5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива.

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_Р^Р.

Потеря теплоты с уходящими газами обусловлено тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева (q₂).

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания в топке, от уровня и распределения температур в топочной камере.

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения. Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потери в окружающую среду зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Коэффициентом полезного действия парового котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте, КПД нетто – по отпущенной.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

Q_Р^Р = Q_Н^С + Q_В.ВН

Где: Q_Н^С – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C = 46890 кДж/м³;

Q_В.ВН – теплота внесенная воздухом, Q_В.ВН = 0 кДж/м³;

Q_Р^Р = 46890 + 0 = 46890 кДж/м³;

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания: q₃ = 0;

Потери теплоты от внешнего охлаждения определяем по формуле:

Где: – отношение номинальной нагрузки парового котла к расчетной нагрузке парового котла, ;

q_{5 НОМ} – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяем по табл. 4,5 [7], q_{5 НОМ} = 2,3 %;

Получаем q₅ = 2,3 %;

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки: q₆ = 0;

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

где: I_УХ – энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при соответствующих значениях α_УХ и выбранной температуре уходящих газов t_УХ = 180 ^ОС, I_УХ = 4079,32 кДж/м³;

α_УХ – коэффициент избытка воздуха, берется из табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, α_УХ = 1,2;

I_Х.В.^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_В = 30 ^ОС по формуле:

I_Х.В.^О = 39,8·V^O , кДж/м³

I_Х.В.^О = 39,8·12,369 = 492,286 кДж/м³

q₄ – потери теплоты от механической неполноты горения, для газа q₄ = 0;

Получаем: %

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса:

Подставляя ранее определяемые величины всевозможных потерь теплоты, получим:

%

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

, м³/с

где: Q_ПГ – полезная мощность парового котла, кВт, определяется по формуле:

Q_ПГ = D_ПЕ · (I_П.П. – I_П.В.) + D_Н.П · (I_Н.П. – I_П.В.) + 0,01р · (D_ПЕ + D_Н.П.) · (I_КИП – I_П.В.)

Где: D_ПЕ – расход выработанного перегретого пара, кг/с, D_ПЕ = 0;

D_Н.П – расход выработанного насыщенного пара, кг/с, D_Н.П = 1,81 кг/с;

I_П.П – энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

I_П.В – энтальпия питательной воды (в деаэраторе t = 104,2 ^OC, Р = 12 атм.), I_П.В = 437 кДж/кг;

I_Н.П – энтальпия насыщенного пара (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_Н.П = 2787 кДж/кг;

I_КИП – энтальпия кипящей воды (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_КИП = 811 кДж/кг;

р – непрерывная продувка парового котла, %, принимаем р = 2 %;

Q_ПГ = 0 + 1,81 · (2787 – 437) + 0,01 · 2 · (0 + 1,81) · (811 – 437) = 4267,04 кВт

Получаем м³/с

Расчетный расход топлива для газа равен: B_P = B_ПГ = 0,101 м³/с

Определяем коэффициент сохранения теплоты, по формуле:

где: q₅ – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, q₅ = 2,3 %;

η_БР – КПД брутто парового котла, η_БР = 90,26 %;