Bilans cieplny kotła parowego. sprawność kotła. Bilans cieplny i sprawność kotła. określenie zużycia paliwa Obliczenie sprawności kotła na paliwo stałe

Ogólne równanie bilansu cieplnego kotła

Stosunkiem łączącym dopływ i zużycie ciepła w generatorze ciepła jest jego bilans cieplny. Celem zestawienia bilansu cieplnego kotła jest określenie wszystkich przychodzących i wychodzących pozycji bilansowych; obliczenie sprawności bloku kotłowego, analiza pozycji wydatków bilansu w celu ustalenia przyczyn pogorszenia pracy bloku kotłowego.

W zespole kotłowym podczas spalania paliwa energia chemiczna paliwa zamieniana jest na energię cieplną produktów spalania. Uwolnione ciepło paliwa jest wykorzystywane do wytwarzania ciepła użytecznego zawartego w parze lub gorącej wodzie oraz do pokrycia strat ciepła.

Zgodnie z prawem zachowania energii musi istnieć równość między dopływem i zużyciem ciepła w kotle, tj.

W przypadku kotłowni bilans cieplny dotyczy 1 kg paliwa stałego lub ciekłego lub 1 m 3 gazu w normalnych warunkach ( ). Pozycje dochodu i zużycia w równaniu bilansu ciepła mają wymiar MJ/m 3 dla paliw gazowych i MJ/kg dla paliw stałych i ciekłych.

Ciepło odbierane w kotle ze spalania paliwa jest również nazywane dostępne ciepło, jest oznaczony. W ogólnym przypadku część przychodząca bilans cieplny jest zapisany jako:

gdzie jest najniższą wartością opałową paliwa stałego lub ciekłego na masę roboczą, MJ/kg;

Wartość opałowa paliwa gazowego w stanie suchym, MJ/m 3 ;

Ciepło fizyczne paliwa;

Fizyczne ciepło powietrza;

Ciepło wprowadzone do paleniska kotła z parą.

Rozważmy składniki przychodzącej części bilansu cieplnego. W obliczeniach przyjmuje się najniższą roboczą wartość opałową w przypadku, gdy temperatura produktów spalania opuszczających kocioł jest wyższa niż temperatura kondensacji pary wodnej (zwykle t g = 110 ... 120 0 С). Przy schładzaniu produktów spalania do temperatury, w której możliwa jest kondensacja pary wodnej na powierzchni grzewczej, obliczenia należy wykonać z uwzględnieniem wyższej wartości opałowej paliwa

Ciepło fizyczne paliwa to:

gdzie z t jest jednostkową pojemnością cieplną paliwa, na olej opałowy i na gaz;

t t – temperatura paliwa, 0 С.

Paliwo stałe przy wejściu do kotła ma więc zwykle niską temperaturę bliską zera Q f.t. jest mały i można go zaniedbać.

Olej opałowy (paliwo płynne), w celu zmniejszenia lepkości i poprawy natryskiwania, wchodzi do pieca nagrzanego do temperatury 80 ... 120 0 С, dlatego podczas wykonywania obliczeń uwzględnia się jego ciepło fizyczne. W takim przypadku pojemność cieplną oleju opałowego można określić wzorem:

Księgowość Q f.t. przeprowadza się tylko podczas spalania paliwa gazowego o niskiej wartości opałowej (na przykład gazu wielkopiecowego) pod warunkiem, że jest podgrzewany (do 200 ... 300 0 С). Przy spalaniu paliw gazowych o dużej wartości opałowej (np. gazu ziemnego) występuje zwiększony stosunek masowy powietrza do gazu (około 10 1). W takim przypadku paliwo - gaz zwykle nie jest podgrzewane.

Fizyczne ciepło powietrza Q prz. jest brany pod uwagę tylko wtedy, gdy jest podgrzewany na zewnątrz kotła ze względu na źródło zewnętrzne (na przykład w podgrzewaczu parowym lub w autonomicznym podgrzewaczu, gdy spalane jest w nim dodatkowe paliwo). W tym przypadku ciepło wprowadzane przez powietrze jest równe:

gdzie jest stosunek ilości powietrza na wlocie do kotła (nagrzewnicy powietrza) do teoretycznie niezbędnego;

Entalpia teoretycznie wymaganego powietrza podgrzanego przed nagrzewnicą powietrza, :

,

tutaj jest temperatura ogrzanego powietrza przed nagrzewnicą powietrza jednostki kotłowej, 0 С;

Entalpia teoretycznie wymaganego zimnego powietrza, :

Ciepło wprowadzone do paleniska kotła za pomocą pary podczas parowego rozpylania oleju opałowego uwzględniane jest w postaci wzoru:

gdzie G p - zużycie pary, kg na 1 kg paliwa (do natrysku parowego oleju opałowego) G n = 0,3…0,35 kg/kg);

h p jest entalpią pary, MJ/kg;

2,51 - przybliżona wartość entalpii pary wodnej w produktach spalania opuszczających jednostkę kotłową, MJ/kg.

W przypadku braku ogrzewania paliwem i powietrzem z zewnętrznych źródeł, dostępne ciepło będzie równe:

Część wydatkowa bilansu ciepła obejmuje ciepło użytkowe Q podłoga w zespole kotłowym tj. ciepło zużyte na produkcję pary (lub gorącej wody) oraz różne straty ciepła, tj.

gdzie Q m.in. – straty ciepła z wychodzącymi gazami;

Q u.w. , Q SM. - straty ciepła spowodowane niekompletnością chemiczną i mechaniczną spalania paliwa;

Q ale. – straty ciepła z zewnętrznego chłodzenia obudów zewnętrznych kotła;

Q f.sz. – straty z fizycznym ciepłem żużli;

Q wg. - zużycie (znak „+”) i dochód (znak „-”) ciepła związanego z niestabilnym reżimem termicznym kotła. W stanie ustalonym termicznym Q wg. = 0.

Zatem ogólne równanie bilansu cieplnego bloku kotłowego w ustalonym reżimie cieplnym można zapisać jako:

Jeśli obie części prezentowanego równania podzielimy przez i pomnożymy przez 100%, otrzymamy:

gdzie składowe części wydatkowej bilansu ciepła, %.

3.1 Straty ciepła ze spalinami

Utrata ciepła ze spalinami następuje ze względu na to, że ciepło fizyczne (entalpia) gazów opuszczających kocioł w temperaturze t m.in. , przekracza fizyczne ciepło powietrza wchodzącego do kotła α m.in. i paliwo z t t t. Różnica między entalpią spalin a ciepłem dostarczanym do kotła powietrzem z otoczenia α m.in. , oznacza straty ciepła ze spalinami, MJ/kg lub (MJ/m3):

.

Straty ciepła ze spalinami zajmują zwykle główne miejsce wśród strat ciepła kotła, wynoszące 5…12% dostępnego ciepła paliwa. Te straty ciepła zależą od temperatury, objętości i składu produktów spalania, co z kolei zależy od składników balastowych paliwa:

Wskaźnik charakteryzujący jakość paliwa pokazuje względny uzysk gazowych produktów spalania (przy α = 1) na jednostkę ciepła spalania paliwa i zależy od zawartości w nim składników balastowych (wilgotność W p i popiół ALE p dla paliw stałych i płynnych, azot N 2, dwutlenek węgla WIĘC 2 i tlen O 2 dla paliwa gazowego). 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 obniżenie współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach α c.g., która zależy od współczynnika przepływu powietrza w palenisku oraz powietrza balastowego zasysanego do kanałów gazowych kotła, które zwykle znajdują się w próżni:

Możliwość redukcji α , zależy od rodzaju paliwa, sposobu jego spalania, rodzaju palników i popychacza. W sprzyjających warunkach mieszania paliwa i powietrza można zmniejszyć nadmiar powietrza potrzebnego do spalania. Podczas spalania paliwa gazowego przyjmuje się, że współczynnik nadmiaru powietrza wynosi 1,1, podczas spalania oleju opałowego = 1,1 ... 1,15.

Zasysanie powietrza wzdłuż ścieżki gazowej kotła można w granicy zredukować do zera. Jednak całkowite uszczelnienie miejsc przejścia rur przez mur, uszczelnienie włazów i podglądaczy jest trudne i praktycznie = 0,15..0,3.

Powietrze balastowe w produktach spalania oprócz zwiększenia strat ciepła Q m.in. prowadzi również do dodatkowych kosztów energii dla wyciągu dymu.

Kolejny ważny czynnik wpływający na wartość Q np. jest temperatura spalin t m.in. . Jego redukcję uzyskuje się poprzez zamontowanie elementów wykorzystujących ciepło (ekonomizer, nagrzewnica powietrza) w tylnej części kotła. Im niższa temperatura spalin, a co za tym idzie, im mniejsza różnica temperatur między gazami a podgrzanym płynem roboczym (np. powietrzem), tym większa powierzchnia grzewcza wymagana jest do schłodzenia produktów spalania.

Wzrost temperatury spalin prowadzi do wzrostu strat c Q m.in. iw konsekwencji dodatkowe koszty paliwa do wytworzenia tej samej ilości pary lub gorącej wody. Z tego powodu optymalna temperatura t m.in. określa się na podstawie obliczeń techniczno-ekonomicznych przy porównaniu gotowych nakładów inwestycyjnych na budowę powierzchni grzewczej i kosztu paliwa (rys. 3).

Dodatkowo podczas pracy kotła powierzchnie grzewcze mogą zostać zanieczyszczone sadzą i popiołem z paliw. Prowadzi to do pogorszenia wymiany ciepła produktów spalania z powierzchnią grzewczą. Jednocześnie, aby utrzymać daną wydajność pary, konieczne jest dążenie do wzrostu zużycia paliwa. Poślizg powierzchni grzewczych prowadzi również do wzrostu oporu ścieżki gazowej kotła. W związku z tym, aby zapewnić normalną pracę urządzenia, wymagane jest systematyczne czyszczenie jego powierzchni grzewczych.

3.2 Straty ciepła z chemicznego niepełnego spalania

Utrata ciepła z chemicznej niezupełności spalania (dopalanie chemiczne) występuje, gdy paliwo nie jest całkowicie dopalane w komorze spalania i w produktach spalania pojawiają się palne składniki gazowe - CO, H 2, CH 4, C m H n itp. dopalanie tych palnych gazów poza piecami jest prawie niemożliwe ze względu na ich stosunkowo niską temperaturę.

Przyczynami niepełnego spalania chemicznego mogą być:

Ogólny brak powietrza

Słabe tworzenie mieszanki, zwłaszcza na początkowych etapach spalania paliwa;

niska temperatura w komorze spalania, szczególnie w strefie dopalania;

Niewystarczający czas przebywania paliwa w komorze spalania, podczas którego chemiczna reakcja spalania nie może zostać całkowicie zakończona.

Przy ilości powietrza wystarczającej do całkowitego spalenia paliwa i dobrego wytworzenia mieszanki straty zależą od objętościowej gęstości wydzielanego ciepła w palenisku, MW/m 3:

Gdzie W– zużycie paliwa, kg/s;

V t jest objętością pieca, m 3.

Ryż. 14.9 Zależność strat ciepła od chemicznej niekompletności spalania q x.n,%, objętościowej gęstości wydzielania ciepła w piecu qv, MW / m3.

Charakter zależności pokazano na rys.4. . W rejonie niskich wartości (lewa strona krzywej) tj. przy niskim zużyciu paliwa B straty rosną z powodu obniżenia poziomu temperatury w komorze spalania. Wzrost gęstości objętościowej wydzielania ciepła (przy wzroście zużycia paliwa) prowadzi do wzrostu poziomu temperatury w piecu i spadku

Jednak po osiągnięciu pewnego poziomu przy dalszym wzroście zużycia paliwa (prawa strona krzywej) straty zaczynają ponownie rosnąć, co wiąże się ze skróceniem czasu przebywania gazów w objętości paleniska i niemożliwością, w związku z tym zakończenie reakcji spalania.

Optymalna wartość, przy której straty są minimalne, zależy od rodzaju paliwa, sposobu jego spalania oraz konstrukcji paleniska. W przypadku nowoczesnych urządzeń do spalania strata ciepła z chemicznego niepełnego spalania wynosi 0...2% at .przy spalaniu paliw stałych i płynnych:

przy spalaniu paliwa gazowego:

Opracowując środki mające na celu zmniejszenie tej wartości, należy pamiętać, że jeśli istnieją warunki do pojawienia się produktów niepełnego spalania, CO powstaje przede wszystkim jako składnik najtrudniejszy do spalenia, a następnie H 2 i inne gazy. Wynika z tego, że jeśli w produktach spalania nie ma CO, to nie ma w nich również H2.

Sprawność jednostki kotłowej

Efektywność jednostki kotłowej to stosunek ciepła użytkowego użytego do wytworzenia pary (lub gorącej wody) do dostępnego ciepła jednostki kotłowej. Jednak nie całe ciepło użytkowe wytworzone przez kocioł trafia do odbiorców, część ciepła przeznaczana jest na własne potrzeby. Mając to na uwadze, sprawność kotła wyróżnia ciepło generowane (sprawność – brutto) oraz ciepło oddawane (sprawność – netto).

Na podstawie różnicy ciepła wytworzonego i oddawanego określa się zużycie na potrzeby własne. Na potrzeby własne zużywane jest nie tylko ciepło, ale także energia elektryczna (np. do napędu oddymiania, wentylatora, pomp zasilających, mechanizmów podawania paliwa), tj. zużycie na potrzeby własne obejmuje zużycie wszystkich rodzajów energii zużytych na produkcję pary lub gorącej wody.

Tak więc sprawność brutto zespołu kotłowego charakteryzuje stopień jego doskonałości technicznej, a sprawność netto - sprawność gospodarcza.

Sprawność - jednostka kotła brutto może być określona przez równanie bilansu bezpośredniego lub przez równanie bilansu odwrotnego.

Zgodnie z równaniem salda bezpośredniego:

Na przykład przy produkcji pary wodnej ciepło użytkowe wykorzystywane jest ( patrz pytanie 2) :

Następnie

Z przedstawionego wyrażenia można uzyskać wzór na określenie wymaganego zużycia paliwa, kg / s (m 3 / s):

Zgodnie z odwrotnym równaniem równowagi:

Wyznaczenie sprawności - brutto według równania bilansu bezpośredniego wykonuje się głównie przy raportowaniu za odrębny okres (dekada, miesiąc), a według równania bilansu odwrotnego - przy badaniu jednostek kotłowych. Obliczenie sprawności za pomocą bilansu odwrotnego jest znacznie dokładniejsze, ponieważ błędy pomiaru strat ciepła są mniejsze niż przy określaniu zużycia paliwa.

Wydajność - netto określa wyrażenie:

gdzie zużycie energii na potrzeby własne, % .

Tak więc, aby poprawić sprawność jednostek kotłowych, nie wystarczy dążyć do zmniejszenia strat ciepła; konieczne jest również ograniczenie w każdy możliwy sposób kosztów ciepła i energii elektrycznej na potrzeby własne, co wynosi średnio 3...5% ciepła dostępnego z bloku kotłowego.Sprawność bloku kotłowego zależy od jego obciążenia. Aby zbudować zależność, konieczne jest sekwencyjne odjęcie od 100% wszystkich strat jednostki kotłowej, które zależą od obciążenia, tj.

Różne typy kotłów mają różne efektywność wahają się od 85 do 110%. Wybierając urządzenia kotłowe, wielu kupujących jest zainteresowanych tym, w jaki sposób sprawność może generalnie przekroczyć 100% i jak jest obliczana.

W przypadku kotłów elektrycznych sprawność tak naprawdę nie może być wyższa niż 100%. Tylko kotły pracujące na paliwie palnym mogą mieć wyższy współczynnik.

Jeśli przypomnisz sobie szkolny kurs chemii, okazuje się, że przy całkowitym spaleniu dowolnego paliwa pozostaje CO 2 - węgiel i H 2 O - para wodna zawierająca energię. Podczas kondensacji energia pary wzrasta, to znaczy generowana jest dodatkowa energia. Na tej podstawie kaloryczność paliwa dzieli się na dwa pojęcia: wyższa i niższa właściwa wartość opałowa.

Gorszy- reprezentuje ciepło uzyskane podczas spalania paliwa, gdy para wodna wraz z zawartą w nich energią przedostaje się do środowiska zewnętrznego.

Wyższa kaloryczność to ciepło, z uwzględnieniem energii zawartej w parze wodnej.

Oficjalnie (w dowolnych dokumentach regulacyjnych) efektywność, zarówno w Rosji, jak i w Europie, obliczona z wartości opałowej. A jeśli mimo wszystko wykorzystuje się ciepło zawarte w parze wodnej, a obliczenia prowadzone są według najniższego ciepła właściwego spalania, to w tym przypadku pojawiają się liczby przekraczające 100%.

Nazywa się kotły wykorzystujące ciepło kondensacji pary wodnej kondensacja. I właśnie mają sprawność przekraczającą 100%.

Różnica pomiędzy niższą i wyższą kalorycznością paliwa wynosi około 11%. Ta wartość jest granicą, o którą może się różnić wydajność kotłów.

Ustawienia główne

Wydajność można obliczyć na dwa sposoby. W Europie sprawność oblicza się zwykle na podstawie temperatury spalin. Na przykład podczas spalania kilograma paliwa uzyskuje się określoną ilość kilokalorii ciepła pod warunkiem, że temperatura spalin i temperatura otoczenia są równe.

Mierząc różnicę pomiędzy temperaturą otoczenia a rzeczywistą temperaturą spalin, można na tej podstawie obliczyć sprawność kotła.

Z grubsza mówiąc, od 100% odejmuje się spaliny wpływające do rury i otrzymujemy rzeczywistą wartość.

Liczyć w prawo

W ZSRR, a później w Rosji przyjęto zupełnie inną metodę obliczania - tak zwaną „ metoda odwróconego salda”. Polega na tym, że o zużyciu ciepła decyduje niższa wartość opałowa. Następnie na rurze umieszcza się grzałkę i oblicza się ilość energii cieplnej, która w nią weszła, czyli ilość utraconej energii. Aby obliczyć sprawność, stratę energii oblicza się z całkowitej ilości ciepła.

Takie podejście w określaniu wydajności daje dokładniejsze wskaźniki.. Przyjęto ją jako metodę obliczeniową, ponieważ wszystkie rosyjskie korpusy kotłów były bardzo słabo zaizolowane, przez co do 40% energii uciekało przez ściany kotła. Zgodnie z wymogami dokumentów regulacyjnych w Rosji nadal zwyczajowo oblicza się wydajność metodą odwróconego bilansu. Dziś tę metodę można z powodzeniem zastosować do kilku-megawatowych kotłów pracujących w elektrociepłowniach, w których palniki nigdy się nie wyłączają.

Zalety nowoczesnych kotłów

Ale ta technika jest całkowicie nieodpowiednia do nowoczesnych kotłów, ponieważ mają one zasadniczo inny schemat działania. Ponieważ palniki nowoczesnych kotłów pracują w trybie automatycznym: pracują przez 15 minut, a następnie zatrzymują się na 15 minut, aż wytworzone ciepło zostanie wykorzystane. Im wyższa temperatura na zewnątrz, tym dłużej palnik „stoi” i mniej pracuje. Oczywiście w tym przypadku nie możemy mówić o odwrotnej równowadze.

Kolejną różnicą między nowoczesnymi kotłami jest obecność izolacji termicznej. Duzi producenci produkują jednostki najwyższej jakości, o najlepszej izolacyjności termicznej. Straty ciepła przez ściany takiego kotła nie przekraczają 1,5-2%. Kupujący często o tym zapominają, wierząc, że kocioł będzie również ogrzewał pomieszczenie z powodu wydzielania ciepła podczas pracy. Kupując nowoczesny kocioł warto pamiętać, że nie jest on przeznaczony do ogrzewania kotłowni, aw razie potrzeby zadbać o montaż grzejników.

Nowoczesne technologie utrwalania ciepła

Dobry kocioł stalowy jest zawsze bardziej wydajny. Wynika to z faktu, że kotły żeliwne, w przeciwieństwie do stalowych, mają zawsze większe ograniczenia technologiczne.

Ponadto dzięki izolacji nowoczesne kotły doskonale zatrzymują ciepło. Już po dwóch dniach od wyłączenia temperatura korpusu kotła spada tylko o 20-25 stopni.

Najlepsze próbki importowanych urządzeń grzewczych to kotły, w których wszystkie wymagania są poprawnie brane pod uwagę. Dlatego nie powinieneś próbować „wymyślać koła na nowo” i montować kotła z improwizowanych środków. W końcu masz już szeroki wybór najnowocześniejszych, różnorodnych i przemyślanych w najmniejszym szczególe opcji dla kotłów, które będą działały długo i prawidłowo, więcej niż uzasadniając wszystkie pokładane w nich oczekiwania i co jest szczególnie miłe , oszczędzając koszty!

Nasi eksperci pomogą dobrać kocioł i związane z nim urządzenia, doradzą w kwestiach technicznych!

Skontaktuj się z działem handlowym telefonicznie:

Sprawność kotła grzewczego to stosunek ciepła użytkowego użytego do wytworzenia pary (lub gorącej wody) do dostępnego ciepła kotła grzewczego. Nie całe ciepło użytkowe wytworzone przez kocioł trafia do odbiorców, część ciepła przeznaczana jest na własne potrzeby. Mając to na uwadze, sprawność kotła grzewczego wyróżnia się ciepłem wytworzonym (sprawność brutto) oraz ciepłem oddanym (sprawność netto).

Na podstawie różnicy ciepła wytworzonego i oddawanego określa się zużycie na potrzeby własne. Na potrzeby własne zużywane jest nie tylko ciepło, ale także energia elektryczna (np. do napędu oddymiania, wentylatora, pomp zasilających, mechanizmów podawania paliwa), tj. zużycie na potrzeby własne obejmuje zużycie wszystkich rodzajów energii zużytych na produkcję pary lub gorącej wody.

W efekcie sprawność brutto kotła grzewczego charakteryzuje stopień jego technicznej doskonałości, a sprawność netto – sprawność handlową. Dla sprawności brutto jednostki kotła, %:
zgodnie z równaniem salda bezpośredniego:

η br \u003d 100 Q piętro / Q r r

gdzie Q floor to ilość ciepła użytkowego, MJ/kg; Q p p - dostępne ciepło, MJ / kg;

zgodnie z odwrotnym równaniem równowagi:

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

gdzie q c.g, q x.n, q n.o - względne straty ciepła ze spalinami, z chemicznej niekompletności spalania paliwa, z zewnętrznego chłodzenia.

Wtedy sprawność netto kotła grzewczego zgodnie z odwrotnym równaniem bilansowym:

η netto = η br - q s.n

gdzie q s.n - zużycie energii na potrzeby własne,%.

Wyznaczenie sprawności bezpośrednim równaniem bilansowym wykonuje się głównie przy raportowaniu za odrębny okres (dekada, miesiąc), a odwrotnym równaniem bilansowym - przy badaniu kotła grzewczego. Obliczanie sprawności kotła grzewczego według bilansu odwrotnego jest znacznie dokładniejsze, ponieważ błędy pomiaru strat ciepła są mniejsze niż przy określaniu zużycia paliwa.

Zależność sprawności kotła η od jego obciążenia (D/D nom) 100

q o.g, q x.n, q n.o - straty ciepła ze spalinami, z niekompletności chemicznej i mechanicznej spalania, z chłodzenia zewnętrznego oraz straty całkowite.

Tak więc, aby zwiększyć sprawność kotła grzewczego, nie wystarczy dążyć do zmniejszenia strat ciepła; konieczne jest również ograniczenie w każdy możliwy sposób kosztów ciepła i energii elektrycznej na potrzeby własne, które średnio wynoszą 3...5% ciepła dostępnego z jednostki kotłowej.

Zmiana sprawności kotła grzewczego zależy od jego obciążenia. Aby zbudować tę zależność (ryc.), konieczne jest sekwencyjne odjęcie od 100% wszystkich strat jednostki kotłowej, które zależą od obciążenia, tj. q c.g., q x.n., q n.d. Jak widać na rysunku, sprawność kotła grzewczego przy pewnym obciążeniu ma wartość maksymalną. Praca kotła przy tym obciążeniu jest najbardziej ekonomiczna.

Ciepło uwalniane podczas spalania paliwa nie może być w pełni wykorzystane do produkcji pary lub gorącej wody, część ciepła jest nieuchronnie tracona, rozpraszając się w środowisku. Bilans cieplny bloku kotłowego jest specyficznym sformułowaniem prawa zachowania energii, które określa równość ilości ciepła wprowadzonego do bloku kotłowego i ciepła zużytego na produkcję pary lub gorącej wody, z uwzględnieniem strat . Zgodnie z „Metodą normatywną” wszystkie wielkości zawarte w bilansie cieplnym przeliczane są na 1 kg spalonego paliwa. Wejściowa część bilansu cieplnego nazywa się dostępne ciepło :

gdzie Q-- niższa wartość opałowa paliwa, kJ/kg; c T t T - ciepło fizyczne paliwa (с t to pojemność cieplna paliwa, / t to temperatura paliwa), kJ/kg; Q B to ciepło powietrza wchodzącego do pieca, gdy jest ono ogrzewane na zewnątrz urządzenia, kJ/kg; Qn - ciepło wprowadzane do kotła za pomocą pary służącej do natrysku oleju opałowego, zewnętrznego nadmuchu powierzchni grzewczych lub doprowadzenia pod ruszt przy spalaniu warstwowym, kJ/kg.

W przypadku stosowania paliw gazowych obliczenia opierają się na 1 m3 suchego gazu w normalnych warunkach.

Ciepło fizyczne paliwa odgrywa znaczącą rolę tylko wtedy, gdy paliwo jest podgrzewane na zewnątrz kotła. Na przykład olej opałowy jest podgrzewany przed podaniem do palników, ponieważ ma wysoką 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, Nm 3 /kg; od do - izobaryczna pojemność cieplna powietrza, kJ / (nm 3 K); / x in - temperatura zimnego powietrza, ° С; tB- temperatura powietrza na wlocie do pieca, °С.

Ciepło wprowadzane z parą, kJDkgfuel):

gdzie Gn- jednostkowe zużycie pary podmuchowej (ok. 0,3 kg pary na 1 kg oleju opałowego zużywa się na rozpylenie oleju opałowego); / n \u003d 2750 kJ / kg - przybliżona wartość entalpii pary wodnej w temperaturze produktów spalania opuszczających kocioł (około 130 ° C).

W obliczeniach przybliżonych weź 0 p ~P? ze względu na małość pozostałych składników równania (22.2).

Na część wydatkową bilansu ciepła składa się ciepło użytkowe (produkcja pary lub gorącej wody) o sumie strat, kJDkgpaliwa.):

gdzie 0 2 - strata ciepła z gazami opuszczającymi kocioł;

• 03 - utrata ciepła z chemicznej niekompletności spalania paliwa;
• 0 4 - straty ciepła z mechanicznej niekompletności spalania paliwa;
• 0 5 - utrata ciepła przez mur do otoczenia; 0 6 - straty z fizycznym ciepłem żużla usuwanego z kotła.

Równanie bilansu cieplnego jest zapisane jako

Jako procent dostępnego ciepła można zapisać równanie (22.6):

Ciepło użytkowe w kotle parowym z ciągłym nadmuchem górnego walczaka określa równanie kJDkgpaliwo.):

gdzie D- wydajność pary kotła, kg/s; Dnp- zużycie wody do odsalania kg/s; W - zużycie paliwa, kg/s; / p, / p v, / k v - entalpia pary wodnej, zasilającej i kotłowej przy ciśnieniu odpowiednio w kotle, kJ/kg.

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

gdzie od gi oraz od do- izobaryczna pojemność cieplna produktów spalania i powietrza, kJ / (nm 3 K); d - temperatura spalin, °C; aux - współczynnik nadmiaru powietrza na wylocie gazów z jednostki kotłowej; K 0 G i V0- teoretyczna objętość produktów spalania i teoretycznie wymagana ilość powietrza, Nm 3 / (kgpaliwa).

W kanałach gazowych zespołu kotłowego utrzymywane jest podciśnienie, objętości gazów podczas ich przemieszczania się po ścieżce gazowej kotła zwiększają się na skutek zasysania powietrza przez nieszczelności w wymurówce kotła. Dlatego rzeczywisty współczynnik nadmiaru powietrza na wylocie zespołu kotła ayx jest większy niż współczynnik nadmiaru powietrza w palenisku a. Określa się go sumując współczynnik nadmiaru powietrza w palenisku i zasysania powietrza we wszystkich kanałach gazowych. W praktyce eksploatacji kotłowni należy dążyć do ograniczenia zasysania powietrza w kanałach gazowych jako jednego z najskuteczniejszych środków przeciwdziałania stratom ciepła.

Tak więc kwota straty Q2 zależy od temperatury spalin i wartości współczynnika nadmiaru powietrza а ux. W nowoczesnych kotłach temperatura gazów za kotłem nie spada poniżej 110°C. Dalszy spadek temperatury prowadzi do kondensacji pary wodnej zawartej w gazach i powstania kwasu siarkowego podczas spalania paliwa zawierającego siarkę, co przyspiesza korozję metalowych powierzchni toru gazowego. Minimalne straty ze spalinami wynoszą q 2 ~ 6-7%.

Straty wynikające z niepełnego spalania chemicznego i mechanicznego są cechami charakterystycznymi urządzeń do spalania (patrz punkt 21.1). Ich wartość zależy od rodzaju paliwa i sposobu spalania, a także od doskonałej organizacji procesu spalania. Straty z chemicznego niecałkowitego spalania w nowoczesnych piecach są q 3 = 0,5-5%, od mechanicznego - q4 = 0-13,5%.

Straty ciepła do otoczenia q 5 zależą od mocy kotła. Im wyższa moc, tym niższa względna strata q 5 . Tak więc przy wydajności pary kotła D= Straty 1 kg / s wynoszą 2,8%, przy D= 10 kg/s q 5 ~ 1%.

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

gdzie a sl = 1 - on; un - udział popiołu w spalinach; z sl i? shl - pojemność cieplna i temperatura żużla; I pan zawartość popiołu w stanie eksploatacyjnym paliwa.

Efektywność (sprawność) zespołu kotłowego nazywany stosunkiem użytecznego ciepła spalania 1 kg paliwa do wytworzenia pary w kotłach parowych lub gorącej wody w kotłach ciepłej wody do dostępnego ciepła.

Sprawność kotła, %:

Sprawność jednostek kotłowych w znacznym stopniu zależy od rodzaju paliwa, sposobu spalania, temperatury spalin i mocy. Kotły parowe pracujące na paliwach ciekłych lub gazowych mają sprawność 90-92%. Przy warstwowym spalaniu paliw stałych sprawność wynosi 70-85%. Należy zauważyć, że sprawność jednostek kotłowych w znacznym stopniu zależy od jakości pracy, zwłaszcza od organizacji procesu spalania. Praca kotła przy ciśnieniu pary i wydajności mniejszej niż nominalna obniża sprawność. W trakcie eksploatacji kotłów należy okresowo przeprowadzać próby cieplne w celu określenia strat i rzeczywistej wydajności kotła, co pozwala na dokonanie niezbędnych korekt w jego trybie pracy.

Zużycie paliwa dla kotła parowego (kg/s - dla paliw stałych i płynnych; Nm3/s - gazowych)

gdzie D- wydajność pary kotła, kg/s; / p, / p v, / k v - odpowiednio entalpia pary, wody zasilającej i kotłowej, kJ / kg; Qp- dostępne ciepło, kJ / (kg paliwa) - dla paliw stałych i ciekłych, kJ / (N.m 3) - dla paliw gazowych (często przyjmowane w obliczeniach Qp~Q- ze względu na ich niewielką różnicę). P to wartość ciągłego nadmuchu, % wydajności pary; g| ka - sprawność zespołu kotłowego, udziały.

Zużycie paliwa dla kotła ciepłej wody (kg/s; Nm3/s):

gdzie C w - zużycie wody, kg / s; /,/2 - entalpie początkowe i końcowe wody w kotle, kJ/kg.

Współczynnik efektywności (COP) jednostki kotłowej definiuje się jako stosunek ciepła użytkowego użytego do wytworzenia pary (lub gorącej wody) do ciepła dostępnego (ciepła dostarczanego do jednostki kotłowej). W praktyce nie całe ciepło użytkowe wybrane przez kocioł trafia do odbiorców. Część ciepła przeznaczamy na własne potrzeby. W zależności od tego, sprawność jednostki wyróżnia się ciepłem oddanym do odbiorcy (sprawność netto).

Różnica pomiędzy ciepłem wytworzonym a oddanym to zużycie na potrzeby własne kotłowni. Potrzeby własne zużywają nie tylko ciepło, ale także energię elektryczną (np. do napędu oddymiania, wentylatora, pomp zasilających, mechanizmów podawania paliwa i odpylania itp.), więc do zużycia na potrzeby własne wlicza się zużycie wszystkich rodzajów energii zużytej na produkcję pary lub gorącej wody.

Sprawność brutto bloku kotłowego charakteryzuje stopień jego doskonałości technicznej, a sprawność netto - opłacalność komercyjna.

Sprawność brutto jednostki kotłowej br, %, można wyznaczyć za pomocą równania bilansu bezpośredniego

ŋ br \u003d 100 (Q piętro / Q p p)

lub przez odwrotne równanie równowagi

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

gdzie Q piętro ciepło użytkowe wykorzystywane do wytwarzania pary (lub gorącej wody); Q p p- dostępne ciepło jednostki kotłowej; q c.g +q c.n +q m.n +q n.o +q f.sh- względne straty ciepła według elementów zużycia ciepła.

Sprawność netto zgodnie z równaniem odwrotnego bilansu definiuje się jako różnicę

ŋ netto = ŋ br -q s.n.,

gdzie q s.n- względne zużycie energii na potrzeby własne, %.

Współczynnik sprawności zgodnie z równaniem bilansu bezpośredniego stosuje się głównie przy raportowaniu za określony okres (dekadę, miesiąc), a współczynnik sprawności zgodnie z równaniem bilansu odwrotnego stosuje się podczas testowania jednostek kotłowych. Wyznaczanie sprawności za pomocą bilansu odwrotnego jest znacznie dokładniejsze, ponieważ błędy w pomiarze strat ciepła są mniejsze niż w określaniu zużycia paliwa, zwłaszcza przy spalaniu paliwa stałego.

Tak więc, aby poprawić sprawność jednostek kotłowych, nie wystarczy dążyć do zmniejszenia strat ciepła; konieczne jest również ograniczenie w każdy możliwy sposób kosztów ciepła i energii elektrycznej na potrzeby własne. Dlatego docelowo należy dokonać porównania sprawności pracy różnych jednostek kotłowych według ich sprawności netto.

Ogólnie sprawność kotła zmienia się w zależności od jego obciążenia. Aby zbudować tę zależność należy od 100% sukcesywnie odjąć wszystkie straty zespołu kotłowego Sq pot \u003d q y.g + q x.n + q m.n + q n.o które zależą od obciążenia.

Jak widać na rysunku 1.14, sprawność kotła przy określonym obciążeniu ma wartość maksymalną, tj. praca kotła przy tym obciążeniu jest najbardziej ekonomiczna.

Rysunek 1.14 - Zależność sprawności kotła od jego obciążenia: q c.g, q x.n, q ms, q n.o.,S q pot- straty ciepła ze spalinami, z chemicznego niecałkowitego spalania, z mechanicznego niecałkowitego spalania, z chłodzenia zewnętrznego oraz straty całkowite