Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса котельного агрегата определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, который является важнейшей характеристикой энергетической эффективности работы котла.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревание воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Тепловой баланс котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты и суммой использованной теплоты и тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м³ газа. Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Q_р/^р = Q₁ + ∑Q_n

или

Q_p/^p= Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ (19.3)

Где Q_р/^р - теплота, которой располагают; Q₁ - использованная теплота; ∑Q_n - общие потери; Q₂ - потери теплоты с уходящими газами; Q₃ - потери теплоты от химического недожога; Q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ - потери теплоты в окружающую среду; Q₆ - потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Q_p/^p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ = 100% (19.4)

В уравнении (19.4) величина q₁ представляет собой коэффициент полезного действия установки "брутто". Он не учитывает затраты энергии на обслуживание котельной установки: привод дымососов, вентиляторов, питательных насосов и прочие расходы. Коэффициент полезного действия "нетто" меньше КПД "брутто", так как он учитывает затраты энергии на собственные нужды установки.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (19.3) является суммой следующих величин:

Q^p/_p = Q^p/_н + Q_в.вн + Q_пар+ Q_физ.т (19.5)

где Q_B.BH - теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива. Эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухоподогревателе, то эта теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата; Q_пap - теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг топлива; Q_физ.т - физическая теплота 1 кг или 1 м³ топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству

Q_В.BH = β V₀С_р (Т_г.вз - Т_х.вз)

где β - отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р - средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха; при температуре воздуха до 600 К можно считать с_р = 1,33 кДж/(м³К); Т_г.вз - температура нагретого воздуха, К; Т_х.вз - температура холодного воздуха, принимаемая обычно равной 300 К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

Q_пар = W_ф( i_ф - r )

где W_ф - расход форсуночного пара, равный 0,3 - 0,4 кг/кг; i_ф - энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r - теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

Q_физ.т - с_т (Т_т - 273),

где с_т - теплоемкость топлива, кДж/(кгК); Т_т - температура топлива, К.

Значение величины Q_{физ. т} обычно незначительно и в расчетах учитывается редко. Исключением являются мазут и низкокалорийный горючий газ, для которых значение Q_физ.т существенно и должно обязательно учитываться.

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q_p/_р = Q^р/_н.