7.5. Тепловой баланс котельного агрегата

7.5.1. Тепловой баланс парового котла

Тепловой баланс парового котла заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат при сжигании топлива количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой , и суммой использованной теплоты Q₁ и тепловых потерь. На основе теплового баланса находят КПД и расход топлива.

При установившемся режиме работы агрегата тепловой баланс для 1 кг или 1 м³ сжигаемого топлива записывается как

, (7.4)

где - располагаемая теплота, приходящаяся на 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива, соответственно кДж/кг или кДж/м³;

Q₁ - использованная теплота; Q₂ - потери теплоты с уходящими из агрегата газами; Q₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ - потери теплоты в окружающую среду через внешнее ограждение котла; Q₆ - потери теплоты с физической теплотой шлака (рис. 7.27).

Обычно в расчетах используется уравнение теплового баланса, выраженное в процентах по отношению к располагаемой теплоте, принимаемой за 100% (  = 100%):

(7.5)

где ; и т.д.

Располагаемая теплота включает все виды теплоты, внесённой в топку вместе с топливом:

, (7.6)

где - низшая рабочая теплота сгорания топлива; - физическая теплота топлива, включая полученную при подсушке и подогреве; - теплота воздуха, полученная им при подогреве вне котла; - теплота, вносимая в топку с распыливающим форсуночным паром.

Тепловой баланс котельного агрегата составляют относительно некоторого температурного уровня или, другими словами, относительно некоторой отправной температуры. Если в качестве этой температуры принять температуру воздуха, поступающего в котельный агрегат без подогрева вне котла, не учитывать теплоту парового дутья в форсунках и исключить величину , так как она пренебрежимо мала по сравнению с теплотой сгорания топлива, то можно принять, кДж/кг или кДж/м³,

. (7.7)

Рис. 7.27. Основные потери теплоты

Следует отметить, что в выражении (7.6) не учитывается теплота, вносимая в топку горячим воздухом собственного котла. Дело в том, что это же количество теплоты отдается продуктами сгорания воздуху в воздухоподогревателе в пределах котельного агрегата, т.е. осуществляется своего рода рециркуляция (возврат) теплоты.

Использованная теплота Q₁ воспринимается поверхностями нагрева в топочной камере котла и его конвективных газоходах, передается рабочему телу и расходуется на подогрев воды до температуры фазового перехода, испарение и перегрев пара. Количество использованной теплоты, приходящейся на 1 кг или 1 м³ сожженного топлива, подсчитывается как

(7.8)

где В, кг/с или м³/с - расход топлива; D₁, D_н, D_пр, кг/с - соответственно производительность парового котла (расход перегретого пара), расход насыщенного пара, расход котловой воды на продувку; i_п.п, i'', i', i_п.в, кДж/кг – соответственно энтальпии перегретого пара, насыщенного пара, воды на линии насыщения, питательной воды.

При доле продувки и отсутствии расхода насыщенного пара формула (7.8) принимает вид

(7.9)

Для котельных агрегатов, которые служат для получения горячей воды (водогрейные котлы),

(7.10)

где G_в - расход горячей воды, кг/с; i₁ и i₂ - соответственно удельные энтальпии воды, поступающей в котел и выходящей из него, кДж/кг.