Методика определения теплового баланса котла.

Понятие теплового баланса предусматривает равенство поступающей в котел теплоты и ее расхода. Принято все расчет проводить на 1 м³ сжигаемого топлива.

На приведенной на рис. ___ схеме потоков рабочих сред и теплоты на котле выделим приходные статьи теплового баланса:

1. Q_н^р, кДж/м³ – поступление теплоты при горении 1 м³ топлива.

2. D_пв∙h_пв/В кДж/м³ – теплота, поступающая в котел с питательной водой, где Dпв – расход питательной воды (кг/с), hпв – энтальпия питательной воды (кДж/кг), В – расход газового топлива (м³/с).

3. Н_хв=Н⁰_хвα_ух - теплота, вносимая в котел с холодным воздухом (организованная подача через ТВП и присосы). Н⁰_хв – энтальпия теоретически необходимого воздуха на входе в котел при температуре t_хв, α_ух – коэффициент избытка воздуха.

4. Расходные статьи теплового баланса:

5. D_пе∙h_пп/В – отвод теплоты из котла с перегретым паром, D_пе, (кг/с) – расход перегретого пара, h_пп – энтальпия перегретого пара, (кДж/кг).

6. D_пр∙h_s/В – отвод теплоты с продувочной водой (кДж/м³). D_пр – расход продувочной воды (кг/с), h_s – энтальпия воды на линии насыщения при давлении в барабане (кДж/кг).

7. Н_ух (кДж/м³).– теплота уходящих из котла дымовых газов при температуре 𝞗_ух.

8. Q₂ = Н_ух – α_ухН⁰_хв , (кДж/м³) – потери теплоты с потоком уходящих газов, за вычетом теплоты поступающего холодного воздуха.

9. Q₃ (кДж/м³) – потери теплоты от неполного сжигания топлива, когда в уходящих газах присутствуют в незначительных количествах СО, Н₂, СН₄.

10. Q₅ (кДж/м³) – потери теплоты от наружного охлаждения, принимаются в каждой поверхности нагрева пропорционально ее тепловосприятию.

При работе котла на газообразном топливе потери Q₄ (с механической неполнотой сгорания) и Q_6шл (с теплого шлака) отсутствуют. В установившемся режиме работы, когда тепловое состояние котла стабильно, имеет место равенство поступления теплоты и ее расхода, и при этом общее уравнение теплового баланса приобретает вид:

Где Q₁ (кДж/м³) – полезно отданная теплота рабочей среде, сумма Q₂+Q₃+Q₅ - представляет потери тепла при работе котла.

Значение Q₁ определяется на основе измерения расходов, температур и давления рабочей среды в соответствующих поверхностях котлоагрегата.

Коэффициент полезного действия котла и его расчет.

КПД характеризует тепловую эффективность работы котла и определяется расчетом с использованием полученных в испытаниях данных теплового баланса. Прежде всего, определяют КПД брутто – отношение использованной теплоты к располагаемой., что представляет метод определения КПД из прямого баланса (в %):

Определение КПД методом прямого баланса требует выполнения большого количества измерений во многих точках рабочего тракта, поскольку измерение энтальпий рабочей среды связано и измерением температур и давлений. Чаще в ускоренных испытаниях применяют определение КПД по обратному балансу путем вычитания из полного тепловыделения в котле (принятому за 100%) долей потерь теплоты, которые подлежат определению:

Определение потерь тепла требует меньшего числа точек измерения и несложных расчетов. К тому же сумма потерь на котле составляет около 1/20 от полного тепловыделения и ошибки определения незначительно влияют на результат. Поэтому метод обратного баланса более широко применяется на практике.

Необходимо отметить, что в энергетике при испытаниях котлов вычисляют КПД по прямому и обратному балансу, согласно нормативным документам. После чего сравнивают полученные значения, вычисляют погрешность измерений, и определяют источник возникновения погрешностей. Однако, это делается один раз в году при составлении энергетического паспорта котлоагрегата.

Расчет потерь выполняют по формулам:

Или

Для котла №2 ТЭЦ МЭИ следует принять q₃=0,05%, q₅^ном = 1%, D_пе^ном = 13,9 кг/с (50 т/ч).

Для расчета потерь теплоты с уходящими газами необходимы значения энтальпий дымовых газов, уходящих из котла (Н_ух) и воздуха, поступающего в котел (Н^о_в), определение которых может быть выполнено согласно общепринятой методике:

Здесь: Н⁰_г.ух и Н⁰_в.ух – энтальпии дымовых газов и уходящего воздуха при α=1 и температуре 𝞗_ух, ⁰С.

При выполнении данной работы расчет энтальпии дымовых газов и воздуха осуществляется с использованием метода приведенных характеристик, так как для газообразного топлива этот метод дает достаточную точность:

Расчет энтальпии уходящих газов выполняется для реального коэффициента избытка воздуха. Напомним, что из лабораторной работы №3