Тепловой баланс котла

1. Составление теплового баланса

Определение КПД по обратному балансу основано на измерении тепловых потерь котла. При составлении теплового баланса устанавливается соотношение между подведенной теплотой, потерями и полезно использованной теплотой в процессах получения пара и его перегрева.

Уравнение теплового баланса при работе котла на газообразном топливе записывается в виде

, (1)

где  располагаемая теплота на 1 м³ газообразного топлива; Q₁ – полезно используемая теплота; Q₂ – потеря теплоты с уходящими газами; Q₃  потеря теплоты с химической неполнотой сгорания топлива; Q₅ – потеря теплоты через ограждения.

Из уравнения обратного баланса найдем удельные потери тепла, %:

(2)

где – удельное полезно использованное тепло (КПД: ), отнесенное к подведенному теплу, %; , , – удельные потери теплоты с уходящими газами, удельные потери теплоты с химической неполнотой сгорания топлива и удельные потери теплоты в окружающую среду через ограждения: .

КПД определится из уравнения (2) после расчетов , и :

.

2. Потери теплоты с уходящими газами

Наибольшей из потерь, как правило, является потеря теплоты с уходящими газами, %,

(3)

Здесь и  энтальпия уходящих газов и теоретического количества холодного воздуха (при температуре 30 С) соответственно;  коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Расчетный коэффициент избытка воздуха  для газовых топлив рассчитывают по формуле

, (4)

где О₂ – содержание кислорода в уходящих газах, %.

Энтальпия уходящих газов рассчитывается на 1 м³ газообразного топлива и складывается из энтальпии теоретических продуктов сгорания и энтальпии избыточного воздуха, кДж/ м³:

. (5)

Здесь: – энтальпия теоретического объема продуктов сгорания, кДж/ м³, при температуре t , ºС, и – энтальпия теоретически необходимого объема воздуха, кДж/ м³ (определяются по табл. П.1 в соответствии с типом сжигаемого в котельной топлива).

3. Потери теплоты с химической неполнотой сгорания газа

Расчет потерь теплоты q₃, %, производят по формуле

, (6)

где =12,6 МДж/м³  теплота сгорания продуктов неполного горения, кДж/м³; СО – объемные содержания продуктов неполного сгорания топлива в сухих продуктах сгорания, %; V_с.г – объем сухих продуктов сгорания, м³/кг.

Объем сухих газов можно определить по формуле

(7)

(объемы сухих трехатомных газов и азота приведены в табл. П.1).

Химический недожог при сжигании газообразного топлива находится в диапазоне q₃=0-0,5 %.

4. Потери теплоты в окружающую среду

Значение потерь теплоты от наружного охлаждения q₅ составляет от 0,2 до 2,5 %. Определяется по рис. П.2  в зависимости от производительности котла и его нагрузки. При проведении испытаний котла величина q₅ определяется из режимной карты котла в соответствии с его нагрузкой.

5. Определение коэффициента полезного действия котла и расхода топлива

Определение коэффициента полезного действия (КПД) котла проводят по уравнению (2), при известных значениях всех удельных потерь: , %.

Определение расхода газа для парового котла проводят по формуле

. (8)

Здесь - расход пара, кг/с; П – доля продувки, д.е.; – энтальпия насыщенного пара при давлении ( ) и температуре насыщенного пара ( ) в барабане котла, кДж/кг; – энтальпия питательной воды на входе в ВЭК (определяется расчетом по температуре питательной воды ), кДж/кг; – энтальпия кипящей воды при давлении в барабане , кДж/кг; – коэффициент полезного действия; в долях.

Определение расхода газа для водогрейного котла проводят по формуле:

. (9)

Здесь: G_в – расход воды через котел, кг/с; с_в – теплоемкость воды при среднем значении температуры, кДж/(кгК); , – температура воды на входе и на выходе котла соответственно, С; – коэффициент полезного действия (в долях).

После обработки результатов в соответствии с вышеописанной методикой полученные данные сводятся в единую таблицу.

В котлах сжигается природный газ (газопровод: Надым-Пунга-Н.Тура-Свердловск-Челябинск) со следующими характеристиками: элементный состав газа: СН₄ - 98,67%; С₂Н₆ – 0,16%; С₃Н₈ - 0,08%; С₄Н₁₀ - 0,01%; СО₂ - 0,08%; N₂ – 1%; теплота сгорания при 0 °С и 101,3 кПа - 35590 .