3 Тепловой баланс котельного агрегата

Экономичность работы котельного агрегата определяется коэффициентом полезного действия.

Для определения экономичности котельного агрегата составляют его тепловой баланс: устанавливают равенство между внесенным в топку количеством тепла, называемым располагаемым теплом ,и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь.

На основании теплового баланса определяют КПД, действительный и расчетный расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса:

,кДж/кг, кДж/м³.

- тепло, полезно используемое в котельном агрегате, расходуемое на получение пара, нагрев воды,

- потеря тепла с уходящими газами,

- потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива,

- потерятепла от механического недожога,

- потеря тепла в окружающую среду,

- потеря физического тепла шлаков.

3.1 Располагаемое тепло на 1 кг твердого и жидкого топлива и на 1 м³газообразного топлива определяют как:

– для твердого топлива,

– для газообразного топлива,

– для жидкого топлива паровой котельной,

– для жидкого топлива водогрейной котельной.

Расход тепла на нагрев мазута в водогрейной котельной:

, кВт.

= 110С, = 70^оС- для мазута М100,

– теплоемкость мазута, кДж/(кг^оС),

– расход мазута на котел, принимаемый из справочных данных по типу котла (приложение 12),

–низшая теплота сгорания рабочей массы твердого [1, с.129, табл.I], и жидкого [1, с.139, табл.III], топлива, принимается из приложения 6,

– низшая теплота сгорания сухой массы газообразного топлива[1, с.140, табл.IV], принимается из приложения 7,

, кДж/кг- физическое тепло топлива, учитывается в тех случаях, когда оно предварительно подогрето посторонним источником тепла. Для мазута , ,

, кДж/кг- тепло, вносимое в котельный агрегат с паровым дутьем,

– расход пара, идущего на дутье или распыление топлива, принять 0,3 кг/кг,

–энтальпия пара, идущего на дутье или распыление топлива, ккал/кг, кДж/кг

3.2 Потери тепла в котельном агрегате принято выражать относительными величинами в процентах:

.

Потери тепла с уходящими газами:

, %,

где – определяют по таблице теплосодержаний (табл. 2 расчетов) в соответствии с температурой и коэффициентом избытка воздуха уходящих газов .

принимается из справочных данных по типу котла, приложения 12…14, при отсутствии данных может быть принято по виду топлива:

120 ^оС – для газообразного топлива,

160 ^оС – для жидкого топлива,

140 ^оС – для твердого топлива.

– коэффициент избытка воздуха за экономайзером для паровых котлов и за последним конвективным газоходом для водогрейных (для котлов без экономайзеров)

,кДж/м³– теплосодержание холодного воздуха,

кДж/м³– теплоемкость холодного воздуха,

– температура холодного воздуха, принимается по заданию, при отсутствии данных может быть принята 30^оС,

–принимаются при выборе топочных устройств в соответствии с видом топлива, приложения 3…5.

Потеря тепла от наружного охлаждения определяется:

- для паровых котельных по графику рис. 2,

Рис. 2 – Потери тепла от наружного охлаждения

- для водогрейных:

, %,

– потеря тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке водогрейного котла, определяется по таблице:

Номинальная производительность котла, МВт	1	2	3	5	10	20	30	40	60	100
q5ном , %	5	3	2	1,7	1,5	1,2	1,0	0,9	0,7	0,5

или построенному по таблице графику рис. 3

Рис.3 – Потеря тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке водогрейного котла

– номинальная производительность котла (принимается по характеристике котла), МВт

– расчетная производительность котла (по заданию), МВт

Потеря тепла со шлаком вводится в расчет для всех твердых топлив при камерном сжигании с жидким шлакоудалением и слоевом:

, %

где ,

– доля золы топлива в уносе, принимается при выборе топочных устройств по приложению 3;

– энтальпия золы, принимается по температуре при твердом шлакоудалении 600^оС (приложение 10).

Коэффициент полезного действия котлоагрегата (КПД брутто) по обратному тепловому балансу:

, %.

3.3 Количество тепла, полезно использованное в котельном агрегате при выработке пара (нагреве воды), отнесенное к 1 кг (м³) топлива составит:

, кДж/кг, кДж/м³.

– полезно использованное тепло. В котельных с паровыми котлами, идет на выработку пара (насыщенного или перегретого), в котельных с водогрейными котлами – на подогрев сетевой воды;

а) для паровых котлов энергоблоков ТЭЦ полезно используемое тепло идет на получение перегретого пара[1, с.31, (5.16)]:

, кДж/ч;

б) для паровых котлов, вырабатывающих насыщенный пар:

, кДж/ч

в) для водогрейных котлов, нагревающих воду для тепловых сетей и собственные нужды котельной

, кДж/ч,

где –расход перегретого пара, вырабатываемого котлом (из характеристик котла),

– теплосодержание перегретого пара, принимается по [1, с.184, табл.XXV] в зависимости от рабочего давления пара парогенератора,

– теплосодержание насыщенного пара и кипящей воды, принимаются по [1, с.179, табл.XXIII],

– требуемый процент непрерывной продувки, принимается по расчету ХВО. При отсутствии данных принимается 10 %, с уточнением в ХВО.

– количество выработанного насыщенного пара, т/ч, Принимается по типу котла или заданию,

– теплосодержание питательной воды, принимается по [1, с.181, табл.XXIV] в зависимости от температуры питательной воды ( по заданию),

– теплосодержание воды на выходе и входе в котел, в соответствии с температурным графиком и давлением воды в котле, принимается по [1, с.181, табл.XXIV].

Температурный график принимается из исходных данных.

– расход воды через водогрейный котел, кг/ч (по характеристике котла из приложения 12)

– давление воды в котле (по характеристике котла из приложения 12)

– расход топлива, кг/ч, м³/ч.

3.4 Расход топлива[1, с. 32, (5.19)]:

, кг/ч, м³/ч.

Потери тепла от наружного охлаждения в отдельных газоходах учитывается коэффициентом сохранения тепла :

Расчет сводится в табл. 3 теплового баланса.

Тепловой баланс котла Табл. 3

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Результаты расчета
Располагаемое тепло топлива	QрР	ккал/кг ( м3)	Привести формулу для данного вида топлива
Температура уходящих газов	υух	оС	Принимается из характеристик котла
Теплосодержание уходящих газов	Iух	ккал/ м3	Принимается по таблице теплосодержаний
Температура холодного воздуха	tхв	оС	Принимается по заданию
Теплосодержание холодного воздуха	Iхво	ккал/ м3	Iхво=Vо·Схв·tхв
Потери тепла с уходящими газами	q2	%	q2= Q2/ QрР·100=(Iух-αух·Iхво)·(100-q4)/ QрР
Потери тепла от химической недожога	q3	%	Принимается по приложению 3-5 по виду сжигаемого топлива и виду топки
Потери тепла в окружающую среду	q5	%	Рассчитывается по виду котла
Суммарные потери тепла	∑qi	%	q2 + q3 + q5
КПД котла	η к.а.	%	η к.а.=100- ∑qi
Тепло, полезно используемое в к.а.	Qк.а.		Рассчитывается по виду котла (привести соответствующую формулу)
Полный расход топлива	β	кг (м3)/ч	β= Qк.а.·100/ QрР· η к.а.
Расчетный расход топлива:	βр	кг (м3)/ч	βр= β, мазут, газ βр= β·(1- ), твердое топливо
Коэффициент сохранения тепла	φ	-	φ=1- q5/ q5+ η к.а.

Для котлов, работающих на твердом топливе, учитываются дополнительно потери тепла .

Если котел работает на смеси топлив и известно, в процентном соотношении, сколько сжигается одного и другого топлива, то расчет расхода топлива выполняется так:

а) выполняется расчет теплового баланса для каждого вида сжигаемого топлива с определением ,

б) в расчете расхода топливной смеси топлив принимается с коэффициентом в соответствии с процентным соотношением.

Например: котел сжигает 70% газа нефтепереработки и 30% мазута марки М100. Расход топливной смеси , кг/ч.