Уравнение прямого и обратного баланса котла (4 видео)

Содержание

Тепловой баланс котельного агрегата
Тепловой баланс котельного агрегата
КПД котла
КПД котла
Определение тепловых потерь, или что же такое, тепловизорное обследование дома
1. УРАВНЕНИЯ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Типы тепловых трат
Котельная
Потери в трубопроводах
Потери объектов потребления
Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива
Тепловой баланс котла
Тепловые потери и КПД котла
Меры по сокращению потерь теплоты с поверхности трубопроводов
Тепловой расчет топочной камеры
📺 Видео

Видео:КПД котла. Обратный баланс. Виды тепловых потерь. Метод теплового баланса: формула, расчет.Скачать

Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса котельного агрегата определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, который является важнейшей характеристикой энергетической эффективности работы котла.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревание воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Тепловой баланс котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты и суммой использованной теплоты и тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м 3 газа. Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Где Q_р/ р — теплота, которой располагают; Q₁ — использованная теплота; ∑Q_n — общие потери; Q₂ — потери теплоты с уходящими газами; Q₃ — потери теплоты от химического недожога; Q₄ — потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ — потери теплоты в окружающую среду; Q₆ — потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Q_p/ p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

В уравнении (19.4) величина q₁ представляет собой коэффициент полезного действия установки «брутто». Он не учитывает затраты энергии на обслуживание котельной установки: привод дымососов, вентиляторов, питательных насосов и прочие расходы. Коэффициент полезного действия «нетто» меньше КПД «брутто», так как он учитывает затраты энергии на собственные нужды установки.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (19.3) является суммой следующих величин:

где Q_B.BH — теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива. Эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухоподогревателе, то эта теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Q_пap — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива; Q_физ.т — физическая теплота 1 кг или 1 м 3 топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству

где β — отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р — средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха; при температуре воздуха до 600 К можно считать с_р = 1,33 кДж/(м 3 К); Т_г.вз — температура нагретого воздуха, К; Т_х.вз — температура холодного воздуха, принимаемая обычно равной 300 К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

где W_ф — расход форсуночного пара, равный 0,3 — 0,4 кг/кг; i_ф — энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r — теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

где с_т — теплоемкость топлива, кДж/(кгК); Т_т — температура топлива, К.

Значение величины Q_{физ. т} обычно незначительно и в расчетах учитывается редко. Исключением являются мазут и низкокалорийный горючий газ, для которых значение Q_физ.т существенно и должно обязательно учитываться.

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q _p /_р = Q р /_н. Слагаемые потерь тепла в уравнении теплового баланса котельного агрегата подсчитывают на основании равенств, приводимых ниже.

1. Потерю теплоты с уходящими газами Q₂(q₂) определяют как разность между энтальпией газов на выходе из котельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат (двоздухоподогревателя), т.е.

где V_r — объем продуктов сгорания 1 кг топлива, определяемый по формуле (18.46), м ₃ /кг; c_р.r, с_р.в — средние объемные изобарные теплоемкости продуктов сгорания топлива и воздуха, определяемые как теплоемкости газовой смеси (§ 1.3) с помощью таблиц (см. прил. 1); Т_ух, Т_х.вз — температуры уходящих газов и холодного воздуха; а — коэффициент, учитывающий потери от механического недожога топлива.

Котельные агрегаты и промышленные печи работают, как правило, под некоторым разрежением, которое создается дымососами и дымовой трубой. Вследствие этого через не плотности в ограждениях, а также через смотровые лючки и т.д. подсасывается из атмосферы некоторое количество воздуха, объем которого необходимо учитывать при расчете I_ух.

Энтальпию всего поступающего в агрегат воздуха (с учетом присосов) определяют по коэффициенту избытка воздуха на выходе из установки α_ух = α_т + ∆α.

Общий подсос воздуха в котельных установках не должен превышать ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Из всех потерь теплоты величина Q₂ — самая значительная. Величина Q₂ возрастает с увеличением коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, влажности твердого топлива и забалластированности негорючими газами газообразного топлива. Снижение присосов воздуха и улучшение качества горения приводят к некоторому уменьшению потери теплоты Q₂. Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура. Для снижения Т_ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева — воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т_ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров. С уменьшением Т_ух возрастает КПД и снижаются расход топлива и затраты на него. Однако при этом возрастают площади теплоиспользующих поверхностей (при малом температурном напоре площадь поверхности теплообмена необходимо увеличивать; см. § 16.1), в результате чего повышаются стоимость установки и эксплуатационные расходы. Поэтому для вновь проектируемых котельных агрегатов или других теплопотребляющих установок значение Т_ух определяют из технико — экономического расчета, в котором учитывается влияние T_ух не только на КПД, но и на величину капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Другой важный фактор, влияющий на выбор Т_ух, — содержание серы в топливе. При низкой температуре (меньше, чем температура точки росы дымовых газов) возможна конденсация водяных паров на трубах поверхностей нагрева. При взаимодействии с сернистым и серным ангидридами, которые присутствуют в продуктах сгорания, образуются сернистая и серная кислоты. В результате этого поверхности нагрева подвергаются интенсивной коррозии.

Современные котельные агрегаты и печи для обжига строительных материалов имеют Т_ух = 390 — 470 К. При сжигании газа и твердых топлив с небольшой влажностью Т_ух — 390 — 400 К, влажных углей

Т_ух = 410 — 420 К, мазута Т_ух = 440 — 460 К.

Влажность топлива и негорючие газообразные примеси являются газообразующим балластом, который увеличивает количество получающихся при горении топлива продуктов сгорания. При этом повышаются потери Q₂.

При использовании формулы (19.6) следует иметь в виду, что объемы продуктов сгорания рассчитывают без учета механического недожога топлива. Фактическое количество продуктов сгорания с учетом механической неполноты горения будет меньше. Это обстоятельство учитывают, вводя в формулу (19.6) поправочный коэффициент a = 1 — р₄/100.

2. Потеря теплоты от химического недожога Q₃(q₃). Газы на выходе из топки могут содержать продукты неполного горения топлива СО, Н₂, СН₄, теплота сгорания которых не использована в топочном объеме и далее по тракту котлоагрегата. Суммарная теплота сгорания этих газов и обусловливает химический недожог. Причинами появления химического недожога могут быть:

недостаток окислителя (α 3 .

Недостаток воздуха приводит в тому, что часть горючих элементов газообразных продуктов неполного горения топлива может вообще не сгорать из-за отсутствия окислителя.

Плохое перемешивание топлива с воздухом является причиной или местного недостатка кислорода в зоне горения, или, наоборот, большого его избытка. Большой избыток воздуха вызывает снижение температуры горения, что уменьшает скорости реакций горения и делает процесс сжигания неустойчивым.

Малое удельное тепловыделение в топке (q_v = BQ p_/ _н/V_т, где В — расход топлива; V_T — объем топки) является причиной сильного рас сеяния теплоты в топочном объеме и ведет к снижению температуры. Завышенные значения qv также вызывают появление химического недожога. Объясняется это тем, что для завершения реакции горения требуется определенное время, а при значительно завышенном значении qv время нахождения топливовоздушной смеси в топочном объеме (т.е. в зоне наиболее высоких температур) оказывается недостаточным и ведет к появлению в газообразных продуктах сгорания горючих составляющих. В топках современных котельных агрегатов допустимое значение qv достигает 170 — 350 кВт/м 3 (см. § 19.2).

Для вновь проектируемых котельных агрегатов значения qv выбирают по нормативным данным в зависимости от вида сжигаемого топлива, способа сжигания и конструкции топочного устройства. При балансовых испытаниях эксплуатируемых котельных агрегатов величину Q₃ рассчитывают по данным газового анализа.

При сжигании твердого или жидкого топлива величину Q₃, кДж/кг, можно определить по формуле(19.7)

3.Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q₄(g₄). При горении твердого топлива остатки (зола, шлак) могут содержать некоторое количество несгоревших горючих веществ (в основном углерода). В результате химически связанная энергия топлива частично теряется.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания включает ее потери вследствие:

провала мелких частиц топлива через зазоры в колосниковой решетке Q_пр (q_пр);
удаление некоторой части недогоревшего топлива со шлаком и золой Q_шл (q_шл);
уноса мелких частиц топлива дымовыми газами Q_ун (q_ун)

Потеря теплоты q_yн принимает большие значения при факельном сжигании пылевидного топлива, а также при сжигании неспекающихся углей в слое на неподвижных или подвижных колосниковых решетках. Значение q_ун для слоевых топок зависит от видимого удельного энерговыделения (теплонапряжения) зеркала горения q_R, кВт/м ₂ , т.е. от количества выделяющейся тепловой энергии, отнесенного к 1 м 2 горящего слоя топлива.

Допустимое значение q_R BQ р /_н/R (В — расход топлива; R — площадь зеркала горения) зависит от вида сжигаемого твердого топлива, конструкции топки, коэффициента избытка воздуха и т.д. В слоевых топках современных котельных агрегатов величина q_R имеет значения в пределах 800 — 1100 кВт/м₂. При расчете котельных агрегатов величины q_R, q₄ = q_np + q_шл + q_ун принимают по нормативным материалам. При балансовых испытаниях потерю теплоты от механического недожога рассчитывают по результатам лабораторного технического анализа сухих твердых остатков на содержание в них углерода. Обычно для топок с ручной загрузкой топлива q₄ = 5 ÷ 10%, а для механических и полумеханических топок q₄ = 1 ÷ 10%. При сжигании пылевидного топлива в факеле в котельных агрегатах средней и большой мощности q₄ = 0,5 ÷ 5%.

4. Потеря теплоты в окружающую среду Q₅ (q₅) зависит от большого числа факторов и главным образом от размеров и конструкции котла и топки, теплопроводности материала и талщины стенок обмуровки, тепловой производительности котлоагрегата, температуры наружного слоя обмуровки и окружающего воздуха и т. д.

Потери теплоты в окружающую среду при номинальной производительности определяют по нормативным данным в зависимости от мощности котлоагрегата и наличия дополнительных поверхностей нагрева (экономайзера). Для паровых котлов производительностью до 2,78 кг/с пара q₅ — 2 — 4%, до 16,7 кг/с — q₅ — 1 — 2%, более 16,7 кг/с — q₅ = 1 — 0,5%.

Потери теплоты в окружающую среду распределяются по различным газоходам котлоагрегата (топка, пароперегреватель, экономайзер и т.д.) пропорционально теплоте, отдаваемой газами в этих газоходах. Эти потери учитывают, вводя коэффициент сохранения теплоты φ = 1 q₅/(q₅ + ȵ_к.а) где ȵ_к.а — КПД котельного агрегата.

5. Потеря теплоты с физической теплотой удаляемых из топок золы и шлаков Q₆(q₆) незначительна, и ее следует учитывать только при слоевом и камерном сжигание многозольных видов топлива (типа бурых углей, сланцев), для которых она составляет 1 — 1,5%.

Потери теплоты с горячей золой и шлаком q₆, %, рассчитывают по формуле

где а_шл — доля золы топлива в шлаке; С_шл — теплоемкость шлака; Т_шл — температура шлака.

При факельном сжигании пылевидного топлива а_шл = 1 — а_ун (а_ун — доля золы топлива, уносимой из топки с газами).

Для слоевых топок а_{сл шл} = а_шл + а_пр (а_пр — доля золы топлива в «провале»). При сухом шлакоудалении температура шлака принимается Т_ш = 870 К.

При жидком шлакоудалении, которое наблюдается иногда при факельном сжигании пылевидного топлива Т_шл = Т_зол + 100 К (Т_зол — температура золы в жидкоплавком состоянии). При слоевом сжигании горючих сланцев к зольности Aр вводится поправка на содержание углекислоты карбонатов, равная 0,3 (СО₂), т.е. зольность принимается равной А_Р + 0,3 (СО₂) р /_к. Если удаляемый шлак находится в жидком состоянии, то значение величины q₆ достигает 3%.

В печах и сушилках, применяемых в промышленности строительных материалов, помимо рассмотренных потерь теплоты приходится учитывать также потери на прогрев транспортных устройств (например, вагонеток), на которых материал подвергается тепловой обработке. Эти потери могут доходить до 4% и более.

Таким образом, КПД «брутто» может быть определен как

Теплоту, воспринятую вырабатываемым продуктом (пар, вода), обозначим Qк.a, кВт, тогда имеем:

для паровых котлов

для водогрейных котлоагрегатов

Где D — производительность котла, кг/с; i_п.п — энтальпия перегретого пара (если котел вырабатывает насыщенный пар, то вместо i_п.в следует поставить (i_пн) кДж/кг; i_п.в — энтальпия питательной воды, кДж/кг; р — количество воды, удаляемой из котлоагрегата с целью сохранения допустимого содержания солей в котловой воде (так называемая непрерывная продувка котла), %; i — энтальпия котловой воды, кДж/кг; М_в — расход воды через котлоагрегат,кг/с; с_р.в — теплоемкость воды, кДж/(кгК); T_вых — температура горячей воды на выходе из котла; Т_вх — температура воды на входе в котел.

Расход топлива В, кг/с или м 3 /с, определяют по формуле

Объем продуктов сгорания (см. § 18.5) определяют без учета потери от механического недожога. Поэтому дальнейший расчет котельного агрегата (теплообмен в топке, определение площади поверхностей нагрева в газоходах, воздухоподогревателя и экономайзера) осуществляется по расчетному количеству топлива В_р:

(19.13)

При сжигании газа и мазута В_р = В.

Видео:Паровые котлы. Тепловой баланс котлаСкачать

КПД котла

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

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

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

ηбр = 100 Qпол / Qрр

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

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),

где q — потери тепла в %:

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

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

ηнетто = ηбр — qс.н

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

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

Подобрать мощность котла по площади важно учитывая не только площадь и объем здания, но и тип зданий и климатические данные региона.

На нашем сайте калькулятор расчета мощности котла учитывает тепло, требуемое на возмещение тепловых потерь через строительные конструкции и потери, вызываемые инфильтрацией (проникновением) наружного воздуха, через их неплотности и периодически открываемые двери.

Наружный строительный объем здания должен определяться умножением площади горизонтального сечения, взятого по внешнему обводу здания на уровне первого этажа на полную высоту здания, измеренную для панельных зданий: от уровня чистого пола (нулевой отметки) до верхней плоскости теплоизоляционного слоя чердачного покрытия, для остальных строений от уровня земли.

Расчетная температура воздуха в отапливаемых зданий принимается в зависимости от типа и назначения здания:

Гостиница, общежитие, административное здание, жилые дома + 20 °С;
Детские сады, ясли, поликлиники, амбулатории, диспансеры, больницы + 22 °С;
Высшие и средние специальные учебные заведения, общеобразовательные школы, школы интернаты, лаборатории, предприятия общественного питания, клубы, дома культуры + 16 °С;
Театры, магазины, пожарные депо + 15 °С;
Кинотеатры + 14 °С;
Гаражи + 10 °С;
Бани + 25 °С.

В случае если требуется отопление различных по типу зданий, теплопотребление каждого считается отдельно, полученные значения складываются и подобрать мощность котла нужно в соответствии с общей суммарной мощностью каждого отдельно стоящего задания.

Климатические условия вашего региона принимаются в соответствии с СП 131.13330 Строительная климатология. Данные по всем регионам России занесены в наш калькулятор расчета мощности котла.

Видео:Обратный тепловой баланс котлаСкачать

Определение тепловых потерь, или что же такое, тепловизорное обследование дома

Видео:Часть 5 - Нормирование показателей тепловой экономичности оборудования ТЭС (котлы, блок 1)Скачать

1. УРАВНЕНИЯ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Наиболее полное представление об экономических показателях работы судового котла дает тепловой баланс, который показывает, сколько теплоты поступает в котел, какая часть ее используется полезно (на производство пара), а какая теряется.

Тепловой баланс — это приложение закона сохранения энергии к анализу рабочего процесса котла. При анализе рабочего процесса котла на стационарном (или установившемся) режиме его работы тепловой баланс составляется на основании результатов теплотехнических испытаний. В

общем виде уравнение теплового баланса имеет вид

QПОД = Q1 + ∑QПОТ ,i

где QПОД – количество теплоты, подведенной к паровому котлу, кДж/кг; Q1 – полезно использованная теплота, кДж/кг;

QПОТ – тепловые потери, кДж/кг

В нормативном методе расчета, разработанном для стационарных котлоагрегатов, рекомендуется учитывать всю теплоту, подводимую в топку с 1 кг топлива (рис. 4.1), т. е.

где QHP — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

QT, QB, QПР – количество теплоты, вносимое соответственно с топливом, воздухом и паром, который подводится для распыления топлива, кЛж/кг.

Последние три величины определяют следующим образом. Физическая теплота топлива

где сТ – теплоемкость топлива при температуре его подогрева tT, кДж/(кг·К)

Величина QВ учитывает лишь ту теплоту, которая получена воздухом вне котла, например в паровом воздухоподогревателе. При обычной компоновке котла с газовым подогревом воздуха она равна количеству теплоты, вносимой в топку с холодным воздухом, т. е.

QB = QXB =αV ocXBtXB =αI ХВ

где α – коэффициент избытка воздуха;

сХВ – теплоемкость холодного воздуха при температуре tXB;

I XB- энтальпия теоретического количества воздуха V, кДж/кг

Количество теплоты, подводимой в топку с паром для распыления мазутов,

где GПР – расход пара на распыление ВК топлива, кг/ч;

iПР, i” – энтальпия пара на распыление топлива и сухого насыщенного пара в уходящих газах, кДж/кг.

Величина i” в уравнении (4.5) может приниматься равной 2500 кДж/кг, что соответствует парциальному давлению паров воды в уходящих газах pH2O 0,01МПа.

Для судовых котлов определяющей величиной в уравнении (4.2) является QHP , так как сумма остальных слагаемых не превышает 1 % от QP. В связи с этим при составлении теплового баланса судовых котлов обычно принимают при подогреве воздуха дымовыми газами QПОД = QHP , а при

подогреве паром QПОД = QHP +QB . При этом основным является первое уравнение, так как паровой

Видео:Урок 112 (осн). Уравнение теплового балансаСкачать

Типы тепловых трат

Для каждого участка характерен свой тип тепловых трат. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Котельная

В ней установлен котел, который преобразует топливо и передает тепловую энергию теплоносителю. Любой агрегат теряет часть вырабатываемой энергии по причине недостаточного сгорания топлива, выхода тепла через стенки котла, проблем с продувкой. В среднем, используемые на сегодняшний день котлы имеют КПД 70-75%, тогда как более новые котлы будут обеспечивать коэффициент 85% и процент потерь у них существенно ниже.

Дополнительное влияние на растраты энергии оказывают:

отсутствие своевременной наладки режимов котла (потери возрастают на 5-10%);
несоответствие диаметра сопел горелок нагрузке теплового агрегата: снижается теплоотдача, топливо сгорает не до конца, потери увеличиваются в среднем на 5%;
недостаточно частая чистка стенок котла — появляется накипь и отложения, эффективность работы уменьшается на 5%;
отсутствие контролирующих и регулировочных средств — измерителей пара, счетчиков электроэнергии, датчиков тепловой нагрузки, — или их неверная настройка уменьшают коэффициент полезности на 3-5%;
трещины и повреждения стенок котла снижают КПД на 5-10%;
использование устаревшего насосного оборудования уменьшает затраты котельной по ремонту и обслуживанию.

Потери в трубопроводах

Эффективность работы теплотрассы определяют следующие показатели:

КПД насосов, с помощью которых теплоноситель двигается по трубам;
качество и способ укладки теплопровода;
правильные настройки тепловой сети, от которых зависит распределение тепла;
протяженность трубопровода.

При грамотном проектировании тепловой трассы нормативные потери тепловой энергии в тепловых сетях составят не более 7%, даже если потребитель энергии будет располагаться от места производства топлива на расстоянии 2 км. Фактически на сегодняшний день на данном участке сети теплопотери могут достигать 30 и более процентов.

Потери объектов потребления

Определить лишние траты энергии в отапливаемом помещении можно при наличии прибора учета или счетчика.

Причинами такого рода потерь могут быть:

неравномерное распределение отопления по помещению;
уровень обогрева не соответствует погодным условиям и времени года;
отсутствие рециркуляции горячего водоснабжения;
отсутствие датчиков контроля температуры на бойлерах горячей воды;
загрязнение труб или наличие внутренних утечек.

Видео:Решение задач на уравнение теплового баланса. Физика 8 классСкачать

Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива

Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемого располагаемым теплом Q_P, и суммой полезно использованного тепла Q₁ и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄. На основании теплового баланса вычисляют КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг (1 м3) топлива при температуре 0°С и давлении 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

QP + Qв.вн = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, кДж/м3, (2.4.1-1)

где Q_P — располагаемое тепло топлива; Q_в.вн — тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла; Q_ф — тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром); Q₁ — полезно использованное тепло; Q₂ — потеря тепла с уходящими газами; Q₃ — потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива;- потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива; Q₅ — потеря тепла от наружного охлаждения; Q₆ — потеря с теплом шлака.

При сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Q_в.вн, Q_ф, Q₄, Q₆ равны 0, поэтому уравнение теплового баланса будет выглядеть так:

Располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива:

где Qd_i — низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3 (см. табл. 1); i_тл — физическое тепло топлива, кДж/м3. Учитывается в том случае, когда топливо подогревается посторонним источником тепла. В нашем случае этого не происходит, поэтому Q_P = Qd_i, кДж/м3, (2.4.1-4)

Q_P = 36 800 кДж/м3. (2.4.1-5)

Тепловые потери и КПД котла

Потери тепла обычно выражаются в % от располагаемого тепла топлива:

Потеря тепла с уходящими газами в атмосферу определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева (экономайзера) и холодного воздуха:

где I_ух = IН _ЭК — энтальпия уходящих газов. Определяется интерполяцией по данным таблицы 7 по заданной температуре уходящих газов t_ух°С:

б_ух = бН_ЭК — коэффициент избытка воздуха за экономайзером (см. табл.3);

I_0.х.в. — энтальпия холодного воздуха,

где (ct)_в = 39,8 кДж/м3 — энтальпия 1 м3 холодного воздуха при t_х.в. = 30°С; VH — теоретический объем воздуха, м3/м3 (см. табл. 4) = 9,74 м3/м3.

По таблице параметров паровых котлов t_ух = 162°С,

Потеря тепла от химической неполноты сгорания q₃ , %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н₂, СН₄ и др.). Для проектируемого котла принимаем

Потеря тепла от наружного охлаждения q₅ , %, принимается по таблице 8 в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с,

где D, т/ч — из исходных данных = 6,73 т/ч.

Таблица 8 — Потери теплоты от наружного охлаждения парового котла с хвостовыми поверхностями

Номинальная паропроизводительность котла

Находим приблизительное значение q₅ , %, для номинальной паропроизводительности 6,73 т/ч.

Суммарная потеря теплоты в котле:

Коэффициент полезного действия котла (брутто):

з_К = 100 — Уq = 100 — 7,05 = 92,95 %. (2.4.2-11)

Видео:Раздел 3. Баланс эксергии и эксергетический КПДСкачать

Меры по сокращению потерь теплоты с поверхности трубопроводов

Энергосбережение при транспортировке тепловой энергии в первую очередь зависит от качества тепловой изоляции. Главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:

изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;

восстановление целостности существующей гидроизоляции;

нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;

изоляция фланцев и запорной арматуры.

Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.

Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала труб.

При нарушении целостности слоя гидроизоляционных покрытий происходит увеличение влажности теплоизоляции. Поскольку теплопроводность воды в диапазоне температур работы тепловой сети X = 0,6 -ь 0,7 Вт/(м • К), а теплопроводность теплоизоляционных материалов обычно составляет А,_из = 0,035 -4-0,05 Вт/(м • К), то увлажнение материала может увеличить его теплопроводность в несколько раз (на практике более чем в 3 раза).

Увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии их внешней поверхности, в результате чего срок службы трубопроводов сокращается в несколько раз. Поэтому на металлическую поверхность трубы наносится антикоррозионное покрытие, например, в виде силикатных эмалей, изола и др.

В настоящее время широко внедряются теплопроводы типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в гидрозащитной оболочке с дистанционным контролем целостности изоляции. Такая конструкция предусматривает предварительную изоляцию пенополиуретаном и заключение в полиэтилен не только труб, но и всех компонентов системы (шаровой арматуры, температурных компенсаторов и др.). Теплопроводы этой конструкции прокладываются под землей бесканально и обеспечивают существенное энергосбережение за счет предварительного изготовления отдельных изолированных элементов в заводских условиях и высокой тепло- и влаго- непроницаемости. Для успешной эксплуатации предварительно изолированных трубопроводов необходимо высокое качество их монтажа. При этом они могут функционировать без замены до 30 лет.

Профилактическими мерами, позволяющими сокращать потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются: предотвращение затопления трубопроводов в результате установки дренажей (при их отсутствии) и содержания их в должном порядке; вентиляция проходных и непроходных каналов для предупреждения попадания конденсата на поверхность теплоизоляции.

В качестве еще одной меры, снижающей потери теплоты с поверхности трубопроводов, служит переход системы теплоснабжения на пониженный температурный график (с 150/70 на 115/70 или 95/70 °С/°С), что приводит к снижению разности температур теплоносителя в подающем трубопроводе и окружающей среды. Однако э го потребует большего расхода теплоносителя через систему, чтобы передать потребителю требуемое количество теплоты. Для этого нужно увеличить затраты электроэнергии на привод насосов. Поэтому для определения целесообразности проведения рассматриваемого мероприятия необходим технико-экономический расчет.

Видео:Тепловой баланс котлаСкачать