1.1.3. Тепловой баланс котельной установки Общее понятие о тепловом балансе. Располагаемая и полезная теплота

При работе парового или водогрейного котла вся полученная в результате сжигания топлива теплота расходуется на получение пара или воды требуемых параметров и на покрытие тепловых потерь.

Наибольшее количество теплоты, которое может образоваться в топке при сжигании 1 кг (1 м³) топлива, называют располагаемой теплотой топлива или . В общем случае, тепловой баланс – это равенство между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и теплотой, его покинувшей. Теплота, покинувшая котельный агрегат – это сумма полезной использованной теплоты и потери тепла, связанные с технологическим процессом:

,

где - располагаемая теплота, или ; - полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, или ; - сумма всех потерь теплоты в паровом или водогрейном котле, или .

Располагаемая теплота твердого или жидкого топлива:

, ,

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, ; - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его в калорифере перед ВЗП, ; - теплота, вносимая в топку при паровом распыливании мазута, ; - физическая теплота, вносимая топливом, ; - теплота, затраченная на разложение карбонатов, учитывается при сжигании сланцев, .

Располагаемая теплота газообразного топлива определяется по формуле:

, ,

где - низшая теплота сгорания сухой массы топлива, .

Для промышленных парогенераторов при сжигании твердого топлива можно принимать

, при сжигании мазута , а при сжигании газа .

Полезная теплота, полученная в котле, определяется по формуле:

для перегретого пара: ,

для сухого насыщенного пара ,

где - расход выработанного перегретого пара, кг/с; - расход выработанного перегретого пара, кг/с; - расход продувочной воды, кг/с; - энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в ВЭК, насыщенного пара и кипящей воды в барабане парогенератора, .

Расход продувочной воды определяется по формуле:

,

где p- непрерывная продувка парогенератора, %, учитывается только при .

Энтальпия воды определяется по формуле:

, ,

где - удельная теплоемкость, для воды равная 4,19 ; t – температура, ºС.

Еще одна составляющая теплового баланса - сумма всех потерь теплоты в котле, .

,

где - потери теплоты с уходящими газами; - потери теплоты от химического недожога топлива; - потери теплоты от механического недожога топлива; - потери теплоты от наружного охлаждения через обмуровку; - потери с физической теплотой шлака.

Обычно потери выражают в процентах от располагаемой теплоты:

.

Тогда сумма потерь в котельном агрегате:

.

Характеристика потерь теплоты в котельном агрегате

1. Потери теплоты с уходящими газами возникают вследствие того, что продукты сгорания после прохождения газового тракта не охлаждаются до температуры окружающей среды. Это наибольшая составляющая из всех потерь (4-10%). Потери теплоты с уходящими газами зависят от следующих факторов:

а) от температуры уходящих газов . Температура уходящих газов не может быть ниже точки росы, так как при этой температуре водяные пары из продуктов сгорания начинают конденсироваться. Конденсат взаимодействует с сернистым ангидридом , образовавшимся в результате сжигания топлива, в результате чего на поверхностях нагрева (ВЗП, ВЭК) образуется серная кислота, приводящая к низкотемпературной коррозии;

б) от вида сжигаемого топлива – чем выше содержание серы в топливе, тем выше должна быть температура уходящих газов;

в) от нагрузки КА – с увеличением нагрузки увеличивается объем продуктов сгорания, а вместе с ним и потери теплоты с уходящими газами, так как потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

.

г) от коэффициента избытка воздуха, так как присосы увеличивают объем продуктов сгорания, то увеличиваются и потери тепла с уходящими газами, а также возрастает расход электроэнергии на привод дымососа;

д) от степени загрязнения поверхностей нагрева снаружи (золой и шлаком) и изнутри (накипь). Эти загрязнения уменьшают теплоотдачу от продуктов сгорания поверхностям нагрева;

е) от температуры воздуха забираемого вентилятором:

,

где - энтальпия уходящих газов, определяемая по диаграмме, или ; - коэффициент избытка воздуха на выходе из последней поверхности нагрева; - энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 30ºС.

.

2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива . При сжигании топлива в продуктах сгорания могут находиться продукты неполного горения топлива: . Их догорание за пределами топки невозможно из-за нехватки кислорода и недостаточно высокой температуры. Теплота, которая могла быть получена в случае догорания этих элементов, составляет химический недожог. Для твердого топлива химический недожог топлива находится в пределах 0,5-1%, для жидкого и газообразного топлива 0-0,5%. зависит от следующих факторов:

а) от коэффициента избытка воздуха . При его уменьшении потери теплоты с химическим недожогом увеличиваются из-за недостатка кислорода. При увеличении коэффициента избытка воздуха температура в топке уменьшается, и опять же появляются продукты неполного горения. Поэтому необходимо принимать оптимальный коэффициент избытка воздуха в топке;

б) от способа сжигания топлива и конструкции топки: неправильное распределение и плохое перемешивание топлива с воздухом ведет к увеличению потерь с недожогом топлива;

в) от уровня температуры в топочной камере: при температуре меньше 1000ºС резко возрастает.

3. Потери тепла с механическим недожогом топлива определяются только для твердого топлива и составляют 0,5-5%. Потери с механическим недожогом – это количество теплоты, которую можно было бы получить, если бы сгорели все кусочки топлива. Очаговые остатки (кусочки несгоревшего топлива) покидают топку с провалом, шлаком и уносом.

Провал – часть очаговых остатков, провалившихся сквозь зазоры колосникового полотна.

Шлак – часть очаговых остатков, организованно удаляемых из топки.

Унос – часть очаговых остатков, которые уносятся за пределы топки продуктами сгорания.

4. Потери теплоты от наружного охлаждения обусловлены передачей тепла от обмуровки, барабана, коллекторов и других элементов котла окружающему воздуху. Потери от наружного охлаждения определяются по формуле:

,

где - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке котла, определяемые из табл. 1.5. (табл. 4-1 учеб.); - номинальная нагрузка парогенератора, т/ч. D – расчетная нагрузка парогенератора, т/ч.

Табл.1.5.

Потери теплоты от наружного охлаждения парогенератора

Номинальная производительность парогенератора, кг/с (т/ч)	Потеря теплоты , %
	парогенератора	парогенератора с хвостовыми поверхностями
0,55 (2)	3,4	3,8
1,11 (4)	3,1	2,9
1,67 (6)	1,6	2,4
2,22 (8)	1,2	2,0
2,78 (10)	-	1,7
1,541,,16 (15)	-	1,5
5,55 (20)	-	1,3
8,33 (30)	-	1,2
11,11 (40)	-	1,0
16,66 (60)	-	0,9
22,22 (80)	-	0,8
27,77 (100)	-	0,7
55,55 (200)	-	0,6
83,33 (300)	-	0,5

5. Потери с физической теплотой шлаков возникает вследствие удаления шлака из топки с высокой температурой (800-900ºС), в результате чего теряется тепло.