez całą grupę urządzeń. Każdy kocioł na paliwo stałe produkowany dziś przez krajowe i zagraniczne firmy produkcyjne jest zupełnie nowym, zaawansowanym technologicznie urządzeniem grzewczym. Dzięki wprowadzeniu do konstrukcji urządzeń grzewczych nowinek technicznych i urządzeń automatyki sterującej, udało się znacząco zwiększyć sprawność i zoptymalizować pracę kotłów na paliwo stałe.

Urządzenia grzewcze tego typu wykorzystują tradycyjną zasadę działania, zbliżoną do znanej wersji ogrzewania piecowego. Główne działanie polega na procesie wytwarzania energii cieplnej uwalnianej podczas spalania węgla, koksu, drewna opałowego i innych surowców opałowych w piecu kotłowym, a następnie przekazywaniu ciepła do chłodziwa.

Podobnie jak inne urządzenia zapewniające wytwarzanie i przesyłanie energii, urządzenia kotłowe mają swój własny współczynnik wydajności. Rozważmy bardziej szczegółowo, jaka jest wydajność jednostek pracujących na paliwie stałym. Postaramy się znaleźć odpowiedzi na pytania związane z tymi parametrami.

Jaka jest wydajność urządzeń grzewczych

Dla każdego urządzenia grzewczego, którego zadaniem jest ogrzewanie wnętrz budynków mieszkalnych i budowli o różnym przeznaczeniu, ważnym elementem była, jest i pozostaje wydajność pracy. Parametrem decydującym o sprawności kotłów na paliwo stałe jest współczynnik sprawności. Sprawność pokazuje stosunek energii cieplnej wytworzonej przez kocioł podczas spalania paliwa stałego do ciepła użytecznego dostarczonego do całego systemu grzewczego.

Stosunek ten wyraża się w procentach. Im lepiej kocioł działa, tym większe odsetki. Wśród nowoczesnych kotłów na paliwo stałe znajdują się modele o wysokiej wydajności, zaawansowanych technologicznie, wydajnych i ekonomicznych jednostkach.

Na przykład: Jako przybliżony przykład należy ocenić efekt cieplny uzyskany poprzez siedzenie w pobliżu ognia. Energia cieplna uwalniana podczas spalania drewna może ogrzać przestrzeń i obiekty ograniczone wokół ogniska. Większość ciepła z płonącego ognia (do 50-60%) trafia do atmosfery, nie zapewniając żadnych korzyści poza walorami estetycznymi, podczas gdy sąsiadujące przedmioty i powietrze otrzymują ograniczoną ilość kilokalorii. Efektywność pożaru jest minimalna.

Efektywność urządzeń grzewczych w dużej mierze zależy od rodzaju stosowanego paliwa i cech konstrukcyjnych urządzenia.

Przykładowo: podczas spalania węgla, drewna czy pelletu uwalniana jest różna ilość energii cieplnej. Efektywność w dużej mierze zależy od technologii spalania paliwa w komorze spalania oraz rodzaju systemu grzewczego. Innymi słowy, każdy typ urządzenia grzewczego (tradycyjne kotły na paliwo stałe, kotły o długim spalaniu, kotły na pellet i urządzenia pracujące na zasadzie pirolizy) posiada własne cechy konstrukcyjne technologiczne, które wpływają na parametry sprawności.

Na sprawność kotłów wpływają także warunki pracy i jakość wentylacji. Zła wentylacja powoduje brak powietrza niezbędnego dla dużej intensywności procesu spalania masy paliwowej. Od stanu komina zależy nie tylko poziom komfortu we wnętrzu, ale także wydajność urządzeń grzewczych i wydajność całego systemu grzewczego.

Dołączona dokumentacja kotła grzewczego musi zawierać deklarowaną przez producenta sprawność urządzenia. Zgodność rzeczywistych wskaźników z deklarowanymi informacjami osiąga się poprzez prawidłową instalację urządzenia, okablowanie i późniejszą eksploatację.

Zasady eksploatacji urządzeń kotłowych, których przestrzeganie wpływa na wartość sprawności

Każdy typ urządzenia grzewczego ma swoje optymalne parametry obciążenia, które powinny być jak najbardziej przydatne z technologicznego i ekonomicznego punktu widzenia. Proces eksploatacji kotłów na paliwo stałe jest zaprojektowany w taki sposób, aby przez większość czasu sprzęt działał w trybie optymalnym. Pracę tę można zapewnić przestrzegając zasad eksploatacji urządzeń grzewczych zasilanych paliwem stałym. W takim przypadku należy przestrzegać i przestrzegać następujących punktów:

• należy przestrzegać dopuszczalnych trybów pracy nadmuchu i wyciągu;
• stała kontrola nad intensywnością spalania i kompletnością spalania paliwa;
• kontrolować ilość porywania i awarii;
• ocena stanu powierzchni nagrzewanych podczas spalania paliwa;
• regularne czyszczenie kotła.

Wymienione punkty stanowią niezbędne minimum, którego należy przestrzegać podczas eksploatacji urządzeń kotłowych w sezonie grzewczym. Przestrzeganie prostych i zrozumiałych zasad pozwoli uzyskać wydajność autonomicznego kotła podaną w charakterystyce.

Można powiedzieć, że każda drobnostka, każdy element konstrukcji urządzenia grzewczego wpływa na wartość współczynnika sprawności. Odpowiednio zaprojektowany system kominowy i wentylacyjny zapewnia optymalny dopływ powietrza do komory spalania, co znacząco wpływa na jakość spalania produktu paliwowego. Wydajność wentylacji ocenia się na podstawie współczynnika nadmiaru powietrza. Nadmierny wzrost ilości napływającego powietrza prowadzi do nadmiernego zużycia paliwa. Ciepło opuszcza rurę intensywniej wraz z produktami spalania. Gdy współczynnik maleje, praca kotłów znacznie się pogarsza, a w piecu istnieje duże prawdopodobieństwo pojawienia się stref ograniczonej zawartości tlenu. W tej sytuacji sadza zaczyna się tworzyć i gromadzić w dużych ilościach w palenisku.

Intensywność i jakość spalania w kotłach na paliwo stałe wymaga stałego monitorowania. Komorę spalania należy obciążać równomiernie, unikając ogniskowych pożarów.

Uwaga: węgiel lub drewno opałowe jest równomiernie rozłożone na ruszcie lub ruszcie. Spalanie powinno następować na całej powierzchni warstwy. Równomiernie rozłożone paliwo szybko schnie i spala się na całej powierzchni, zapewniając całkowite dopalenie składników stałych masy paliwa do lotnych produktów spalania. Jeśli prawidłowo włożysz paliwo do paleniska, płomień podczas pracy kotłów będzie jasnożółty, słomkowy.

Podczas spalania ważne jest, aby zapobiegać awariom źródła paliwa, w przeciwnym razie będziesz musiał stawić czoła znacznym stratom mechanicznym (niedopalaniu) paliwa. W przypadku braku kontroli nad położeniem opału w palenisku, wpadające do popielnika duże kawałki węgla lub drewna opałowego mogą doprowadzić do samowolnego spalenia pozostałych produktów masy opałowej.

Sadza i żywica nagromadzona na powierzchni wymiennika ciepła zmniejszają stopień nagrzania wymiennika ciepła. W wyniku wszystkich powyższych naruszeń warunków pracy zmniejsza się użyteczna ilość energii cieplnej potrzebna do normalnej pracy systemu grzewczego. W rezultacie możemy mówić o gwałtownym spadku wydajności kotłów grzewczych.

Czynniki od których zależy sprawność kotła

Kotły o wysokiej wydajności są dziś reprezentowane przez następujące urządzenia grzewcze:

• jednostki opalane węglem i innymi stałymi paliwami kopalnymi;
• kotły na pellet;
• urządzenia typu piroliza.

Sprawność urządzeń grzewczych spalających brykiety antracytowe, węglowe i torfowe wynosi średnio 70-80%. Urządzenia na pellet charakteryzują się znacznie wyższą wydajnością – aż do 85%. Kotły grzewcze tego typu ładowane pelletem charakteryzują się dużą sprawnością, wytwarzając ogromną ilość energii cieplnej podczas spalania paliwa.

Uwaga: jedno obciążenie wystarczy, aby urządzenie pracowało w optymalnych trybach nawet przez 12-14 godzin.

Absolutnym liderem wśród urządzeń grzewczych na paliwo stałe jest kocioł pirolityczny. Urządzenia te korzystają z drewna opałowego lub drewna odpadowego. Wydajność takiego sprzętu wynosi obecnie 85% lub więcej. Agregaty zaliczają się także do urządzeń wysokosprawnych o długim spalaniu, jednak pod warunkiem spełnienia niezbędnych warunków – wilgotność paliwa nie powinna przekraczać 20%.

Ważnym czynnikiem wpływającym na wartość sprawności jest rodzaj materiału, z którego wykonane jest urządzenie grzewcze. Obecnie na rynku dostępne są modele kotłów na paliwo stałe wykonane ze stali i żeliwa.

Na przykład: Pierwsza obejmuje wyroby stalowe. Aby obniżyć wartość rynkową jednostki, firmy produkcyjne wykorzystują podstawowe elementy konstrukcyjne wykonane ze stali. Na przykład wymiennik ciepła wykonany jest z wytrzymałej, żaroodpornej czarnej stali o grubości 2-5 mm. W ten sam sposób produkowane są rurowe elementy grzejne służące do ogrzewania obwodu głównego.

Im grubsza stal zastosowana w konstrukcji, tym wyższa charakterystyka przenoszenia ciepła przez sprzęt. W związku z tym wydajność wzrasta.

W urządzeniach stalowych wzrost wydajności osiąga się poprzez montaż specjalnych przegród wewnętrznych w postaci rur - głównych stopni przepływu i oddymiaczy. Środki są wymuszone i częściowe, co pozwala nieznacznie zwiększyć wydajność głównego urządzenia. Wśród modeli stalowych kotłów na paliwo stałe rzadko można spotkać urządzenia o sprawności powyżej 75%. Żywotność takich produktów wynosi 10-15 lat.

W celu zwiększenia sprawności stalowych kotłów grzewczych zagraniczne firmy stosują w swoich modelach proces spalania dolnego, z 2 lub 3 strumieniami trakcyjnymi. Konstrukcja produktów przewiduje montaż rurowych elementów grzejnych poprawiających wymianę ciepła. Taki sprzęt ma wydajność 75-80% i może trwać dłużej, 1,5 razy.

W przeciwieństwie do jednostek stalowych, żeliwne jednostki na paliwo stałe są bardziej wydajne.

W konstrukcji jednostek żeliwnych zastosowano wymienniki ciepła wykonane ze specjalnego gatunku stopu żeliwa, który charakteryzuje się wysokim współczynnikiem przenikania ciepła. Takie kotły są najczęściej stosowane w otwartych systemach grzewczych. Produkty dodatkowo wyposażone są w ruszt, dzięki któremu intensywne pozyskiwanie energii cieplnej odbywa się bezpośrednio z palącego się paliwa umieszczonego na ruszcie.

Sprawność takich urządzeń grzewczych wynosi 80%. Należy wziąć pod uwagę długą żywotność kotłów żeliwnych. Żywotność takiego sprzętu wynosi 30-40 lat.

Jak zwiększyć efektywność urządzeń grzewczych zasilanych paliwami stałymi

Obecnie wielu konsumentów, mając do dyspozycji kocioł na paliwo stałe, stara się znaleźć najwygodniejszy i praktyczny sposób na zwiększenie wydajności urządzeń grzewczych. Zadane przez producenta parametry technologiczne urządzeń grzewczych z czasem tracą swoje wartości nominalne, dlatego poszukuje się różnych metod i środków w celu zwiększenia wydajności urządzeń kotłowych.

Rozważmy jedną z najbardziej skutecznych opcji, instalując dodatkowy wymiennik ciepła. Zadaniem nowego urządzenia jest odprowadzenie energii cieplnej z lotnych produktów spalania.

Na filmie możesz zobaczyć jak wykonać własny ekonomizer (wymiennik ciepła)

Aby to zrobić, musimy najpierw wiedzieć, jaka jest temperatura dymu na wylocie. Można to zmienić za pomocą multimetru, który umieszcza się bezpośrednio na środku komina. Dane o tym, ile dodatkowego ciepła można uzyskać z odparowania produktów spalania, są niezbędne do obliczenia powierzchni dodatkowego wymiennika ciepła. Wykonujemy następujące czynności:

• wysyłamy pewną ilość drewna opałowego do paleniska;
• Mierzymy, ile czasu potrzeba na spalenie określonej ilości drewna opałowego.

Przykładowo: drewno opałowe w ilości 14,2 kg. palić przez 3,5 godziny. Temperatura dymu na wylocie kotła wynosi 460 0 C.

W ciągu 1 godziny spaliliśmy: 14,2/3,5 = 4,05 kg. drewno kominkowe

Do obliczenia ilości dymu stosujemy ogólnie przyjętą wartość 1 kg. drewno opałowe = 5,7 kg. spaliny. Następnie mnożymy ilość drewna spalonego w ciągu godziny przez ilość dymu powstałego przy spalaniu 1 kg. drewno kominkowe W rezultacie: 4,05 x 5,7 = 23,08 kg. lotne produkty spalania. Liczba ta stanie się punktem wyjścia do późniejszych obliczeń ilości energii cieplnej, którą można dodatkowo wykorzystać do ogrzania drugiego wymiennika ciepła.

Znając wartość pojemności cieplnej lotnych gorących gazów wynoszącą 1,1 kJ/kg, dokonujemy dalszych obliczeń mocy przepływu ciepła, jeśli chcemy obniżyć temperaturę dymu z 460 0 C do 160 stopni.

Q = 23,08 x 1,1 (460-160) = 8124 kJ energii cieplnej.

W rezultacie otrzymujemy dokładną wartość dodatkowej mocy dostarczanej przez lotne produkty spalania: q = 8124/3600 = 2,25 kW, duża liczba, która może mieć znaczący wpływ na zwiększenie wydajności urządzeń grzewczych. Wiedząc, ile energii się marnuje, chęć wyposażenia kotła w dodatkowy wymiennik ciepła jest w pełni uzasadniona. Ze względu na dopływ dodatkowej energii cieplnej do podgrzania chłodziwa zwiększa się nie tylko wydajność całego systemu grzewczego, ale także wydajność samego urządzenia grzewczego.

wnioski

Pomimo mnóstwa modeli nowoczesnych urządzeń grzewczych, kotły na paliwo stałe pozostają jednym z najbardziej efektywnych i niedrogich rodzajów urządzeń grzewczych. W porównaniu do kotłów elektrycznych, które charakteryzują się sprawnością sięgającą 90%, jednostki na paliwo stałe charakteryzują się wysokim efektem ekonomicznym. Wzrost wydajności nowych modeli pozwolił zbliżyć tego typu urządzenia kotłowe do kotłów elektrycznych i gazowych.

Nowoczesne urządzenia na paliwo stałe mogą nie tylko pracować przez długi czas, korzystając z dostępnych zasobów paliwa naturalnego, ale także charakteryzują się wysoką wydajnością.

Ciepło powstające podczas spalania paliwa nie może zostać w pełni wykorzystane do wytworzenia pary lub gorącej wody; część ciepła jest nieuchronnie tracona i rozpraszana w środowisku. Bilans cieplny kotła jest specyficznym sformułowaniem prawa zachowania energii, które stwierdza równość ilości ciepła wprowadzonego do kotła i ciepła wydatkowanego na wytworzenie pary lub gorącej wody, z uwzględnieniem strat . Zgodnie z „Metodą Standardową” wszystkie wartości wchodzące w bilans cieplny przeliczane są na 1 kg spalonego paliwa. Nazywa się przychodzącą część bilansu cieplnego dostępne ciepło :

Gdzie Q- - dolna wartość opałowa paliwa, kJ/kg; c T t T - ciepło fizyczne paliwa (gdzie t – pojemność cieplna paliwa, / t – temperatura paliwa), kJ/kg; Q B - ciepło powietrza wchodzącego do pieca podczas jego ogrzewania na zewnątrz urządzenia, kJ/kg; Q n - ciepło wprowadzone do kotła parą wykorzystywaną do rozpylenia oleju opałowego, nadmuchem zewnętrznym powierzchni grzewczych lub doprowadzeniem pod ruszt podczas spalania warstwowego, kJ/kg.

W przypadku stosowania paliwa gazowego obliczenia przeprowadza się w odniesieniu do 1 m 3 suchego gazu w normalnych warunkach.

Ciepło fizyczne paliwa odgrywa znaczącą rolę tylko wtedy, gdy paliwo jest podgrzewane poza kotłem. Na przykład olej opałowy jest podgrzewany przed dostarczeniem do palników, ponieważ ma dużą lepkość w niskich temperaturach.

Ciepło powietrza, kJ/ (kg paliwa):

gdzie a t jest współczynnikiem nadmiaru powietrza w piecu; V 0 H - teoretycznie wymagana ilość powietrza, n.m 3 /kg; od do - izobaryczna pojemność cieplna powietrza, kJ/(n.m 3 K); / x in - temperatura zimnego powietrza, °C; t B - temperatura powietrza na wejściu do pieca, °C.

Ciepło wprowadzone za pomocą pary, kJDkgfuel):

Gdzie G n - jednostkowe zużycie pary wdmuchiwanej (do rozpylania oleju opałowego zużywa się około 0,3 kg pary na 1 kg oleju opałowego); / p = 2750 kJ/kg - przybliżona wartość entalpii pary wodnej w temperaturze produktów spalania opuszczających blok kotłowy (około 130°C).

W przybliżonych obliczeniach przyjmuje się 0 r ~P? ze względu na małość pozostałych składników równania (22.2).

Na część konsumpcyjną bilansu cieplnego składa się ciepło użyteczne (wytwarzanie pary lub gorącej wody) oraz wielkość strat, kJDkgfuel):

gdzie 0 2 - straty ciepła z gazami opuszczającymi kocioł;

• 03 - straty ciepła w wyniku chemicznego niepełnego spalania paliwa;
• 0 4 - straty ciepła w wyniku mechanicznego niepełnego spalania paliwa;
• 0 5 - utrata ciepła przez okładzinę do otoczenia; 0 6 - straty ciepła fizycznego żużla usuwanego z kotła.

Równanie bilansu cieplnego zapisuje się jako

Jako procent dostępnego ciepła można zapisać równanie (22.6):

Użytecznie wykorzystane ciepło w kotle parowym z ciągłym nadmuchem górnego bębna określa się równaniem kJDkgfuel):

Gdzie D- wydajność pary kotłowej, kg/s; Dnp- natężenie przepływu wody oczyszczającej kg/s; W - zużycie paliwa, kg/s; / p, / p w, / k w - entalpia odpowiednio pary, wody zasilającej i kotłowej pod ciśnieniem w kotle, kJ/kg.

Strata ciepła ze spalinami, kJ/(kg paliwa):

Gdzie s g I od do- izobaryczna pojemność cieplna produktów spalania i powietrza, kJ/(n.m 3 K); g - temperatura spalin, °C; ax to współczynnik nadmiaru powietrza na wylocie gazów z kotła; K 0 G i V 0- teoretyczna objętość produktów spalania i teoretycznie wymagana ilość powietrza, n.m 3 / (kgpaliwo).

W kanałach gazowych kotła utrzymuje się podciśnienie; objętości gazów przemieszczających się wzdłuż ścieżki gazowej kotła zwiększają się w wyniku zasysania powietrza przez nieszczelności wykładziny kotła. Zatem rzeczywisty współczynnik nadmiaru powietrza na wylocie osi zespołu kotłowego jest większy niż współczynnik nadmiaru powietrza w palenisku a. Oblicza się go poprzez zsumowanie współczynnika nadmiaru powietrza w palenisku i zasysania powietrza we wszystkich kanałach kominowych. W praktyce eksploatacji kotłowni należy dążyć do ograniczenia zasysania powietrza w kanałach gazowych, co jest jednym z najskuteczniejszych sposobów przeciwdziałania stratom ciepła.

Zatem wysokość straty Pytanie 2 określana na podstawie temperatury spalin i wartości współczynnika nadmiaru powietrza ax. W nowoczesnych kotłach temperatura gazu za kotłem nie spada poniżej 110°C. Dalszy spadek temperatury prowadzi do kondensacji pary wodnej zawartej w gazach i podczas spalania paliwa zawierającego siarkę tworzy się kwas siarkowy, co przyspiesza korozję metalowych powierzchni ścieżki gazowej. Minimalne straty w spalinach wynoszą q 2 ~ 6-7%.

Straty spowodowane niepełnym spalaniem chemicznym i mechanicznym są charakterystyczne dla urządzeń spalających (patrz punkt 21.1). Ich wartość zależy od rodzaju paliwa i sposobu spalania, a także od doskonałości organizacji procesu spalania. Straty powstałe na skutek niecałkowitego spalania chemicznego w nowoczesnych piecach wynoszą ok q 3 = 0,5-5%, od mechanicznego - q 4 = 0-13,5%.

Straty ciepła do otoczenia q 5 zależy od mocy kotła. Im wyższa moc, tym mniejsza względna wielkość strat q 5 . A więc z wydajnością pary kotła D= Straty 1 kg/s wynoszą 2,8%, przy D= 10 kg/s q 5 ~ 1%.

Straty ciepła z ciepłem fizycznym żużla q b są małe i zwykle są brane pod uwagę przy sporządzaniu dokładnego bilansu cieplnego,%:

Gdzie a shl = 1 - un; un - udział popiołów w spalinach; z poszedł i? shl - pojemność cieplna i temperatura żużla; A g - zawartość popiołu w stanie eksploatacyjnym paliwa.

Współczynnik wydajności (Sprawność) zespołu kotłowego to stosunek ciepła użytecznego spalania 1 kg paliwa do wytworzenia pary w kotłach parowych lub gorącej wody w kotłach gorącowodnych do ciepła dostępnego.

Sprawność kotła,%:

Sprawność jednostek kotłowych zależy w dużym stopniu od rodzaju paliwa, sposobu spalania, temperatury spalin i mocy. Kotły parowe zasilane paliwem ciekłym lub gazowym mają sprawność na poziomie 90-92%. Przy spalaniu paliw stałych warstwowo wydajność wynosi 70-85%. Należy zaznaczyć, że sprawność jednostek kotłowych w istotny sposób zależy od jakości ich pracy, a w szczególności od organizacji procesu spalania. Eksploatacja kotła przy ciśnieniu pary i wydajności mniejszej niż nominalna zmniejsza wydajność. W trakcie eksploatacji kotłów należy okresowo przeprowadzać badania termotechniczne w celu określenia strat oraz rzeczywistej sprawności kotła, co pozwala na dokonanie niezbędnych korekt jego trybu pracy.

Zużycie paliwa dla kotła parowego (kg/s – dla paliwa stałego i ciekłego; n.m 3 /s – gazowe)

Gdzie D- wydajność pary kotła, kg/s; / p, / p w, / k w - entalpia odpowiednio pary, wody zasilającej i kotłowej, kJ/kg; Q p - dostępne ciepło, kJ/(kg paliwa) - dla paliw stałych i ciekłych, kJ/(N.m 3) - dla paliwa gazowego (często uwzględniane w obliczeniach Q p ~ Q- ze względu na ich niewielkie różnice); P to wartość ciągłego nadmuchu, % produkcji pary; g| ka - wydajność jednostki coli, frakcja.

Zużycie paliwa dla kotła ciepłej wody (kg/s; n.m 3 /s):

gdzie Cin - zużycie wody, kg/s; /, / 2 - entalpia początkowa i końcowa wody w kotle, kJ/kg.

Sprawność cieplna urządzeń kotłowych jest wskazywana we współczynniku sprawności. Sprawność kotła gazowego należy określić w dokumentacji technicznej. Według producentów dla niektórych modeli kotłów współczynnik sięga 108-109%, inne działają na poziomie 92-98%.

Jak obliczyć wydajność gazowego kotła grzewczego

Metoda obliczania wydajności polega na porównaniu energii cieplnej zużytej na ogrzanie chłodziwa z rzeczywistą ilością całego ciepła uwolnionego podczas spalania paliwa. W warunkach fabrycznych obliczenia wykonuje się według wzoru:

η = (Q1/Qri) 100%

We wzorze na obliczenie sprawności kotła gazowego na gorącą wodę wskazane wartości oznaczają:

• Qri to całkowita ilość energii cieplnej uwalnianej podczas spalania paliwa.
• Q1 – ciepło, które zostało zgromadzone i wykorzystane do ogrzania pomieszczenia.

Wzór ten nie uwzględnia wielu czynników: możliwej utraty ciepła, odchyleń parametrów pracy systemu itp. Obliczenia pozwalają nam uzyskać wyłącznie średnią sprawność kotła gazowego. Większość producentów wskazuje tę wartość.

Przeprowadzana jest na miejscu ocena błędu w określeniu sprawności cieplnej. Do obliczeń używana jest inna formuła:

η=100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Obliczenia pomagają w przeprowadzeniu analizy pod kątem charakterystyki konkretnego systemu grzewczego. Skróty we wzorze oznaczają:

• q2 – straty ciepła w spalinach i produktach spalania.
• q3 – straty związane z nieprawidłowymi proporcjami mieszanki gazowo-powietrznej, co powoduje niedopalenie gazu.
• q4 – straty ciepła związane z pojawieniem się sadzy na palnikach i wymienniku ciepła oraz podpaleniem mechanicznym.
• q5 – straty ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej.
• q6 – straty ciepła podczas chłodzenia paleniska podczas oczyszczania go z żużla. Ostatni współczynnik dotyczy wyłącznie jednostek na paliwo stałe i nie jest brany pod uwagę przy obliczaniu sprawności urządzeń zasilanych gazem ziemnym.

Rzeczywista wydajność gazowego kotła grzewczego jest obliczana wyłącznie na miejscu i zależy od dobrze wykonanego systemu oddymiania, braku naruszeń podczas instalacji itp.

Największy wpływ na sprawność cieplną ma temperatura spalin, oznaczona we wzorze znacznikiem q2. Gdy intensywność nagrzewania stopni wychodzących spadnie o 10-15°C, wydajność wzrośnie o 1-2%. Pod tym względem najwyższą wydajność mają kotły kondensacyjne należące do klasy niskotemperaturowych urządzeń grzewczych.

Który kocioł gazowy ma najwyższą wydajność?

Statystyki i dokumentacja techniczna jednoznacznie wskazują, że kotły importowane charakteryzują się najwyższą wydajnością. Europejscy producenci kładą szczególny nacisk na stosowanie technologii energooszczędnych. Zagraniczny kocioł gazowy ma wysoką wydajność, ponieważ w jego konstrukcji wprowadzono pewne modyfikacje:

• Stosowany jest palnik modulowany– nowoczesne kotły wiodących producentów, wyposażone w sprawne palniki dwustopniowe lub w pełni modulowane. Zaletą palników jest ich automatyczne dostosowanie do rzeczywistych parametrów pracy instalacji grzewczej. Procent niedopalenia jest zredukowany do minimum.
• Ogrzewanie płynu chłodzącego– kocioł optymalny to taki, który podgrzewa płyn chłodzący do temperatury nie wyższej niż 70°C, natomiast spaliny podgrzewa do temperatury nie wyższej niż 110°C, co zapewnia maksymalny transfer ciepła. Jednak przy niskotemperaturowym nagrzewaniu chłodziwa obserwuje się kilka wad: niewystarczająca siła trakcyjna, zwiększona kondensacja.
  Wymienniki ciepła w kotłach gazowych o najwyższej sprawności wykonane są ze stali nierdzewnej i wyposażone w specjalny agregat skraplający przeznaczony do odbioru ciepła z kondensatu.
• Temperatura gazu zasilającego i powietrza wchodzącego do palnika. Kotły typu zamkniętego, podłączone. Powietrze dostaje się do komory spalania przez zewnętrzną wnękę rury dwukomorowej, podgrzane, co zmniejsza zapotrzebowanie na ciepło o kilka procent.
  Palniki ze wstępnym przygotowaniem mieszanki gazowo-powietrznej podgrzewają również gaz przed podaniem go do palnika.
• Kolejna popularna opcja modyfikacji– zamontowanie układu recyrkulacji spalin, gdy dym nie przedostaje się od razu do komory spalania, ale przechodzi przez pęknięty kanał kominowy i po zmieszaniu świeżego powietrza wraca do urządzenia palnikowego.

Maksymalną wydajność osiąga się w temperaturze kondensacji lub „punkcie rosy”. Kotły pracujące w niskotemperaturowych warunkach grzewczych nazywane są kotłami kondensacyjnymi. Wyróżniają się niskim zużyciem gazu i wysoką sprawnością cieplną, co jest szczególnie zauważalne przy podłączeniu do i.

Kotły kondensacyjne oferowane są przez kilku europejskich producentów, m.in.:

• Viessmanna.
• Buderusa.
• Vaillanta.
• Baxi.
• De Dietricha.

Dokumentacja techniczna kotłów kondensacyjnych podaje, że sprawność urządzeń podłączonych do niskotemperaturowych instalacji grzewczych wynosi 108-109%.

Jak zwiększyć wydajność gazowego kotła grzewczego

Istnieje wiele trików zwiększających efektywność. Skuteczność metod zależy od wstępnego projektu kotła. Na początek zastosuj modyfikacje, które nie wymagają zmian w działaniu kotła:

• Zmiana zasady obiegu chłodziwa– budynek nagrzewa się szybciej i bardziej równomiernie po podłączeniu pompy obiegowej.
• Montaż termostatów pokojowych– modernizacja kotłów w celu zwiększenia wydajności za pomocą czujników kontrolujących nie nagrzewanie się czynnika chłodniczego, ale temperaturę w pomieszczeniu, skuteczną metodę zwiększania sprawności cieplnej.
• Przy wymianie urządzenia palnikowego następuje wzrost wykorzystania gazu w kotle domowym o około 5-7%. Zainstalowanie palnika modulującego pomaga poprawić proporcje mieszanki gazowo-powietrznej i odpowiednio zmniejsza procent niedopalenia. Rodzaj zainstalowanego palnika ma bezpośredni związek z ograniczeniem strat ciepła.
• Zamiast całkowitej modyfikacji kotła może być konieczna częściowa modyfikacja konstrukcji i dostosowanie zużycia paliwa. Jeśli zmienisz położenie palników i zainstalujesz je bliżej obiegu wodnego, będziesz mógł zwiększyć wydajność o kolejne 1-2%. Bilans cieplny kotła wzrośnie w górę.

Pewny wzrost wydajności obserwuje się przy regularnej konserwacji sprzętu. Po oczyszczeniu pracującego kotła i usunięciu kamienia z wymiennika ciepła jego sprawność wzrasta o co najmniej 3-5%.

Sprawność spada, gdy wymiennik ciepła jest zabrudzony, ponieważ kamień składający się z osadów soli metali ma słabą przewodność cieplną. Z tego powodu następuje stały wzrost zużycia gazu, a co za tym idzie, kocioł ulega całkowitej awarii.

Następuje nieznaczny wzrost wydajności podczas spalania gazu skroplonego, uzyskany poprzez zmniejszenie szybkości podawania paliwa do palnika, co prowadzi do zmniejszenia niedopalenia. Ale wydajność cieplna nieznacznie wzrasta. Dlatego gaz ziemny jest w dalszym ciągu najbardziej ekonomicznym ze wszystkich stosowanych tradycyjnych paliw.

W przypadku nowoczesnej kotłowni na paliwo ciekłe sprawność często sięga 80%, pod warunkiem, że kotłownia jest czysta i wolna od sadzy. Jednak rzeczywista sprawność średnio (dla tych kotłowni, które zostały zmierzone) wynosi około 65%. Najczęściej kotłownia nie jest na tyle czysta, aby mogła odbierać ciepło z płomienia i przekazywać maksymalną ilość ciepła do wody.

Sytuacja znacznie się komplikuje, gdy producenci kotłowni zaczynają mówić o sprawności sięgającej 95%. Nie jest jasne, jakie warunki wykorzystano do określenia efektywności i o jaką efektywność chodzi.

W obszarze techniczno-ekonomicznym stosuje się co najmniej 6 definicji efektywności kotłowni. Ponieważ wiele osób nie zna warunków określania wydajności kotłowni, dostawcy bez obawy, że zostaną oskarżeni o kłamstwo, podają wysoką wydajność. Te wysokie liczby nie mają jednak nic wspólnego z rzeczywistością płatnika ciepła.

1. WYDAJNOŚĆ SPALANIA

Efektywność spalania to ilość energii paliwa UWOLNIONA podczas spalania.

Wyzwolenie energii paliwa i jej zamiana na ciepło w palenisku (piecu) kotłowni nie świadczy o wysokiej sprawności kotłowni. Sprawność spalania niektórzy producenci kotłowni podają jako sprawność kotłowni, ponieważ 1) wartość ta jest wysoka (około 93-95%) 2) efektywność spalania jest łatwa do zmierzenia - przyrząd należy zainstalować w kominach.

Uwalnianie ciepła z paliwa następuje w większości kotłowni o dużej sprawności spalania.

W rezultacie: Wyzwolenie energii paliwa i jej konwersja na ciepło w palenisku (piecu) nie jest tym samym ciepłem, które odbiera kocioł!! Interesuje nas ciepło odbierane przez kocioł!!

2. Sprawność kotłowni

Sprawność kotłowni to ilość energii paliwa, która została wykorzystana w sposób użyteczny, tj. ulega przemianie w inny ośrodek przenoszący energię.

Innym nośnikiem energii jest na przykład ciepła woda, która ogrzewa dom.

Sprawność kotłowni jest najczęściej stosowaną definicją sprawności we wszystkich typach obiektów energetycznego spalania.

Sprawność kotłowni jest trudniejsza do zmierzenia niż efektywność spalania, dlatego wiele osób zadowala się jedynie pomiarem efektywności spalania. W rzeczywistości sprawność kotłowni jest o 10-15% niższa od sprawności spalania.

3. SPRAWNOŚĆ URZĄDZEŃ SPALANIA

SPRAWNOŚĆ URZĄDZEŃ SPALINOWYCH POKAZUJE, JAK SKUTECZNE JEST SPALANIE I ODBIÓR CIEPŁA W KOTŁOWNI. Nawet te obliczenia są często przedstawiane jako wynik analizy gazów spalinowych.

Często wydajność urządzeń piecowych stosuje się jako przybliżony analog wydajności kotłowni, ponieważ technika pomiaru w tym przypadku jest łatwiejsza. Stosując tę ​​technikę, można uzyskać przybliżoną wartość wydajności kotłowni: konieczne jest ciągłe analizowanie składu tlenu lub CO2 w gazach spalinowych. Straty odejmuje się, ponieważ np. w popiele/żużlu występuje pewna ilość ciepła (dotyczy to zwłaszcza paliw żużlotwórczych). Jeśli chodzi o paliwo płynne, wydajność urządzeń pieca i wydajność kotłowni są w przybliżeniu takie same, ponieważ paliwo ciekłe nie zawiera popiołu/żużla. Ale jeśli zastosujesz tę koncepcję do węgla lub biopaliw, wówczas błędy (błędy) będą znacznie wyższe.

4. SPRAWNOŚĆ INSTALACJI

Przy obliczaniu sprawności instalacji określa się stosunek całkowitej ilości energii użytecznej do całkowitej ilości energii. Do całkowitej ilości energii zalicza się również „energię pomocniczą”, np. energię elektryczną niezbędną do pracy pomp w kotłowni, wentylacji, kominów itp. Dla instalacji na paliwo ciekłe „energia pomocnicza” odpowiada około 1% całkowitej energii paliwa, dla instalacji na paliwo stałe „energia pomocnicza” wynosi 5% energii paliwa.
Sprawność instalacji będzie zatem niższa od sprawności kotłowni.

5. WYDAJNOŚĆ SYSTEMU

Określenie wydajności systemu rozszerza granice systemu do:

Produkcja ciepła ze stratami
- dystrybucja ciepła ze stratami w sieci ciepłowniczej itp.
- wykorzystanie ciepła

Według UNICHAL (Międzynarodowej Unii Dostawców Ciepła) podczas dystrybucji ciepłej wody do mieszkań występują następujące typowe straty w rurach:

Szwecja - 8% straty w rurach, tj. ciepło przekazywane jest do gruntu i otaczających go rur ciepłowniczych
Dania - 20%
Finlandia - 9%
Belgia - 13%
Szwajcaria - 13%
Niemcy Zachodnie - 11%

6. Wydajność roczna

Sprawność roczna w zasadzie odpowiada sprawności kotłowni, ale wtedy obliczana jest średnia sprawność kotłowni dla całego roku. Sprawność roczna obejmuje również okresy o słabym poziomie spalania, na przykład podczas uruchamiania kotłowni itp.

Wydajność roczna zależy od wielkości instalacji, żywotności itp.

Z powyższego wynika, że ​​stosowane są różne definicje efektywności, zatem istnieje duże prawdopodobieństwo podania błędnej wartości w przypadku braku wyjaśnienia pojęcia i definicji efektywności. Nie trzeba więc bać się niewrażliwości, ponieważ w rzeczywistości wielu producentów, z wiedzą lub bez, podaje błędne dane.

Ważne liczby to te, które odzwierciedlają rzeczywistą ekonomiczną stronę paliwa kupowanego przez konsumenta. Jeśli stracisz zaufanie konsumentów poprzez zapewnienie zbyt dużej wydajności, to pojawienie się dużych problemów na rynku jest nieuniknione.

Jak stwierdzono, „wszyscy dostawcy” (przynajmniej wielu) podają efektywność spalania, podając informacje na temat wydajności kotłowni.

Przy obliczaniu ekonomiki instalacji nie można kierować się efektywnością spalania!!!

KONSUMENT NIE KUPUJE PALIWA, ALE ŚRODEK DO PRODUKCJI CIEPŁA. To nie paliwo powinno być tanie, ale ciepło, które konsumenci otrzymują podczas zimowych zamieci.