3.5. Втрати теплоти від неусталеного теплового стану котла. Залежність ккд котла від навантаження

При неусталеному тепловому режимі котла (при переході на інше, наприклад, більше навантаження) виникають додаткові втрати теплоти на нагрів кладки, металу, робочої речовини. В цьому випадку у витратній частині|частці| |рівняння| теплового балансу величина | має позитивне значення, тобто є|з'являється,являється| втратою теп|лоти.

При зниженні навантаження, а також при зупинці котла, коли теплота, закумульована| в його елементах, в | значній мірі віддається продуктам горіння, член | відємний|заперечний|, тобто може розглядатися| як прибуткова стаття балансу.

Розрахунки теплового балансу котла проводять звичайно для усталеного теплового стану, тому приймають . При експериментальному визначенні складових теплового балансу випробування котла проводять також при усталеному тепловому стані.

ККД котла також залежить від його потужності, тобто продуктивності (рис.3.1).

Рис. 3.1. Залежність втрат теплоти та ККД котла від навантаження

3.6. Ексергетичний| баланс котла

Для оцінки ефективності теплотехнічних процес|ів, у тому числі і в котлах, все більше застосування|вживання| знахо|дять| методи, засновані на сумісному|спільному| використанні першого і другого законів термодинаміки. Це пов'язано з|із| тим, що спосіб визначення ККД|, що базується|ся| на першому законі термодинаміки, відповідно до | рівняння| теплового балансу враховує лише кількість теп|лоти і не розглядає|розглядує| її якість. Проте|однак| при оцінці доцільності і ефективності використання теплоносія є|дуже| доцільність визначення якості палива||урахуван.

Дійсно, однакова ентальпія продуктів | згорання|, наприклад МВт|, може бути отримана|отримана,набута| при температурі газів 50 °С|із| і при температурі 1000 °С|із|, тобто при різних кількостях газів. Проте|однак| очевидно, що для практичного використання гази, що мають вищу температуру, мають більшу цінність, ніж низькотемпературні, не дивлячись на|незважаючи на| значно більшу кількість останніх. З цієї ж причини навколишнє середовище, що володіє невичерпними запасами низько потенційної теплоти, не має практичної цінності.

Для термодинамічної оцінки ефективності котла можна застосовувати метод ексергетичних| балансів. Під ексергією|, як відомо, розуміють максимальну роботу, яка може бути виконана|вчинена| при оборотному переході термодинамічної системи із|із| стану з|із| заданими параметрами в стан рівноваги з|із| навколишнім середовищем| .

Працездатність (ексергія|) теплоти , МВт|, при температурі Т, К, може бути визначена із|із| співвідношення, справедливого для оборотного циклу Карно

, (3.18)

де — абсолютна температура навколишнього середовища.

Коефіцієнт враховує якість теплоти при температурі навколишнього середовища . При температурі теплоносія ексергія| її рівна нулю. Чим вища температура теплоносія Т, тим більша ексергія|, тим більше цінність цієї теплоти.

Ексергія потоку , МВт|, за умови, що|при умові , що,при условии | кінетичною|| і потенціальною енергією можна нехтувати, | визначається| за формулою

, (3.19)

де - ентальпії потоку і навколишнього середовища; - зміна ентропії гарячого джерела, рівна приросту ентропії навколишнього середовища.

Ексергетичний ККД,| %, є |відношення| корисно засвоєної ексергії| до затраченої ексергії| і визначається за формулою

. (3.20)

Ексергетичний баланс котла дає можливість|спроможність| не тільки|не лише| оцінити якість корисно витраченої теплоти і всіх втрат, знайдених з|із| теплового балан|су|, але і виявити втрати, які в тепловому балансі не виявляються|||відображення,відбиття|. Такими втратами, зокрема, є|з'являються,являються| втрати через необоротний процес горіння палива|пального|, через необоротність теплообміну, тощо.

Втрати ексергії| внаслідок|внаслідок| необоротості процесу горіння палива|пального|, МВт|, можна визначити, виходячи з рівняння

, (3.21)

де |; ; — відповідно ексергії| палива|пального| (хімічна і фізична), повітря і продуктів згора|ння|. Питома ексергія| палива|пальні| є|із| близька по значенню до теплоти згорання|згоряння| палива|пального|, , МДж/кг (або МДж/м³).

Ексергія продуктів згорання|згоряння| визначається для адіабатної температури. При підігріві|підігріванні| повітря, що йде для горіння палива|пального|, втрати ексергії| від необоротності горіння| зменшуються. Це пояснюється більшим підвищенням| ексергії| продуктів згорання|згоряння| Е_п.з (внаслідок|внаслідок| підвищення| температури горіння) у порівнянні з підвищенням ексергії| гарячого повітря Е_п.

Ексергетичний аналіз процесу у котлі вказує, наприклад, на шляхи підвищення його термодинамічної ефективності. Так, підвищення температури повітря викликає підвищення температури горіння, що у свою чергу призводить до зниження втрат ексергії при горінні. Підвищення параметрів пари призводить до зменшення втрат від необоротності теплообміну. При цьому ексергетичний ККД котла збільшується.

Питання для самоперевірки

1. Записати та пояснити загальне рівняння теплового балансу котла.

2. Записати та пояснити формулу для визначення теплоти, яка корисно витрачається на виробництво пари (гарячої води), і ККД котла (по прямому і зворотному балансах).

3. Пояснити причини виникнення втрат теплоти з відхідними газами.

4. Пояснити причини виникнення втрат теплоти від хімічної неповноти згорання.

5. Пояснити причини виникнення втрат теплоти від механічної неповноти згорання.

6. Пояснити причини виникнення втрат теплоти від зовнішнього охолоджування.

7. Пояснити причини виникнення втрат теплоти з фізичною теплотою золи і жужелі.

8. Охарактеризувати вплив нусталеного теплового режиму котла на його ККД.

9. Що таке ексергетичний ККД котла, яка його відмінність від ККД котла, визначеного із теплового балансу.