5 Тепловий баланс парового котла. Коефіцієнт корисної дії

Тепловий баланс котла, як і будь-якого теплотехнічного агрегату, характеризується рівністю між кількостями підведеної теплоти, та теплоти, що витрачається :

Q_прих = Q_витр.

Зазвичай тепловий баланс складають на одиницю кількості спалюваного палива 1 кг твердого або рідкого, або 1 м³ газоподібного палива, узятий за нормальних умов. З урахуванням цього і нехтуючи фізичною теплотою палива і холодного повітря, можна вважати

. (4)

Тут - нижча теплота згорання одиниці палива в робочому стані.

Частина теплоти, що витрачається на підігрівання, випар води і перегрівання пари, складає використану теплоту Q₁, решта - втрати.

У результаті рівняння теплового балансу котла матиме вигляд

= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅, (5)

де Q₂, Q₃, Q₄, Q₅ – втрати теплоти відповідно з димовими газами, від хімічної неповноти згорання палива, від механічного недорогу, через огородження топки та конвективних газоходів.

У відсотках від підведеної теплоти тепловий баланс має вид:

100 = q₁+q₂+q₃+q₄+q₅, (6)

Тепловий баланс парового котла наведено на схемі рис.12.

Замкнутих контур рис.12 відображає теплоту гарячого повітря Q_г.в, що відбирається від димових газів і повертається в топку.

Рисунок 12 - Тепловий баланс парового котла : ХВ, ГВ - холодне і гаряче повітря

Доля теплоти, використаної в котельному агрегаті (переданій воді і парі), є коефіцієнт корисної дії котла брутто - так називають ККД, підрахований без урахування витрат енергії на власні потреби.

Таким чином,

(7)

чи

(8)

Теплота Q₁, яка була сприйнята водою і парою в котлі, може бути визначена з рівняння

, (9)

де h_пе та h_п.в - ентальпії перегрітої пари і поживної води.

Розглядаючи вираження (9) спільно з (7), неважко отримати формулу для розрахунку витрати палива, В:

(10)

Величина η_к для котла узята тут в долях одиниці.

По формулі (7) ККД котла підраховують за даними балансових випробувань (прямий баланс), що дозволяють точно виміряти витрату палива в стаціонарному режимі роботи. Тому випробуванню котла повинна передувати тривала його робота з постійним навантаженням, при якому і проводиться випробування. Формула (8), що називається формулою зворотного балансу, використовується в розрахунках проектованого котла. При цьому кожна із складових приймається по рекомендаціях, розроблених на основі багатократних випробувань котлів в умовах, аналогічних проектним. Ця формула використовується також у випадках, коли не представляється можливим точно заміряти витрату палива. Сучасні котли є досить досконалими агрегатами; їх ККД перевищує 90 %.

6. Технологічна схема котельної установки

Схема котла, працюючого на пилоподібному вугіллі, приведена на рис. 13. Паливо з вугільного складу після дроблення подається конвеєром у бункер сирого вугілля 1, з якого спрямовується в систему приготування пилу, в вугільний млин 2. Спеціальним вентилятором 3 нагнітається повітря, яке транспортує пилоподібне паливо по трубах до пальників 4 топки котла 5, що знаходиться в котельній 6. До пальників підводиться також додаткове - вторинне повітря, що забезпечує повне спалювання палива. Воно подається вентилятором 9 через підігрівач повітря котла. Вода для живлення котла нагнітається поживним насосом 8 з бака поживної води 7, що має деаераційний пристрій.

Рисунок 13 - Технологічна схема котельної установки, працюючої на твердому паливі: I - водяний тракт; II - перегріта пара; III - паливний тракт; IV - шлях руху повітря; V - тракт продуктів згорання; VI - шлях золи і шлаку

Гази, що йдуть з котла, очищаються від золи в пристроєм 10, що вловлює золу і пил, і димососом 11 викидаються в атмосферу через трубу 12. Уловлена з димових газів пилоподібна зола і шлак, що випав в нижню частину топки віддаляються, як правило, в потоці води по каналах, а потім пульпа, що утворюється, відкачується спеціальними (багерними) насосами 13 і віддаляється по трубопроводах.

Проте у зв'язку з тим що зола може використовуватися для потреб будівництва, наприклад як інертна добавка у бетон, останнім часом інтенсивно впроваджується транспорт золи в сухому вигляді - зазвичай за допомогою повітряного потоку.

Пристрої, які забезпечують нормальну роботу котла, але не є його складовими частинами, відносяться до допоміжного устаткування котельної установки.

Контрольні питання

1. Чи можна створити барабанний котел з природною циркуляцією для роботи на надкритичних параметрах?

2. Назвіть основні втрати теплоти в котельному агрегаті.

3. Чи може ККД котла бути вище за сто відсотків?

4. У чому відмінність і що загального між золою і шлаком?

5. Що включає і себе поняття “Паро­водяний тракт” котла?

6. Чим відрізняються паро­вий котел і котел-утилізатор?

7. Чи можна "хвостові" поверхні нагріву котла розташовувати над його топкою?