Тепловой баланс котельного агрегата

1 Составные части теплового баланса

Распределение тепла, выделившегося при сжигании топлива, на полезное и на потери, сопровождающее работу котлоагрегата, называют тепловым балансом котельного агрегата.

За величину прихода тепла принимают тепло, внесенное в топку с рабочим топливом, т.е. низшую теплоту сгорания топлива .

Уравнение теплового баланса котельного агрегата в кДж при сжигании 1 кг твердого или 1 м³ газообразного топливаможно представить в виде

, (28)

Где - располагаемое тепло, кДж/кг, внесенное в котельный агрегат. Для котлов малой и средней мощности ;

- тепло, полезно использованное в котле на получение пара или горячей воды, кДж/кг;

- потери тепла с дымовыми газами, уходящими из котельного агрегата, кДж/кг;

- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/кг;

- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/кг;

- потери тепла в окружающую среду, кДж/кг;

- потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки, кДж/кг.

В располагаемое тепло входит тепло, вносимое в топку самим топливом , но так как величина физического тепла топлива мала и не превышает 0,1-0,2% теплоты сгорания топлива, то ее обычно не учитывают.

Разделив каждый член левой и правой частей уравнения (28) на и умножив его на 100, получим тепловой баланс в процентах от теплоты сгорания

, (29)

где ; и т.д.

При сжигании жидкого и газообразного топлива потери тепла и отсутствуют

(30)

Рассмотрим составные части теплового баланса. Схема теплового баланса котельного агрегата представлена на рисунке.

Полезно использованное тепло

Полезно использованным считается тепло, затраченное на получение пара заданного давления и температуры, начиная от температуры питательной воды, поступающей в водяной экономайзер.

При нагреве воды в котле упругость образующего в нем пара и давление возрастают, одновременно увеличивается и температура кипения воды (становится выше 100ºС), которая зависит от давления: чем выше давление, тем выше температура кипения.

Пар, находящийся в котле вместе с кипящей водой, называется насыщенным, температура, при которой происходит кипение жидкости (при данном давлении) – температурой кипения или температурой насыщения.

Массовая доля сухого насыщеного пара во влажном паре называется степенью сухости пара .

Если в насыщенном паре нет капелек воды, он называется сухим насыщенным паром ( =1 или =100%).

Пар, температура которого выше температуры насыщения при данном давлении, называется перегретым.

Потери тепла с уходящими газами в окружающую среду

Эти потери в процентах определяются как разность энтальпий продуктов сгорания, уходящих из котельного агрегата, и холодного воздуха, поступающего в агрегат.

, (31)

где - энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха за агрегатом и температуре уходящих газов, кДж/кг;

- энтальпия воздуха, теоретически необходимого для горения при температуре, с которой он поступает в котельный агрегат, кДж/кг;

(100- ) – введен в формулу потому, что энтальпии дымовых газов и воздуха, необходимого для горения, определяются для 1 кг действительно сожженного топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.

При сжигании газообразного и жидкого топлива

. (32)

Для понижения температуры уходящих газов и уменьшения за котлом устанавливают водяной экономайзер, воздухоподогреватель, или оба устройства.

Температура уходящих газов при проектировании ТГУ выбирается с учетом:

• Вида сжигаемого топлива;

• Способа его сжигания;

• Температуры точки росы;

• Мощности котельного агрегата при номинальной нагрузке.

С учетом всех этих требований ºС (в конденсационных котлах ºС).

Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

При сжигании твердых топлив показателем химической неполноты сгорания является присутствие в уходящих дымовых газах окиси углерода СО, а при сжигании газообразного топлива – окиси углерода СО и метана СН₄.

Для полного сжигания топлива в топке, для горения летучих горючих веществ нужно строго определенное (достаточное ) количество кислорода, сответствующая температура в топке (при пониженных температурах углерод не вступает в реакцию), достаточное время пребывания горючих частиц в топке и хорошее перемешивание топлива с воздухом.

При нормальном ведении режима горения = 0,5…1% .

Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива

Потери тепла от механической неполноты сгорания состоят из:

• Потерь от провала несгоревших частиц топлива через колосники в зольник;

• Уноса мелких частиц топлива в газоходы котла: могут быть значительными при слоевом сжигании, если дутье слишком сильное или тяга слишком велика.

Потери зависят от конструкции колосниковой решетки, силы тяги, размеров кусков топлива, его спекаемости.

Для пылеугольных топок: = 1%;

Для слоевых топок = 5…7,5%.

Потери тепла в окружающую среду

Потери тепла нагретыми внешними поверхностями в окружающую среду зависят от:

• Типа и паропроизводительности котла;

• Его конструкции;

• Качества обмуровки;

• Тепловой мощности.

Потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки

Эти потери участвуют только при сжигании твердых топлив как в кусковом, так и в пылевидном состоянии. Они зависят от зольности топлива и системы шлакозолоудаления. С увеличением зольности потеря тепла возрастает.