7. Окончательный тепловой баланс котла

Окончательный тепловой баланс котла составляется после выполнения теплового расчёта. Целью теплового баланса является определение полученной производительности, коэффициента полезного действия по прямому и обратному балансам и невязки баланса.

При определении достигнутой полученной производительности котла учитывается тепло, воспринятое всеми поверхностями:

лучевоспринимающей испарительной поверхностью Q_л,

фестоном Q_ф,

конвективными испарительными поверхностями ΣQ_к,

конвективными поверхностями подогрева воды в экономайзере Q_эк.

Если тепловой расчёт экономайзера не был предусмотрен заданием, то находится количество теплоты, необходимое для подогрева питательной воды от температуры t_пв до температуры t_гв горячей воды за экономайзером (соответственно повышение энтальпии от i_пв до i_гв).

Эта теплота определяется по формуле:

Q_эк =D'(i_гв - i_пв), кВт,

где D' – полная производительность котла, кг/с.

Искомая производительность котла будет равна:

D=(Q_л + Q_ф + ΣQ_к + Q_эк)/(i_х - i_пв), кг/с

Коэффициент полезного действия находим, как отношение теплоты, переданное газами во всех поверхностях нагрева (кроме газового воздухоподогревателя) к подведённой теплоте:

для котлов без пароподогревателя:

η_к=100(Q_л + Q_ф + ΣQ_к + Q_эк)/(ВQ^P_p), %

для котлов с пароподогревателем:

η_к=100(Q_л + Q_ф + ΣQ_к + Q_эк + Q_пе)/(ВQ^P_p), %

здесь Q_пе – количество теплоты, пошедшее не перегрев пара, определяемое по формуле:

Q_пе = D_пе (i_пе - i_х),кВт,

где D_пе - количество перегретого пара, кг/с;

i_пе и i_х - энтальпия перегретого и влажного пара, кДж/кг.

Невязка баланса определяется по формуле:

в тепловых единицах

ΔQ = Q^P_pη_к - (Q_л + ΣQ_k + Q_ne + Q_эk) (1 – q₄/100), кВт

в процентах

δQ = 100ΔQ/Q^P_p, %

Невязка баланса δQ не должна превышать 0,5%. При большем расхождении баланса задаются новым значением КПД (в сторону уменьшения разницы) и расчет корректируется.

Если последней ступенью по ходу газов является водяной экономайзер, то температура газов за экономайзером будет являться температурой уходящих газов t_уг. Ей соответствует энтальпия уходящих газов из диаграммы I-t.

I_уг= I_пэк - Q_эk /В, кДж/кг,

где I_пэк - энтальпия газов перед экономайзером или за последним конвективным пучком. Температура уходящих газов не должна отличаться от принятой в предварительном балансе более чем на 10°С.

Если расхождение по КПД находится в допустимых пределах, а температура уходящих газов отличается более 10°С, то перераспределяют величины потерь и расчёт уточняется. С изменением t_уг меняется потеря с уходящими газами q₂.(при увеличении t_уг q₂ растёт).

Таблица для проведения расчёта баланса котла

Таблица 34

№ п/п	Наименование величины	Обозна-чение	Единица измерен.	Расчётная формула	Резуль-тат
1	Располагаемая теплота топлива	QPp	кДж/кг кДж/м3	Qрр= Qрн+ Qв. вн+iт+ Qф- Qк
2	Расход топлива	В	кг/с	В= Qка/( Qрр ηбрка),
3	Количество тепла, переданное в топке	Qл	кВт	Из расчёта топки
4	Количество тепла, переданное в конвективном пучке	ΣQк	кВт	Из расчёта конвективного пучка
5	Энтальпия питательной воды	iпв	кДж/кг	Из задания по температуре питательной воды
6	Энтальпия воды за экономайзером	iгв	кДж/кг	Из задания по температуре воды за экономайзером
7	Полная производительность котла	D'	кг/с	Из задания
8	Количество теплоты переданное воде в экономайзере	Qэk	кВт	Qэк =D'(iгв - iпв)
9	Полученная производительность котла	D	кг/с	D=(Qл + Qф + ΣQк + Qэк)/(iх - iпв
10	Коэффициент полезного действия	ηк	%	ηк=100(Qл + Qф + ΣQк + Qэк)/(ВQPp)
11	Невязка баланса	ΔQ	кДж/кг	ΔQ = QPpηк - (Qл + ΣQk + Qne + Qэk) (1 – q4/100)
		δQ	%	δQ = 100ΔQ/QPp
12	Энтальпия уходящих газов	Iуг	кДж/кг кДж/м3	Iуг= Iпэк - Qэk /В
13	Температура уходящих газов	tуг	°С	из диаграммы I-t по Iуг

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Паровые котлы малой и средней мощности. Изд. 2-е перераб. И доп. Л.,»Энергия»,1972. 200с. с ил.

2. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. —Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. —280 с, ил. (имеется в электронном виде).

3. Тепловой расчёт котлов (нормативный метод). – 3-е изд., переработанное и дополн.. Изд. НПОЦКТИ. – СПб. 1998. 266с. С ил. (имеется в электронном виде).

4. Баранов В. Н. Методика расчёта паровых котлов: учеб. пособие / В.Н. Баранов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. – 138с. (имеется в электронном виде).

5. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства: Каталог-справочник. – М.: НИИнформтяжмаш, 1967. – 210с. (имеется в электронном виде).

6. Сидельковский Л. Н. Котельные установки промышленных предприятий. – 3-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 1998. – 528с. С ил.. (имеется в электронном виде).

7. Зыков А. К. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат,1987. – 128с. С ил.. (имеется в электронном виде).

8. Котлы и котельно-вспомогательное оборудование ЗАО ПО «Бийскэнергомаш»: Каталог. ЦНИНТИтяжмаш. – М.: Б. И., 1999. 43с.

9. Эстеркин Р. И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. – Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. Отд. 1985. -400с., ил.

10. «Судовые паровые котлы»: Методические указания к выполнению курсового проекта. /Состав. Б. И. Бубер, С. А. Клименко: - Мурманск. 1987.

11. Кудинов А.А., Антонов В.А., Алексеев Ю.Н. Анализ эффективности применения теплоутилизатора за паровым котлом ДЕ 1О-14ГМ // Промышленная энергетика. 1997, № 4.

12. Баскаков А.П., Мунц В.А., Филипповский Н.Ф. Анализ возможностей глубокого охлаждения продуктов сгорания котельных установок // Промышленная энергетика. 2009, № 10.

13. Кудинов А.А. Повышение эффективности котлов // Промышленная энергетика. 1997, № 8.

14. Бухаркин Е.Н. О технико-экономической целесообразности применения конденсационных теплоутилизаторов в водогрейных котельных // Промышленная энергетика. 1995, № 6. С. 24-27.

15. Бухаркин Е.Н. Конструкции конденсационных экономайзеров для газовых котлов // Промышленная энергетика. 1993, № 2. С. 36-41.

16. Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные контактные водонагреватели. М.: Стройиздат, 1988, 378 с.

17. Хоблер Тадеуш. Теплопередача и теплообменники. Л.: Госхимиздат, 1961. С. 377-379.

18. Бухаркин Е.Н. К методике теплового расчета конденсационных утилизаторов за котлами // Теплоэнергетика. 1997, № 2.

19. Бухаркин Е.Н. Тепловой расчет конденсационных гладкотрубных утилизаторов за котлами // Промышленная энергетика. 1995, № 11.

20. . Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели.–М.: Стройиздат, 1985.–328с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СТАЦИОНАРНЫЕ ПАРОВЫЕ И ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ»

1. Охарактеризуйте понятие «паровой котел». Поясните, какие процессы в нем протекают. Из каких элементов состоит собственно котел? Что такое «дополнительные поверхности нагрева»?

2. Поясните принцип действия и устройство водотрубного вертикального котла с естественной циркуляцией и хвостовыми поверхностями нагрева.

3. Назовите основные признаки, в соответствии с которыми осуществляется классификация котлов. Перечислите основные параметры котлов, кратко охарактеризуйте их.

4. Проведите сравнительный анализ конструкций водотрубных и газотрубных котлов, поясните, в чем заключаются их различия?

5. Поясните, что означает выражение «маневренные качества котла»? Как они связаны с его конструкцией?

6. Какие материалы используются для изготовления элементов корпусов котлов? Как осуществляется крепление труб испарительной поверхности нагрева к барабанам и коллекторам?

7. Поясните, как осуществляется естественная циркуляция воды в водотрубных котлах?

8. Назовите составные части и охарактеризуйте принцип действия газотрубного котла.

9. Назовите составные части и поясните принцип действия водотрубного котла.

10. Дайте определение следующим понятиям: «газовое пространство», «паровое пространство», «водяное пространство», «зеркало испарения», «поверхность нагрева», «огневая линия».

11. Назовите признаки, по которым производится классификация паровых и водогрейных котлов. Расшифруйте условное обозначение типоразмера котла: ДКВр 2,5-13 и КВ-ГМ-209-150СН.

12. Назовите виды циркуляции воды, которые применяются в котлах.

13. Перечислите основные устройства, входящие в состав стационарной котельной установки, поясните их назначение. Укажите системы, обслуживающие котельную установку.

14. Какие свойства золы влияют на ее улавливание в мокрых, инерционных золоуловителях и электрофильтрах?

15. Какая эффективность золоулавливания достигается в золоуловителях различных типов?

16. Принцип работы батарейного циклона золоуловителя.

17. Что, кроме золы, улавливается в мокром золоуловителе?

18. Каковы проблемы работы оборотной системы золоудаления?

19. Особенности конструкции электрофильтра.

20. Объясните принцип улавливания золы в электрофильтре.

21. В чем состоят особенности мазутной золы?

22. Укажите назначение, назовите состав и перечислите основные типы топочных устройств стационарных паровых и водогрейных котлов.

23. Охарактеризуйте устройство и работу ВНУ устройства с неподвижными лопатками. Поясните, как изменяют через него расход воздуха?

24. Опишите принцип действия механической центробежной форсунки. Поясните, что такое «глубина регулирования» форсунки. Какими способами осуществляется регулирование производительности форсунок?

25. Назовите характерные неисправности механической форсунки, их внешнее проявление и способы устранения. Как влияют дефекты форсунок на техническое состояние котла и его экономичность?

26. Поясните принцип действия и устройство паромеханической форсунки, укажите, чем она отличается от механической. Какие преимущества эта форсунка имеет перед механической центробежной?

27. Поясните принцип действия ротационной форсунки, сравните ее с механической, центробежной и паромеханической форсунками. Укажите преимущества и недостатки этой форсунки. Назовите конструктивные и эксплуатационные особенности ротационных форсунок.

28. Как проверяют и регулируют форсунки в производственных условиях?

29. Классифицируйте котельную арматуру по месту ее размещения и выполняемым функциям. Укажите состав, назначение и размещение арматуры на водотрубном котле.

30. Поясните устройство водоуказательного прибора с плоским стеклом. Назовите способы и периодичность проверки исправности прибора. Охарактеризуйте признаки исправной работы прибора.

31. Укажите характерные отказы водоуказательного прибора, которые могут возникнуть в процессе работы котла.

32. Назовите время, которое могут работать газо - и водотрубные котлы с одним действующим водоуказателем при выходе второго из строя?

33. Поясните работу предохранительного клапана прямого действия. Укажите способы и периодичность проверки исправности клапана. Назовите давление, при котором должен происходить автоматический подрыв клапана.

34. Чем по принципу действия и конструкции различаются предохранительные клапаны прямого и непрямого действия? Дайте их сравнительную характеристику.

35. Поясните методику проверки исправности и регулировки предохранительных клапанов?

36. Чем объясняется различие конструкций клапанов верхнего и нижнего продувания? Почему в качестве клапанов нижнего продувания предпочтительнее использование дисковых или пробковых кранов?

37. В каком случае стопорный клапан выполняется невозвратным?

38. Поясните работу и устройство различных сепараторов пара. Что общего в их принципе действия?

39. Перечислите требования ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ к предохранительным и стопорным клапанам котлов.

40. Перечислите требования ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ к питательным клапанам и водоуказательным приборам котлов.

41. Перечислите основные дефекты котельной арматуры. Назовите их причины, последствия, предпринимаемые для их ликвидации меры.

42. Объясните, как устроены и работают питательные клапаны?

43. Поясните принцип действия сепараторов пара.

44. Какие конструктивные меры для повышения надежности циркуляции воды предпринимаются в водотрубных котлах?

45. Поясните расположение и назначение внутриколлекторных устройств.

46. Из каких элементов состоит гарнитура котла, каково их назначение?

47. Перечислите материалы для изготовления теплоизоляции котлов, охарактеризуйте область их применения и условия работы.

48. Поясните, какими способами осуществляется крепление листовой и мастичной теплоизоляции к кожуху котла.

49. Назовите характерные повреждения кирпичной кладки, их причины и методы предотвращения и устранения.

50. Поясните, как конструктивно обеспечивается тепловое расширение элементов котлов?

51. Как осуществляется крепление огнеупорных кирпичей к стенкам кожуха? Какие условия при этом должны быть обеспечены?

52. Расшифруйте значение понятий «корпус», «каркас», «кожух», «футеровка», «гарнитура», «мертель».

53. Назовите основные причины выхода из строя кирпичной кладки и теплоизоляции котлов.

54. Назовите способы ремонта повреждений кладки и топочных фурм паровых котлов.

55. Назовите химические элементы, входящие в состав топлива. Какие из них взаимодействуют с кислородом, выделяя при этом тепло?

56. Укажите, как влияют на объем двух- и трехатомных газов величины коэффициента избытка воздуха и химический состав топлива?

57. Охарактеризуйте понятие «Низшая рабочая теплота сгорания топлива». Поясните, от каких факторов зависит ее величина.

58. Почему объем продуктов сгорания, покидающих котел, больше объема поступающего в топку воздуха?

59. Объясните, какие факторы способствуют росту содержания в топливе воды и механических примесей?

60. Назовите основные источники водяного пара в продуктах сгорания.

61. Как зависит экономичность котла от величины коэффициента избытка воздуха? Чем можно объяснить эту зависимость?

62. Как ведут управление качеством процесса сгорания по внешним признакам и показаниям контрольно-измерительных приборов? Укажите признаки нормального сгорания.

63. Поясните понятия «полное» и «неполное» сгорание топлива.

64. Охарактеризуйте основные нарушения нормального режима горения топливовоздушной смеси. Какими причинами вызваны эти нарушения?

65. Дайте определение понятиям «теплоемкость» и «энтальпия» газа. Укажите, как они зависит от его температуры.

66. Объясните, каким образом влияет величина коэффициента избытка воздуха на величину энтальпии продуктов сгорания?

67. Поясните, от чего зависит наклон кривой на диаграмме I —t?

68. Объясните, как строится и используется диаграмма I —t в процессе теплового расчета котла.

69. Поясните, какие факторы определяют массу продуктов сгорания, полученных в результате горения 1 кг топлива?

70. Поясните, из каких составляющих складывается тепловой баланс котла?

71. Назовите тепловые потери, наблюдающиеся при работе котла. Укажите конструктивные и эксплуатационные способы их уменьшения.

72. Запишите уравнения прямого и обратного тепловых балансов для котла, поясните входящие в них величины.

73. Поясните, как изменяются величины тепловых потерь при изменении нагрузки котла, коэффициента избытка воздуха?

74. Как изменится паропроизводительность котла в случае снижения температуры питательной воды, повышении рабочего давления пара?

75. Почему следует ограничивать температуру уходящих из котла газов?

76. Объясните, в чем заключаются различия между влажным насыщенным, сухим насыщенным, перегретым и охлажденным паром?

77. Дайте определение КПД котла, объясните, как влияют на его величину качество ведения топочного процесса, подготовки топлива, состояние тепловой изоляции?

78. Объясните физический смысл понятия «испарительная способность топлива». Как ее значение связано с величиной топливного КПД?

79. Назовите область применения уравнений прямого и обратного теплового балансов котла.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2