8. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового и водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте.

При тепловом расчете парового и водогрейного котла тепловой баланс составляет для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Определить располагаемую теплоту. Для твердого и жидкого топлива (кДж/кг):

(8.21)

– низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива, кДж/кг, принимается по таблице 4. – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³, принимается по таблице 5.

При температуре t_в =100 ;

При температуре t_в =200 ;

Для газообразного топлива (кДж/м³)

(8.22)

При температуре t_в =100 ;

При температуре t_в =200 ;

В случае предварительного подогрева воздуха в калорифере теплота, внесенная воздухом (кДж/кг или кДж/м³) определяется по формуле:

(8.23)

При температуре t_в =100 для мазута:

При температуре t_в =200 для мазута:

При температуре t_в =100 для природного газа:

кДж/м³

При температуре t_в =200 для природного газа:

кДж/м³

где – энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель после предварительного подогрева в калорифере, определяется по температуре воздуха после калорифера линейной интерполяцией значения из таблицы 8.

– энтальпия теоретического объема холодного воздуха при t_в =30 , определяется по формуле:

(8.24)

Отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогревателя) к теоретически необходимому, входящие в формулу 8.22.

(8.25)

где – присос воздуха в топку, систему пылеприготовления и воздухоподогревателя, принимается по таблице 6.

Физическая теплота топлива учитывается только при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровой сушилки и т.п.), а также при сушке по разомкнутому циклу (кДж/кг) по формуле:

(8.26)

Где – температура топлива, (для мазута в зависимости от его вязкости 90-130 ); – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг ).

кДж/кг

Удельная теплоемкость мазута:

(8.27)

кДж/(кг ).

Для промышленных паровых и водогрейных котлов физическая теплота топлива учитывается только при сжигании мазута.

Теплота вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива (кДж/кг) определяется по формуле:

(8.28)

где – энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определяется из таблиц 7 для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

При температуре t_в =100 :

кДж/кг

При температуре t_в =200 :

кДж/кг

Теплота, затраченная на разложения карбонатов (кДж/кг) определяется по формуле:

(8.29)

Где – коэффициент разложения карбонатов (при слоевом сжигание 0,7; при камерном 1); – содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе, %

При =1

кДж/кг

2. Определить потерю теплоты с уходящими газами по формуле:

где - энтальпия уходящих газов, кДж/ м³ (определяется интерполяцией по данным таблиц и заданной температуре уходящих газов).

– коэффициент избытка воздуха в уходящих газах;

– энтальпия теоретического объема холодного воздуха;

– потери теплоты от механической неполноты сгорания для мазута и природного газа равны нулю.

Где – энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 6 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов, (кДж/кг или кДж/м³). – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_в=30 по формуле 8.24, кДж/кг или кДж/м³ – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из таблицы 8, в сечении газохода после последней поверхности нагрева; – потери теплоты от механической неполноты горения (для газа и мазута) .

3. Определить потерю теплоты от химической неполноты сгорания. Для мазута и природного газа потерю теплоты от химической неполноты сгорания равна 0,5%.

4. Определить потерю теплоты от наружного охлаждения для парового котла определяется по формуле:

Где – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальном нагрузке парового котла, определяются по таблице 9, соответственно; – номинальная нагрузка парового котла, т/ч; – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

Таблица 9 – Потеря теплоты от наружного охлаждения парового котла

Номинальная производительность котла, кг/с (т/ч)		Потеря теплоты, %
		Собственно котел	Котел 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
4,16	(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. вычислить полезную мощность парового котла (кВт) по формуле:

(8.33)

где D_пе − расход выработанного перегретого пара, кг/с; D_пр − расход выработанного насыщенного пара, кг/с; i_п.п, i_п.в, i_кип − энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг.

6. Определить потерю теплоты в виде физической теплоты шлака и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла по формуле:

(8.34)

При этом:

где Н_охл − лучевоспринимающая поверхность балок и панелей, м² (для панелей в расчет принимается только боковая, обращенная в топку поверхность); Q_к − полезная мощность парового или водогрейного котла.

7. Вычислить КПД брутто парового котла (%) из уравнения обратного теплового баланса

(8.37)

%

%

8. Подсчитать расход топлива (кг/с или м³/с), подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса:

9. Определить расчетный расход топлива (кг/с или м³/с) для газа и мазута:

(8.39)

Расчетный расход топлива вноситься во все последующие формцлы, по котором подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количества теплоты.

10. Для последующих расчетов определить коэффициент сохранения теплоты:

Вывод: Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымонасоса, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т.д. Расход на собственные нужды – это расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Различают два КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработано теплоте, оно называется брутто, а если по отпущенной то нетто.