1.9. Тепловой баланс и кпд котла

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемого располагаемым теплом Q^p_р, и суммой полезно использованного тепла Q₁ и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆. На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных единицах), кДж/кг

Q^p_р = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆

Принимая Q^p_р за 100 %, находим составляющие баланса в относительных единицах, например:

q2 =	Q2	٠ 100% и т.д.
	Qpр

Тогда общее уравнение теплового баланса в относительных единицах имеет вид: 100% = q₁ +q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ , откуда определяется КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу

η^бр_ка = 100% – (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆).

Располагаемое тепло на 1 кг твердого или жидкого и на 1 м³ газообразного топлива определяется как, кДж/кг

Q^p_р = Q^r_i + Q_в.вн + i_тл + Q_ф – Q_к ,

где Q_в.вн = β' ٠ [(I_в)' – I^н_о,хв];

Q^p_р = Q^d_i + Q_в.вн + i_тл.,.

где Q_в.вн – тепло внешнего подогрева воздуха (паром из отборов турбины, отработанным теплом других установок); β' – отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (в воздухоподогреватель) к теоретически необходимому; (I_в)' и I^н_о,хв – энтальпии теоретически необходимого количества воздуха на входе в котельный агрегат и холодного воздуха (определяются по I- таблице), кДж/кг или кДж/м³. Температура холодного воздуха при отсутствии специальных условий принимается равной 30 °С.

Q^r_i и Q^d_i – низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлив и сухой массы газообразного топлива, кДж/кг и кДж/м³.

Величина Q_в.вн мала по сравнению с Q^r_i и учитывается только при подогреве воздуха посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.д.), а также при сушке по разомкнутому циклу, кДж/к;

Q_ф – тепло, вносимое в агрегат с паровым дутьем (форсуночным паром), кДж/кг, учитывается только для паромеханических форсунок:

Q_ф = G_ф  (i_ф – 2520),

где 2520 = г – средняя величина скрытой теплоты парообразования, кДж/кг; G_ф и i_ф – расход и удельная энтальпия пара, идущего на дутье или распыление мазута.

G_ф ≈ 0,30,35 кг/кг.

Q_к – тепло, затраченное на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев), кДж/кг.

Таким образом, для расчета парогенератора на твердом топливе или газа можно принять примерно Q^р_p ≈ Q^r_i.

Потери тепла с химическим q₃ и механическим q₄ недожогом входят в расчетные характеристики топок, то есть их можно взять из [6, табл. 3.6]. Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле

q2 =	(Iух – αух · Iов) · (100 – q4)
	Qрp

где I_ух – удельная энтальпия газов при соответствующем избытке воздуха α_ух й температуре _ух, кДж/кг.

В связи с механическим недожогом часть топлива выпадает из процесса горения и поэтому вводится соответствующая поправка (100 – q₄) в формуле для определения потери с уходящими газами и расчетного расхода топлива.

При сушке топлива по разомкнутой схеме пылеприготовления газами, отбираемыми за промежуточной поверхностью нагрева в количестве V_отб, м³/кг, потеря тепла q₂ определяется при расчете котла на подсушенное топливо по формуле, %

	q2 =		[r · Iотб + (1 – r) · Iух – αух · Iов] · (100 – q4)		, где
			Qрp
r =		Vотб		– доля газов, отобранных на сушку топлива;
		Vнг,отб

V^н_г,отб – объем газов за местом отбора, м³/кг;

I_отд – энтальпия газов в месте отбора, кДж/кг;

Q^p_р – располагаемое тепло на 1 кг подсушенного топлива, кДж/кг.

Потери тепла от наружного охлаждения q₅ для стационарных котлов принимаются. При нагрузках, отличающихся от номинальной более чем на 25%,

величина q5 пересчитывается по формуле:	q5 = q5,ном ·	Dн
		D

Потери от наружного охлаждения по газоходам котла учитываются введением в формулу дая расчета количества тепла, отданного газами,

коэффициента сохранения тепла:	φ = 1 –	q5
		ηка + q5

Расчет теплового баланса сведен в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчет теплового баланса

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
	Располагаемое тепло топлива	Qpр	кДж/кг	Qpр = Qri + Qвнв	15789
	Внешний подогрев воздуха в калориферах	Qвнв	кДж/кг	β' ٠ (Iх' – Iохв)	119
	Относительное количество воздуха на входе в котельный агрегат (в воздухоподпгреватель) к теоретически необходимому	β'	–	(αт – Δαт – Δαпл) + Δαвп	1,08
	Температура холодного воздуха на входе в калорифер	tохв	°C	Принята	30
	Температура холодного воздуха на входе в ВП (после калорифера)	t΄хв	°C	Принята	50
	Энтальпия холодного воздуха	Iохв	кДж/кг	Таблица 4.1.	165,6
	Энтальпия воздуха на входе в ВП	I΄хв	кДж/кг	Таблица 4.1.	276
	Температура уходящих газов	ух	°C	Принята	150
	Энтальпия уходящих газов	Iух	кДж/кг	Таблица 4.1.	1333
	Потери тепла от химического недожога	q3	%	[6, табл. 2.6]	0

Таблица 4 - Расчет теплового баланса - продолжение

Потери тепла от механического недожога

q4

%

[6, табл. 2.6]

0,5

Потери тепла в окружающую среду

q5

%

[6, рис. 4.1]

0,6

Доля золы в шлаке

αшл

–

1 – αун

0,05

Температура шлака

tшл

°C

Принимается

600

Энтальпия шлака

(С )шл

кДж/кг

(С )шл = (С )зл

580

Потери тепла с физическим теплом шлака

q6

%

αшл · (С )шл · Аr

0,0099

Qpр

Потери тепла с уходящими газами

q2

%

(Iух – αух · Iов) · (100 – q4)

7,012

Qpр

Сумма тепловых потерь

∑qпот

%

q2 + q3 + q4 + q5 + q6

8,122

КПД котлоагрегата (брутто)

ηка

%

100 – ∑qпот

91,878

Коэффициент сохранения тепла

φ

–

1 –

q5

0,9935

ηка + q5

Полезно используемое тепло в котлоагрегате

Qка

кДж/кг

Dка · (iпп – iпв) + Dпр х х (iкв – iпв) + Dнв ·· (iнв – iпв)

430,5·106

Полный расход топлива

В

кг/ч, (кг/с)

Qка · 100

29676 (8,243)

ηка · Qpр

Расчетный расход топлива

Вр

кг/ч, (кг/с)

В (1 –

q4

)

29528 (8,202)

100