6.4. Тепловой баланс котельного агрегата

6.4.1. Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

Целями составления теплового баланса котельного агрегата яв­ляются:

• определение значений всех приходных и расходных статей ба­ланса;

• расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата;

• анализ расходных статей баланса с целью установления при­чин ухудшения работы котельного агрегата.

На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по по­вышению энергетической эффективности котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании органического топлива про­исходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов горения. Выделившаяся теплота расходуется на выработку полезной теплоты пара или горячей воды и на компен­сацию тепловых потерь. В соответствии с законом сохранения энер­гии должно соблюдаться равенство прихода и расхода теплоты в котельном агрегате, т.е.

Для котельных установок тепловой баланс обычно составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива, или на 1 м³ газа, находяще­гося при нормальных условиях (273 К и 0,1013 МПа). Статьи, вхо­дящие в уравнение теплового баланса, должны иметь размерность МДж/кг или МДж/м³.

Поступившую в котельный агрегат теплоту называют также рас­полагаемой теплотой и обозначают . В общем случае при­ходная часть теплового баланса записывается в виде уравнения

,

где — низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг для твердого или жидкого топлива и МДж/м³ для газа; — физи­ческая теплота топлива, определяемая по формуле

,

где с_т — удельная теплоемкость топлива, МДж/(кг·°С) или МДж/ (м³·°С); — температура нагрева топлива, °С.

Физическая теплота твердого топлива, имеющего обычно низ­кую температуру (около 20 °С), в балансе не учитывается. Жидкое топливо (мазут) для снижения вязкости и улучшения распыла по­ступает в топку подогретым до температуры 80...120°С, потому его физическая теплота при выполнении расчетов учитывается. Учет Q_ф.т ведется при сжигании газообразного топлива с низкой тепло­той сгорания (например, доменного газа) при условии его подо­грева до 200... 300 "С.

Q_ф.в — физическая теплота воздуха учитывается лишь при по­догреве его вне котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжи­гании в нем дополнительного топлива);

Q_пар — теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распыле мазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения горения в случае слоевого сжигания антрацита:

,

где G_п — расход пара на 1 кг топлива, кг. При паровом распыливании мазута G_п=0,3...0,35, кг/кг топлива, при сжигании антрацита и подаче пара под решетку G_п=0,2...0,4 кг/кг топлива; h_п — эн­тальпия пара, МДж/кг; 2,51 — примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный аг­регат, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно ис­пользуемую теплоту Q_пол, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и различные потери ΣQ_потерь, т.е.

Q_pacx=Q_пол+Q_потерь

или

О_расх= = Q_пол+ Q_у.г+ Q_х.н + Q_м.н + Q_н.о+ Q_ф.ш+ Q_охл ± Q_акк,

где — располагаемая теплота котельного агрегата; Q_y.г — поте­ри теплоты с уходящими газами; Q_x.н — потери теплоты от хими­ческой неполноты сгорания; Q_м.н — потери теплоты от механиче­ской неполноты сгорания; Q_н.о — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла; Q_ф.ш — потери теплоты с физической теплотой шлаков; Q_охл — потери теплоты с охлаждае­мыми элементами, не включенными в циркуляционную систему котла; Q_акк — расход (знак «+») или приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q_акк= 0.

Если обе части приведенного уравнения баланса умножить на 100 % и разделить на то получим при установившемся тепло­вом режиме котла

или

,

где — слагаемые расходной части теплового баланса, %.