Balanço térmico de uma caldeira a vapor. Eficiência da caldeira. Equilíbrio térmico e eficiência da unidade caldeira. determinação do consumo de combustível Cálculo da eficiência de uma caldeira a combustível sólido

Equação geral do balanço térmico de uma unidade de caldeira

A relação entre a entrada e o consumo de calor em um gerador de calor constitui seu balanço térmico. Os objetivos de compilar um balanço térmico de uma unidade de caldeira são determinar todos os itens de entrada e saída do balanço; cálculo da eficiência da unidade caldeira, análise das rubricas de despesas do balanço para apurar os motivos da deterioração da unidade caldeira.

Numa unidade de caldeira, quando o combustível é queimado, a energia química do combustível é convertida em energia térmica dos produtos da combustão. O calor liberado do combustível é utilizado para gerar calor útil contido no vapor ou na água quente e para cobrir as perdas de calor.

De acordo com a lei da conservação de energia, deve haver igualdade entre o calor que entra e o que sai da unidade caldeira, ou seja,

Para instalações de caldeiras, o balanço térmico é por 1 kg de combustível sólido ou líquido ou 1 m 3 de gás em condições normais ( ). Os itens de renda e consumo na equação do balanço térmico possuem dimensões MJ/m 3 para combustíveis gasosos e MJ/kg para combustíveis sólidos e líquidos.

O calor da combustão do combustível que entra na unidade da caldeira também é chamado calor disponível,é denotado por. No caso geral parte de entrada O balanço térmico é escrito como:

onde é o menor poder calorífico do combustível sólido ou líquido por massa útil, MJ/kg;

Menor poder calorífico do combustível gasoso por peso seco, MJ/m 3 ;

Calor físico do combustível;

Calor físico do ar;

Calor introduzido na fornalha de uma caldeira com vapor.

Consideremos os componentes da parte de entrada do balanço térmico. Nos cálculos, o menor calor de combustão de trabalho é aceito se a temperatura dos produtos de combustão que saem da caldeira for superior à temperatura de condensação do vapor d'água (geralmente tg = 110...120 0 C). Ao resfriar os produtos de combustão a uma temperatura na qual é possível a condensação do vapor de água na superfície de aquecimento, os cálculos devem ser realizados levando em consideração o maior poder calorífico da combustão do combustível

O calor físico do combustível é igual a:

Onde Com t – capacidade térmica específica do combustível, para óleo combustível e para gás;

t t – temperatura do combustível, 0 C.

Ao entrar na caldeira, o combustível sólido costuma estar com temperatura baixa, aproximando-se de zero, portanto P pés é de pequena importância e pode ser negligenciada.

Para reduzir a viscosidade e melhorar a atomização, o óleo combustível (combustível líquido) entra no forno aquecido a uma temperatura de 80...120 0 C, portanto seu calor físico é levado em consideração na realização dos cálculos. Neste caso, a capacidade calorífica do óleo combustível pode ser determinada pela fórmula:

Contabilidade P pés é realizada apenas na queima de combustíveis gasosos de baixo poder calorífico (por exemplo, gás de alto forno) desde que aquecidos (até 200...300 0 C). Ao queimar combustíveis gasosos com alto poder calorífico (por exemplo, gás natural), ocorre um aumento da proporção de ar para massa de gás (aproximadamente 10 1). Neste caso, o gás combustível geralmente não é aquecido.

Calor físico do ar P f.v. é levado em consideração apenas quando é aquecido fora da caldeira por uma fonte externa (por exemplo, em um aquecedor a vapor ou em um aquecedor autônomo quando nele é queimado combustível adicional). Neste caso, o calor introduzido pelo ar é igual a:

onde é a relação entre a quantidade de ar na entrada da caldeira (aquecedor de ar) e a teoricamente necessária;

Entalpia do ar teoricamente necessário aquecido antes do aquecedor de ar, :

,

aqui a temperatura do ar aquecido na frente do aquecedor de ar da unidade caldeira é de 0 C;

Entalpia do ar frio teoricamente necessário, :

O calor introduzido no forno da caldeira com vapor durante a atomização a vapor do óleo combustível é levado em consideração na forma da fórmula:

Onde G p – consumo de vapor, kg por 1 kg de combustível (para pulverização a vapor de óleo combustível G n = 0,3…0,35kg/kg);

h n – entalpia de vapor, MJ/kg;

2.51 é o valor aproximado da entalpia do vapor d'água nos produtos da combustão que saem da unidade caldeira, MJ/kg.

Na ausência de aquecimento de combustível e ar por fontes externas, o calor disponível será igual a:

A parte de consumo do balanço de calor inclui o calor utilizado de forma útil P piso na unidade da caldeira, ou seja, calor gasto para produzir vapor (ou água quente) e várias perdas de calor, ou seja,

Onde P u.g. – perda de calor com gases de exaustão;

P h.n. , P EM. – perda de calor devido à combustão incompleta química e mecânica de combustível;

P Mas. – perda de calor devido ao resfriamento externo dos invólucros externos da caldeira;

P f.sh. – perda de escória com calor físico;

P conta. – consumo (sinal “+”) e fornecimento (sinal “-”) de calor associado às condições térmicas instáveis ​​de funcionamento da caldeira. Em estado térmico estacionário P conta. = 0.

Assim, a equação geral para o balanço térmico de uma unidade de caldeira sob condições térmicas de estado estacionário pode ser escrita como:

Se ambos os lados da equação apresentada forem divididos e multiplicados por 100%, obtemos:

Onde componentes da parte de despesas do balanço térmico, %.

3.1 Perda de calor dos gases de combustão

A perda de calor com gases de combustão ocorre devido ao fato de que o calor físico (entalpia) dos gases que saem da caldeira a uma temperatura t u.g. , excede o calor físico do ar que entra na caldeira α u.g. e combustível Com T t t. A diferença entre a entalpia dos gases de exaustão e o calor que entra na caldeira com o ar do ambiente. α u.g. , representa a perda de calor com gases de exaustão, MJ/kg ou (MJ/m 3):

.

As perdas de calor com gases de combustão costumam ocupar o lugar principal entre as perdas de calor da caldeira, totalizando 5...12% do calor disponível do combustível. Essas perdas de calor dependem da temperatura, volume e composição dos produtos de combustão, que, por sua vez, dependem dos componentes do lastro do combustível:

A relação que caracteriza a qualidade do combustível mostra o rendimento relativo de produtos de combustão gasosa (em α = 1) por unidade de calor de combustão do combustível e depende do conteúdo dos componentes do lastro (umidade) nele C r e cinzas A r para combustíveis sólidos e líquidos, nitrogênio N 2, dióxido de carbono CO 2 e oxigênio SOBRE 2 para combustível gasoso). Com o aumento do teor de componentes de lastro no combustível e, conseqüentemente, a perda de calor com os gases de exaustão aumenta proporcionalmente.

Uma das maneiras possíveis de reduzir a perda de calor com gases de combustão é reduzir o coeficiente de excesso de ar nos gases de combustão. α ug, que depende do coeficiente de fluxo de ar no forno e do ar de lastro sugado para as condutas da caldeira, que geralmente estão sob vácuo:

Possibilidade de redução α , depende do tipo de combustível, do método de combustão, do tipo de queimadores e do dispositivo de trituração. Sob condições favoráveis ​​de mistura ar-combustível, o excesso de ar necessário para a combustão pode ser reduzido. Na queima de combustível gasoso, o coeficiente de excesso de ar é considerado 1,1, na queima de óleo combustível = 1,1...1,15.

A sucção de ar através do caminho do gás da caldeira pode, no limite, ser reduzida a zero. Porém, a vedação completa dos locais de passagem dos tubos pelo forro, vedação de escotilhas e olho mágicos é difícil e praticamente = 0,15..0,3.

Ar de lastro em produtos de combustão, além de aumentar a perda de calor P u.g. também leva a custos adicionais de energia para o exaustor de fumaça.

Outro fator importante que influencia o valor P t.g., é a temperatura dos gases de combustão t u.g. . A sua redução é conseguida através da instalação de elementos aproveitadores de calor (economizador, aquecedor de ar) na cauda da caldeira. Quanto mais baixa for a temperatura dos gases de escape e, consequentemente, quanto menor for a diferença de temperatura entre os gases e o fluido de trabalho aquecido (por exemplo, ar), maior será a área de superfície de aquecimento necessária para arrefecer os produtos de combustão.

Um aumento na temperatura dos gases de combustão leva a um aumento nas perdas de P u.g. e, consequentemente, a custos adicionais de combustível para produzir a mesma quantidade de vapor ou água quente. A este respeito, a temperatura ideal t u.g. é determinado com base em cálculos técnicos e econômicos ao comparar os custos de capital acabados para a construção de uma superfície de aquecimento e os custos de combustível (Fig. 3.).

Além disso, durante o funcionamento da caldeira, as superfícies de aquecimento podem ficar contaminadas com fuligem e cinzas de combustível. Isto leva a uma deterioração na troca de calor dos produtos de combustão com a superfície de aquecimento. Ao mesmo tempo, para manter uma determinada produção de vapor, é necessário aumentar o consumo de combustível. A deriva das superfícies de aquecimento também leva a um aumento na resistência do caminho do gás da caldeira. Neste sentido, para garantir o funcionamento normal da unidade, é necessária a limpeza sistemática das suas superfícies de aquecimento.

3.2 Perda de calor por combustão química incompleta

A perda de calor da combustão química incompleta (subcombustão química) ocorre quando o combustível é queimado de forma incompleta dentro da câmara de combustão e componentes gasosos inflamáveis ​​​​aparecem nos produtos de combustão - CO, H2, CH4, CmHn, etc. impossível devido à sua temperatura relativamente baixa.

As causas da combustão química incompleta podem ser:

falta geral de ar;

· má formação de mistura, especialmente nas fases iniciais da combustão do combustível;

· baixa temperatura na câmara de combustão, principalmente na área de pós-combustão do combustível;

· tempo de permanência insuficiente do combustível na câmara de combustão, durante o qual a reação de combustão química não pode ser completada completamente.

Se houver quantidade de ar suficiente para a combustão completa do combustível e boa formação da mistura, as perdas dependem da densidade volumétrica de liberação de calor no forno, MW/m3:

Onde EM– consumo de combustível, kg/s;

V t – volume da fornalha, m3.

Arroz. 14.9 Dependência da perda de calor da incompletude química da combustão q x.n,%, da densidade volumétrica de liberação de calor no forno q v, MW/m 3 .

A natureza da dependência é apresentada na Fig. . Na área de valores baixos (lado esquerdo da curva), ou seja, com baixo consumo de combustível B, as perdas aumentam devido à diminuição do nível de temperatura na câmara de combustão. Um aumento na densidade volumétrica de liberação de calor (com aumento no consumo de combustível) leva a um aumento no nível de temperatura no forno e uma diminuição

Porém, ao atingir determinado patamar com maior aumento do consumo de combustível (lado direito da curva), as perdas voltam a aumentar, o que está associado à diminuição do tempo de residência dos gases no volume do forno e, portanto, ao impossibilidade de completar a reação de combustão.

O valor ideal no qual as perdas são mínimas depende do tipo de combustível, do método de combustão e do projeto do forno. Para dispositivos de combustão modernos, a perda de calor da combustão química incompleta é de 0...2% em .ao queimar combustíveis sólidos e líquidos:

ao queimar combustível gasoso:

Ao desenvolver medidas para reduzir o valor, deve-se ter em mente que na presença de condições para o aparecimento de produtos de combustão incompleta, o CO é formado primeiro como o componente mais difícil de queimar, e depois o H 2 e outros gases. Conclui-se que se não houver CO nos produtos de combustão, então não haverá H 2 neles.

Eficiência da unidade de caldeira

Fator de eficiência unidade de caldeira é a relação entre o calor útil consumido para produzir vapor (ou água quente) e o calor disponível da unidade de caldeira. Porém, nem todo o calor útil gerado pela unidade caldeira é enviado aos consumidores, parte do calor é gasto em suas próprias necessidades. Tendo isto em conta, a eficiência de uma unidade caldeira distingue-se pelo calor gerado (eficiência - bruto) e pelo calor libertado (eficiência - líquido).

A diferença entre o calor gerado e liberado é utilizada para determinar o consumo para necessidades auxiliares. Não apenas o calor é consumido para suas próprias necessidades, mas também a energia elétrica (por exemplo, para acionar um exaustor de fumaça, ventilador, bombas de alimentação, mecanismos de abastecimento de combustível), ou seja, o consumo para necessidades próprias inclui o consumo de todos os tipos de energia gastos na produção de vapor ou água quente.

Assim, a eficiência bruta de uma unidade caldeira caracteriza o grau de sua perfeição técnica, e a eficiência líquida caracteriza a rentabilidade comercial.

Eficiência - a unidade bruta da caldeira pode ser determinada pela equação de equilíbrio direto ou pela equação de equilíbrio reverso.

De acordo com a equação de equilíbrio direto:

Por exemplo, na produção de vapor de água, o calor útil utilizado é ( veja a pergunta 2) :

Então

A partir da expressão apresentada, você pode obter uma fórmula para determinar o consumo de combustível necessário, kg/s (m 3 /s):

De acordo com a equação de equilíbrio reverso:

A determinação da eficiência bruta usando a equação de equilíbrio direto é realizada principalmente no relatório de um período separado (dez dias, mês), e de acordo com a equação de equilíbrio reverso - ao testar unidades de caldeiras. O cálculo da eficiência por meio do equilíbrio reverso é muito mais preciso, pois os erros na medição das perdas de calor são menores do que na determinação do consumo de combustível.

A eficiência líquida é determinada pela expressão:

onde está o consumo de energia para necessidades próprias, %.

Assim, para melhorar a eficiência das caldeiras, não basta esforçar-se para reduzir as perdas de calor; É também necessário reduzir completamente o consumo de energia térmica e eléctrica para necessidades próprias, que equivalem em média a 3...5% do calor disponível na unidade caldeira. A eficiência da unidade caldeira depende da sua carga. Para construir a dependência, é necessário subtrair sequencialmente de 100% todas as perdas da unidade caldeira, que dependem da carga, ou seja,

Diferentes tipos de caldeiras têm diferentes Eficiência variam de 85 a 110%. Ao escolher o equipamento da caldeira, muitos compradores estão interessados ​​​​em saber como a eficiência pode ultrapassar 100% e como ela é calculada.

No caso de caldeiras elétricas, o rendimento realmente não pode ultrapassar 100%. Somente caldeiras que funcionam com combustível combustível podem ter um coeficiente mais elevado.

Se você se lembra do curso escolar de química, verifica-se que durante a combustão completa de qualquer combustível, o que resta é CO 2 - carbono e H 2 O - vapor d'água contendo energia. Durante a condensação, a energia do vapor aumenta, ou seja, é gerada energia adicional. Com base nisso, o poder calorífico do combustível é dividido em dois conceitos: calor específico de combustão maior e menor.

Mais baixo- representa o calor obtido durante a combustão do combustível, quando o vapor d'água, junto com a energia nele contida, entra no ambiente externo.

Maior valor caloríficoé o calor levando em consideração a energia contida no vapor d'água.

Oficialmente (em quaisquer documentos regulamentares) Eficiência, tanto na Rússia como na Europa, calculado com base no menor calor específico de combustão. Mas se ainda usarmos o calor contido no vapor d'água e os cálculos forem baseados no menor calor específico de combustão, então neste caso aparecem números que ultrapassam 100%.

Caldeiras que utilizam o calor de condensação do vapor d'água são chamadas condensação. E têm uma eficiência superior a 100%.

A diferença entre os valores de aquecimento mais baixos e mais altos da combustão do combustível é de cerca de 11%. Este valor é o limite pelo qual a eficiência das caldeiras pode diferir.

Configurações principais

A eficiência pode ser calculada usando dois parâmetros. Na Europa, a eficiência é normalmente calculada com base na temperatura dos gases de escape. Por exemplo, ao queimar um quilograma de combustível, obtém-se uma certa quantidade de quilocalorias de calor, desde que a temperatura dos gases de escape e a temperatura ambiente sejam iguais.

Medindo a diferença entre a temperatura ambiente e a temperatura real dos gases de exaustão, é possível calcular a partir dela a eficiência da caldeira.

Grosso modo, os gases residuais que escapam para a chaminé são subtraídos de 100% para chegar ao valor real.

Calcule corretamente

Na URSS, e mais tarde na Rússia, foi adotado um método de cálculo fundamentalmente diferente - o chamado “ método de saldo reverso" Consiste no facto de o consumo de calor ser determinado pelo menor poder calorífico. Em seguida, um aquecedor é colocado no tubo e é calculada a quantidade de energia térmica que entrou nele, ou seja, a quantidade de energia perdida. Para calcular a eficiência, as perdas de energia são calculadas a partir da quantidade total de calor.

Esta abordagem ao determinar a eficiência fornece indicadores mais precisos. Foi adotado como método de cálculo porque todos os corpos das caldeiras russas eram muito mal isolados termicamente, razão pela qual até 40% da energia escapava pelas paredes da caldeira. De acordo com os requisitos dos documentos regulamentares, na Rússia ainda é costume calcular a eficiência usando o método do saldo reverso. Hoje, esse método pode ser aplicado com sucesso a caldeiras multimegawatts operando em usinas termelétricas cujos queimadores nunca desligam.

Vantagens das caldeiras modernas

Mas esta técnica é completamente inaplicável às caldeiras modernas, uma vez que possuem um esquema de operação fundamentalmente diferente. Já os queimadores das caldeiras modernas funcionam em modo automático: funcionam por 15 minutos e depois param por 15 minutos até que o calor gerado seja aproveitado. Quanto mais elevada for a temperatura exterior, mais tempo o queimador “durará” e funcionará menos. Naturalmente, neste caso não podemos falar de saldo reverso.

Outra diferença entre as caldeiras modernas é a presença de isolamento térmico. Os grandes fabricantes produzem unidades da mais alta qualidade, com o melhor isolamento térmico. A perda de calor através das paredes de tal caldeira não é superior a 1,5-2%. Os compradores muitas vezes se esquecem disso, acreditando que a caldeira também aquecerá o ambiente, liberando calor durante o funcionamento. Na compra de uma caldeira moderna, vale lembrar que ela não se destina ao aquecimento de sala de caldeira e, se necessário, cuidar da instalação de radiadores de aquecimento.

Tecnologias modernas de preservação de calor

Uma boa caldeira de aço sempre apresenta maior eficiência. Isso se deve ao fato de que as caldeiras de ferro fundido, ao contrário das de aço, apresentam sempre mais limitações tecnológicas.

Além disso, graças ao isolamento, as caldeiras modernas retêm perfeitamente o calor. Mesmo dois dias depois de ser desligado, a temperatura do corpo da caldeira cai apenas 20-25 graus.

Os melhores exemplos de equipamentos de aquecimento importados são as unidades de caldeiras nas quais todos os requisitos são corretamente levados em consideração. Portanto, não se deve tentar “reinventar a roda” e montar uma caldeira a partir de meios improvisados. Afinal, você já tem uma ampla seleção das mais modernas, diversas e cuidadosamente pensadas opções de caldeiras que funcionarão por muito tempo e de maneira adequada, mais do que atender a todas as expectativas que lhes são depositadas e, o que é especialmente agradável, economizar seu custos!

Nossos especialistas irão ajudá-lo a escolher a caldeira e equipamentos relacionados e aconselhar sobre questões técnicas!

Entre em contato com o departamento comercial pelo telefone:

A eficiência de uma caldeira de aquecimento é a relação entre o calor útil consumido para produzir vapor (ou água quente) e o calor disponível da caldeira de aquecimento. Nem todo o calor útil gerado pela unidade caldeira é enviado aos consumidores; parte do calor é gasta em suas próprias necessidades. Tendo isto em conta, a eficiência de uma caldeira de aquecimento distingue-se pelo calor gerado (eficiência bruta) e pelo calor libertado (eficiência líquida).

A diferença entre o calor gerado e liberado é utilizada para determinar o consumo para necessidades auxiliares. Não apenas o calor é consumido para suas próprias necessidades, mas também a energia elétrica (por exemplo, para acionar um exaustor de fumaça, ventilador, bombas de alimentação, mecanismos de abastecimento de combustível), ou seja, o consumo para necessidades próprias inclui o consumo de todos os tipos de energia gastos na produção de vapor ou água quente.

Como resultado, a eficiência bruta de uma caldeira de aquecimento caracteriza o grau de sua perfeição técnica, e a eficiência líquida caracteriza sua rentabilidade comercial. Para a eficiência bruta de uma unidade de caldeira, %:
de acordo com a equação de equilíbrio direto:

η br = 100 Q piso / Q r r

onde Q floor é a quantidade de calor útil, MJ/kg; Q р р — calor disponível, MJ/kg;

de acordo com a equação de equilíbrio reverso:

η br = 100 - (q u.g + q h.n + q n.o)

onde q u.g, q h.n, q n.o - perdas relativas de calor com gases de exaustão, por combustão química incompleta de combustível, por resfriamento externo.

Então a eficiência líquida da caldeira de aquecimento de acordo com a equação de equilíbrio reverso:

η líquido = η br - q s.n

onde q s.n é o consumo de energia para necessidades próprias, %.

A determinação da eficiência usando a equação de equilíbrio direto é realizada principalmente ao reportar para um período separado (década, mês), e usando a equação de equilíbrio reverso - ao testar uma caldeira de aquecimento. O cálculo da eficiência de uma caldeira de aquecimento por equilíbrio reverso é muito mais preciso, pois os erros na medição das perdas de calor são menores do que na determinação do consumo de combustível.

Dependência da eficiência da caldeira η k da sua carga (D/D nom) 100

q u.g, q h.n, q n.o - perdas de calor com gases de exaustão, por combustão incompleta química e mecânica, por resfriamento externo e perdas totais.

Assim, para melhorar a eficiência de uma caldeira de aquecimento, não basta esforçar-se para reduzir as perdas de calor; É também necessário reduzir completamente o consumo de energia térmica e eléctrica para necessidades próprias, que equivalem em média a 3...5% do calor disponível na unidade caldeira.

A mudança na eficiência de uma caldeira de aquecimento depende da sua carga. Para construir esta dependência (Fig.), é necessário subtrair de 100% sequencialmente todas as perdas da unidade caldeira, que dependem da carga, ou seja, q u.g, q x.n, q n.o. Como pode ser visto na figura, o rendimento de uma caldeira de aquecimento a uma determinada carga tem um valor máximo. Operar a caldeira com esta carga é mais econômico.

O calor liberado durante a combustão do combustível não pode ser totalmente aproveitado para produzir vapor ou água quente; parte do calor é inevitavelmente perdida, dissipando-se no meio ambiente. O balanço térmico de uma unidade caldeira é uma formulação específica da lei da conservação da energia, que afirma a igualdade entre a quantidade de calor introduzida na unidade caldeira e o calor despendido na produção de vapor ou água quente, tendo em conta perdas . De acordo com o “Método Padrão”, todos os valores incluídos no balanço térmico são calculados por 1 kg de combustível queimado. A parte que entra no balanço de calor é chamada calor disponível :

Onde P- - menor poder calorífico do combustível, kJ/kg; c T t T - calor físico do combustível (com t - capacidade calorífica do combustível, / t - temperatura do combustível), kJ/kg; Q B - calor do ar que entra no forno quando aquecido fora da unidade, kJ/kg; Q n - calor introduzido na unidade da caldeira com vapor utilizado para atomizar óleo combustível, sopro externo de superfícies de aquecimento ou fornecimento sob a grelha durante a combustão da camada, kJ/kg.

Ao utilizar combustível gasoso, o cálculo é realizado em relação a 1 m 3 de gás seco em condições normais.

O calor físico do combustível desempenha um papel significativo apenas durante o pré-aquecimento do combustível fora da unidade da caldeira. Por exemplo, o óleo combustível é aquecido antes de ser fornecido aos queimadores, pois apresenta alta viscosidade em baixas temperaturas.

Calor do ar, kJ/ (kg combustível):

onde a t é o coeficiente de excesso de ar no forno; V 0 H - quantidade de ar teoricamente necessária, n.m3/kg; de para - capacidade térmica isobárica do ar, kJ/(n.m 3 K); / x in - temperatura do ar frio, °C; tb - temperatura do ar na entrada do forno, °C.

Calor introduzido com vapor, kJDkgfuel):

Onde G n - consumo específico de vapor soprado (aproximadamente 0,3 kg de vapor por 1 kg de óleo combustível são consumidos para atomizar óleo combustível); / p = 2750 kJ/kg - valor aproximado da entalpia do vapor de água à temperatura dos produtos de combustão que saem da unidade caldeira (cerca de 130 °C).

Em cálculos aproximados, 0 r é considerado ~P? devido à pequenez dos demais componentes da equação (22.2).

A parte de consumo do balanço térmico consiste no calor útil (produção de vapor ou água quente) e na quantidade de perdas, kJDkgcombustível):

onde 0 2 - perda de calor com gases que saem da unidade caldeira;

• 03 - perda de calor por combustão química incompleta de combustível;
• 0 4 - perda de calor por combustão mecânica incompleta de combustível;
• 0 5 - perda de calor pelo forro para o ambiente; 0 6 - perdas com o calor físico da escória retirada da unidade caldeira.

A equação do balanço de calor é escrita como

Como porcentagem do calor disponível, a equação (22.6) pode ser escrita:

O calor útil utilizado em uma caldeira a vapor com sopro contínuo do tambor superior é determinado pela equação, kJDkgcombustível):

Onde D- produção de vapor da caldeira, kg/s; Dnp- vazão de água de purga kg/s; EM - consumo de combustível, kg/s; / p, / p w, / kW - entalpia do vapor, da água de alimentação e da água da caldeira à pressão na caldeira, respectivamente, kJ/kg.

Perda de calor com gases de combustão, kJ/(kg combustível):

Onde sg E de para- capacidade térmica isobárica dos produtos de combustão e do ar, kJ/(n.m 3 K); g - temperatura dos gases de combustão, °C; ax é o coeficiente de excesso de ar na saída dos gases da caldeira; K 0 G e V 0- volume teórico de produtos de combustão e quantidade de ar teoricamente necessária, n.m 3 / (kgcombustível).

O vácuo é mantido nos dutos de gás da unidade da caldeira; os volumes dos gases à medida que se movem ao longo do caminho do gás da caldeira aumentam devido à sucção de ar através de vazamentos no revestimento da caldeira. Portanto, o coeficiente real de excesso de ar na saída da unidade de caldeira ax é maior que o coeficiente de excesso de ar no forno a. É determinado somando o coeficiente de excesso de ar na fornalha e a sucção de ar em todas as chaminés. Na prática de operação de caldeiras, é necessário buscar a redução da sucção de ar nos dutos de gás como um dos meios mais eficazes de combate à perda de calor.

Assim, o valor da perda Pergunta 2 determinado pela temperatura dos gases de exaustão e pelo valor do coeficiente de excesso de ar ax. Nas caldeiras modernas, a temperatura do gás atrás da caldeira não cai abaixo de 110 °C. Uma diminuição adicional da temperatura leva à condensação do vapor d'água contido nos gases e à formação de ácido sulfúrico durante a combustão do combustível contendo enxofre, o que acelera a corrosão das superfícies metálicas do caminho do gás. As perdas mínimas com gases de combustão são q 2 ~ 6-7%.

As perdas por combustão incompleta química e mecânica são características dos dispositivos de combustão (ver cláusula 21.1). O seu valor depende do tipo de combustível e do método de combustão, bem como da perfeita organização do processo de combustão. As perdas decorrentes da combustão química incompleta em fornos modernos equivalem a q3 = 0,5-5%, de mecânico - q 4 = 0-13,5%.

Perda de calor para o meio ambiente q 5 depende da potência da caldeira. Quanto maior a potência, menor a quantidade relativa de perda q 5 . Então, com a saída de vapor da unidade caldeira D = As perdas de 1 kg/s são de 2,8%, com D = 10 kg/s q 5 ~ 1%.

Perda de calor com calor físico da escória qb são pequenos e geralmente são levados em consideração ao elaborar um balanço térmico preciso,%:

Onde um shl = 1 - uma ONU; uma ONU - proporção de cinzas nos gases de combustão; com foi e? shl - capacidade calorífica e temperatura da escória; Um g - teor de cinzas do estado operacional do combustível.

Fator de eficiência (Eficiência) da unidade de caldeira é a razão entre o calor útil de combustão de 1 kg de combustível para produzir vapor em caldeiras a vapor ou água quente em caldeiras de água quente e o calor disponível.

Eficiência da caldeira, %:

A eficiência das unidades de caldeira depende significativamente do tipo de combustível, método de combustão, temperatura e potência dos gases de combustão. Caldeiras a vapor operando com combustível líquido ou gasoso têm uma eficiência de 90-92%. Ao queimar combustível sólido em camadas, a eficiência é de 70 a 85%. Ressalta-se que a eficiência das unidades caldeiras depende significativamente da qualidade de funcionamento, principalmente da organização do processo de combustão. Operar uma unidade de caldeira com pressão de vapor e saída inferior à nominal reduz a eficiência. Durante o funcionamento das caldeiras devem ser realizados periodicamente ensaios técnicos térmicos de forma a determinar as perdas e o rendimento real da caldeira, o que permite efetuar os ajustes necessários ao seu modo de funcionamento.

Consumo de combustível para caldeira a vapor (kg/s - para combustível sólido e líquido; n.m 3 /s - gasoso)

Onde D- produção de vapor da unidade caldeira, kg/s; / p, / p w, / kW - entalpia de vapor, água de alimentação e água de caldeira, respectivamente, kJ/kg; Qp - calor disponível, kJ/(kg combustível) - para combustíveis sólidos e líquidos, kJ/(N.m 3) - para combustível gasoso (frequentemente levado em cálculos Q p ~ Q- devido às suas pequenas diferenças); P é o valor do sopro contínuo, % da produção de vapor; g| ka - eficiência da unidade de cola, fração.

Consumo de combustível para caldeira de água quente (kg/s; n.m 3 /s):

onde C in - consumo de água, kg/s; /, / 2 - entalpias inicial e final da água da caldeira, kJ/kg.

O fator de eficiência (COP) de uma unidade de caldeira é definido como a razão entre o calor útil usado para produzir vapor (ou água quente) e o calor disponível (calor que entra na unidade de caldeira). Na prática, nem todo o calor útil selecionado pela unidade caldeira é enviado aos consumidores. Parte do calor é gasta em suas próprias necessidades. Dependendo disso, a eficiência da unidade é diferenciada pelo calor fornecido ao consumidor (eficiência líquida).

A diferença entre o calor gerado e o liberado representa o consumo para as necessidades próprias da caldeira. Não só o calor é consumido para necessidades próprias, mas também energia elétrica (por exemplo, para acionar exaustor de fumaça, ventilador, bombas de alimentação, mecanismos de abastecimento de combustível e preparação de pó, etc.), portanto, o consumo para necessidades próprias inclui o consumo de todos tipos de energia gastos na produção de vapor ou água quente.

A eficiência bruta de uma unidade caldeira caracteriza o grau de sua perfeição técnica, e a eficiência líquida caracteriza sua eficiência comercial.

Eficiência bruta da unidade caldeira ŋ br,%, pode ser determinado usando a equação de equilíbrio direto

ŋ br = 100(Q piso /Q r r)

ou de acordo com a equação de equilíbrio reverso

ŋ br = 100-(q u.g +q h.n +q m.n +q n.o +q f.sh),

Onde Piso Q calor útil gasto para gerar vapor (ou água quente); Q r r- calor disponibilizado pela unidade caldeira; q u.g +q h.n +q m.n +q n.o +q f.sh- perdas relativas de calor por itens de consumo de calor.

A eficiência líquida de acordo com a equação de equilíbrio reverso é determinada como a diferença

ŋ líquido = ŋ br -q s.n,

Onde q s.n.- consumo relativo de energia para necessidades próprias, %.

A eficiência de acordo com a equação de equilíbrio direto é utilizada principalmente na preparação de relatórios para um período separado (década, mês), e a eficiência de acordo com a equação de equilíbrio reverso é utilizada nos testes de unidades de caldeiras. A determinação da eficiência por equilíbrio reverso é muito mais precisa, pois os erros na medição das perdas de calor são menores do que na determinação do consumo de combustível, principalmente na queima de combustíveis sólidos.

Assim, para melhorar a eficiência das caldeiras, não basta esforçar-se para reduzir as perdas de calor; É também necessário reduzir de todas as formas possíveis o consumo de energia térmica e elétrica para as nossas próprias necessidades. Portanto, uma comparação da eficiência operacional de várias unidades de caldeira deve, em última análise, ser realizada com base na sua eficiência líquida.

Em geral, a eficiência de uma unidade caldeira varia em função da sua carga. Para construir esta relação, é necessário subtrair sequencialmente todas as perdas da unidade caldeira de 100%. Sq suor = q u.g +q x.n +q m.n +q n.o, que dependem da carga.

Como pode ser visto na Figura 1.14, o rendimento da unidade caldeira a uma determinada carga tem um valor máximo, ou seja, o funcionamento da caldeira nesta carga é o mais econômico.

Figura 1.14 - Dependência da eficiência da caldeira em relação à sua carga: q u.g, q x.n, q m.n., q não.,S q suor- perdas de calor com gases de exaustão, por combustão incompleta química, por combustão incompleta mecânica, por resfriamento externo e perdas totais