6.1.2. Расчет кпд котла и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) водогрейного или парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы, пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.

КПД брутто котельного агрегата (в %) можно определить по уравнению прямого баланса:

для парового котла

; (6.11)

для водогрейного котла

, (6.12)

где Q_пг − полезная мощность парового котла, кВт; Q_вк − полезная мощность водогрейного котла, кВт; В_пг и В_вк − расход топлива паровым и водогрейным котлом, кг/с или м³/с; − рас­полагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м³.

КПД парового или водогрейного котла по уравнению обратного баланса (в %):

. (6.13)

При тепловом расчете парового или водогрейного котла тепловой баланс составляют для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Определить располагаемую теплоту. Для твердого и жидкого топлива (кДж/кг)

; (6.14)

для газообразного топлива (кДж/м³)

, (6.15)

где − низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива, кДж/кг; − низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³; Q_в.вн − теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром или другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг или кДж/м³; i_тл − физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг; Q_ф − теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг; Q_к − теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

Таблица 6.7.

Средние значения присоса воздуха для систем пылеприготовления

Система пылеприготовления	Присос
Молотковые мельницы: при работе под разрежением под давлением горячего воздуха Среднеходовые валковые мельницы при работе под разрежением Мельницы-вентиляторы с подсушивающей трубой Шаровые барабанные мельницы: с промежуточным бункером при сушке горячим воз­духом с промежуточным бункером при сушке смесью возду­ха и топочных газов с прямым вдуванием	0,04 0 0,04 0,2−0,25 0,1 0,12 0,04

В случае предварительного подогрева воздуха в калорифере теплота, внесенная воздухом (кДж/кг или кДж/м³),

, (6.16)

где − энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель после предварительного подогрева в калорифере, определяется по температуре воздуха после калорифера линейной интерполяцией значений из таблицы 4.5; − энтальпия теоретического объема холодного воздуха при t_в = 30 °С, определяется по формуле (5.5).

Отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому, входящее в формулу (4.16),

, (6.17)

где _т, _пл, _вп − присос воздуха в топку, систему пыле­приготовления и воздухоподогреватель.

Физическая теплота топлива учитывается только при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т. п.), а также при сушке по разомкнутому циклу (кДж/кг) по формуле:

, (6.18)

где i_тл − температура топлива, °С (для мазута в зависимости от его вязкости 90‑130°С); с_тл − удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг·К).

Удельная теплоемкость мазута

. (6.19)

Для промышленных паровых и водогрейных котлов физическая теплота топлива учитывается только при сжигании мазута.

Теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива (кДж/кг):

, (6.20)

где i_ф − энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов (кДж/кг):

, (6.21)

где k − коэффициент разложения карбонатов (при слоевом сжигании равен 0,7, при камерном - 1,0); − содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе, %.

2. Определить (только при сжигании твердого топлива) потери теплоты от механической неполноты горения. Значения потери от механической неполноты сгорания для различных топок и топлив приведены в таблицах 6.1−6.4.

3. Определить потери теплоты с уходящими газами по формуле (6.4).

Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями нагрева температуру входящих газов рекомендуется принимать не менее следующих значений (°С):

- угли с приведенной влажностью 0,7 кг∙10²/МДж и природный газ ‑ 120−130;

- угли с приведенной влажностью 1−5 кг∙10²/МДж - 40−150;

- мазут -.150−160;

- торф и древесные отходы при установке воздухоподогревателя - 170−190.

4. Определить потери теплоты от химической неполноты сгорания. Значения этих потерь для различных топлив и поток приведены в таблицах 6.1−6.4.

5. Определить потери теплоты от наружного охлаждения.

6. Вычислить полезную мощность парового или водогрейного котла (кВт) по формулам:

; (6.22)

, (6.23)

где D_пе − расход выработанного перегретого пара, кг/с; D_н.п − расход выработанного насыщенного пара, кг/с; i_п.п, i_п.в, i_н.п, i_кип − энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг; р − непрерывная продувка парового котла, %, учитывается только при р ≥ 2%; G_в − расход воды через водогрейный котел, кг/с; i_х.п, i_г.в − энтальпия холодной и горячей воды (на входе и выходе водогрей­ного котла), кДж/кг.

7. Определить потери теплоты в виде физической теплоты шлаков и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла.

8. Вычислить КПД брутто парового или водогрейного котла (в %) из уравнения обратного теплового баланса

. (6.24)

9. Подсчитать расход топлива (кг/с или м³/с), подаваемого в топку парового или водогрейного котла, из уравнения прямого теплового баланса:

; (6.25)

. (6.26)

10. Определить расчетный расход топлива (кг/с или м³/с):

- для твердого топлива:

; (6.27)

- для газа и мазута

.

Расчетный расход топлива вносится во все последующие формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количество теплоты.

11. Определить для последующих расчетов коэффициент сохранения теплоты:

. (6.28)