Уравнение прямого и обратного теплового баланса котлоагрегата. Коэффициент полезного действия брутто. Потери теплоты, входящие в уравнение обратного баланса.
Тепловой баланс — это сравнение между полезным теплом, используемым для получения пара или горячей воды, тепловыми потерями и общим количеством теплоты, поступившим в топку.
Виды теплового баланса котлов
1. Уравнение прямого баланса устанавливает зависимость между расходом топлива и теплопроизводительностью котла. При этом обязательно замеряются параметры и количество выработанного пара или воды.
2. Уравнение обратного теплового баланса устанавливает зависимость между КПД котла и тепловыми потерями (величины выражаются в процентах).
Слагаемые теплового баланса
Тепловой баланс котла может быть записан в виде равенства Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, где Q — это полное количество теплоты, поступившей в топку. Оно складывается из теплоты сгорания топлива, его физического тепла, а также тепла, поступившего в топку с паром и подаваемым на горение воздухом: Q = Qн + Qф.т + Qф.в + Qпар.
Qн — низшая теплота сгорания топлива, которая выделяется при полном сгорании без учета теплоты конденсации водяных паров.
Qф.т — физическое тепло топлива, учитывается при условии подогрева топлива перед подачей в топку. Qф.в — тепло воздуха, внесенного в топку, учитывается в том случае, когда на котельной установлены воздухонагреватели.
Qпар — тепло пара, поступившего в топку.
Правая часть уравнения представляет собой сумму тепла, израсходованного на получение пара или воды (Q1) и тепловых потерь (Q2 + Q3 + Q4 + Q5)
Q1 — полезно используемое тепло, потраченное на производство пара или горячей воды.
Q2 — потери тепла с уходящими газами (самые значительные по величине, достигающие для современных котлов 4—10%. Их величина зависит от вида применяемого топлива, нагрузки к/агрегата, температуры и объема уходящих газов, и значительно возрастает при увеличении количества воздуха, подаваемого на горение).
Q3 — потери тепла от химической неполноты сгорания топлива (возрастают при уменьшении подачи воздуха на горение, кроме того, зависят от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки и других факторов).
Q4 — потери тепла от физической неполноты сгорания топлива (учитываются только при работе на твердом топливе).
Q5 — потери тепла в окружающую среду (зависят от качества и толщины обмуровки котла, от коэффициента теплопроводности ее материала, от температуры наружного воздуха, площади и т.д.). Подсчитываются по приблизительным формулам.
Тепловой баланс составляется при устоявшейся работе котла, выражается в кДж/кг (кДж/м3) и обычно относится к 1м3 газа или к 1 кг твердого и жидкого топлива, находящегося при T = 0°С и P = 760 мм рт. ст. (0,1 МПа).
Уравнение обратного баланса
Применяется в основном при испытаниях котлов. При этом высчитывается величина тепловых потерь и по известной теплоте сгорания топлива определяется КПД брутто котла: ηбр = 100 - (Q2 + Q3 + Q5).
Погрешности при определении потерь тепла ниже, чем при подсчете расхода топлива, поэтому метод определения КПД по обратному балансу более точен.
Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте.
Коэффициент полезного действия брутто котельного агрегата (%) можно определить по уравнению прямого баланса:
или по уравнению обратного баланса, если известны все потери:
