Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

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

Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата:

где – располагаемая теплота, ;

– полезно использованная теплота, ;

Суммарные потери, ;

– потери теплоты с уходящими газами, ;

– потери теплоты от химического недожога, ;

– потери теплоты от механической неполноты сгорания, ;

– потери теплоты в окружающую среду, ;

– потери теплоты с физической теплотой шлаков .

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (38) является суммой следующих величин:

где – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 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 воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;

– теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);

– физическая теплота 1 топлива.

Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (39) принимает вид:

Коэффициентом полезного действия водогрейного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку горячей воды, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.

В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – коммерческую экономичность. КПД-брутто котельного агрегата определяется по уравнению прямого баланса:

где – относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:

– потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %

6.1.4 Расчет количества топлива, сжигаемого в котельном агрегате

Общий расчет топлива, подаваемого в топку котельного агрегата:

где – расход воды через котельный агрегат, кг/с;

– энтальпия горячей и холодной воды (на выходе и входе водогрейного котла) , кДж/кг

Таким образом,

Список использованных источников

1. Строительная климатология. СНиП 23-01-99.

2. Котельные установки. СНиП II-35-76.

3. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите. ТСН 23-341-2002 Рязанской области Администрация Рязанской области г. Рязань – 2002.

4. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-86.

5. Тепловой расчет котельных установок. Методические указания для выполнения расчетной работы №1. Мордовский государственный университет им.Н.П.Орагева. Саранск, 2005.

6. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. Для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.

7. Выбор и расчет теплообменников. Учебное пособие. Пензенский государственный университет. Пенза, 2001.

8. Роддатис К.Ф. Котельные установки. Учебное пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. – М.: «Энергия», 1977.

9. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

10. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я.. Производственные и отопительные котельные 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

11. Справочник эксплуатационника газифицированных котельных. Л.Я.Порецкий, Р.Р.Рыбаков, Е.Б.Столпнер и др. – 2-е изд., перераб. и доб. - Л.: Недра,1988.

12. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 – М.: Издательство МЭИ. 1999.

13. Сайт компании «Виссманн» www.viessmann.ru

14. Сайт компании «Grundfos» www.grundfos.ru

15. Сайт компании «Ридан» www.ridan.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 – Единицы измерения энергии

Таблица А.2 –Характеристика некоторых видов топлива

Таблица 1- Климатические параметры холодного периода года

Примечание - Абсолютная минимальная температура воздуха выбрана из ряда наблюдений за период 1881-1985 гг.; в СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" абсолютная минимальная температура воздуха для отдельных пунктов определялась методом приведения.

Тепловой баланс парового котла. КПД котла

Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в теплогенераторе, составляет его тепловой баланс. Целями составления теплового баланса котельного агрегата является определение всех приходных и расходных статей баланса; расчёт КПД котельного агрегата, анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие тепловых потерь.

В соответствии с законом сохранения энергии между приходом и расходом теплоты в котельном агрегате должно существовать равенство, т. е.

Для котельных установок тепловой баланс составляют на 1кг твёрдого или жидкого топлива или 1м 3 газа, находящегося при нормальных условиях (). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м 3 для газообразного и МДж/кг для твёрдого и жидкого топлива.

Поступившая в котельный агрегат теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой, её обозначают .В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

где низшая теплота сгорания твёрдого или жидкого топлива на рабочую массу, МДж/кг;

Низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м 3 ;

Физическая теплота топлива;

Физическая теплота воздуха;

Теплота, вносимая в топку котла с паром.

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. В расчётах принимается низшая рабочая теплота сгорания в том случае, если температура продуктов сгорания, покидающих котёл, выше температуры конденсации водяного пара (обычно t г = 110…120 0 С). При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, расчёты следует выполнять с учётом высшей теплоты сгорания топлива

Физическая теплота топлива равна:

где с т – удельная теплоёмкость топлива, для мазута и для газа;

t т – температура топлива, 0 С.

При поступлении в котёл твёрдое топливо имеет обычно малую температуру, приближающуюся к нулю, поэтому Q ф.т. невелика по значению, и ей можно пренебречь.

Мазут (жидкое топливо) для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80…120 0 С, поэтому его физическая теплота учитывается при выполнении расчётов. При этом теплоёмкость мазута может быть определена по формуле:

Учёт Q ф.т. проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200…300 0 С). При сжигании газообразного топлива с высокой теплотой сгорания (например, природного газа) имеет место, повышенное соотношение массы воздуха и газа (примерно 10 1). В этом случае топливо – газ обычно не подогревают.

Физическая теплота воздуха Q ф.в. учитывается лишь при подогреве его вне котла за счёт постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нём дополнительного топлива). В этом случае теплота, внесённая воздухом равна:

где отношение количества воздуха на входе в котёл (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому;

Энтальпия теоретически необходимого подогретого перед воздушным подогревателем воздуха, :

,

здесь температура подогретого воздуха перед воздухоподогревателем котельного агрегата, 0 С;

Энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха, :

Теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распылении мазута учитывается в виде формулы:

где G п – расход пара, кг на 1 кг топлива (при паровом распыливании мазута G п = 0,3…0,35 кг/кг);

h п – энтальпия пара, МДж/кг;

2,51 –примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

При отсутствии подогрева топлива и воздуха от посторонних источников располагаемая теплота будет равна:

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q пол в котельном агрегате, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери , т.е.

где Q у.г. – потери теплоты с уходящими газами;

Q х.н. , Q м.н. – потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива;

Q н.о. – потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q ф.ш. – потеря с физической теплотой шлаков;

Q акк. – расход (знак «+») и приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q акк. = 0.

Итак общее уравнение теплового баланса котельного агрегата при установившемся тепловом режиме можно записать в виде:

Если обе части представленного уравнения разделить на и умножить на 100%, то получим:

где слагаемые расходной части теплового баланса, %.

3.1 Потери теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов покидающих котёл при температуре t у.г. , превышает физическую теплоту поступающих в котёл воздуха α у.г. и топлива с т t т. Разница между энтальпией уходящих газов и теплотой, поступившей в котёл с воздухом из окружающей среды α у.г. , представляет собой потерю теплоты с уходящими газами, МДж/кг или (МДж/м 3):

.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5…12% располагаемой теплоты топлива. Эти потери теплоты зависят от температуры, объёма и состава продуктов сгорания, которые, в свою очередь, зависит от балластных составляющих топлива:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при α = 1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нём балластных составляющих (влаги W р и золы А р для твердого и жидкого топлива, азота N 2 , диоксида углерода СО 2 и кислорода О 2 для газообразного топлива). С увеличением содержания в топливе балластных составляющих, и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разряжением:

Возможность уменьшения α , зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок и толочного устройства. При благоприятных условиях смешения топлива и воздуха избыток воздуха , необходимый для горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха принимают 1,1, при сжигании мазута =1,1…1,15.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в пределе могут быть сведены нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и гляделок затруднено и практически =0,15..0,3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q у.г. приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Другим важнейшим фактором, влияющим на величину Q у.г., является температура уходящих газов t у.г. . Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности нагрева требуется для охлаждения продуктов сгорания.

Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q у.г. и, следовательно, к дополнительным затратам топлива на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура t у.г. определяется на основе технико-экономических расчётов при сопоставлении готовых капитальных затрат на сооружение поверхности нагрева и затрат на топливо (рис.3.).

Кроме того, при работе котла поверхности нагрева могут загрязняться сажей и золой топлива. Это приводит к ухудшению теплообмена продуктов сгорания с поверхностью нагрева. При этом для сохранения заданной паропроизводительности приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

3.2Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих – СО, H 2 , СH 4 , C m H n и др. догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

· общий недостаток количества воздуха;

· плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях горения топлива;

· низкая температура в топочной камере, особенно в зоне догорания топлива;

· недостаточное время пребывания топлива в пределах топочной камеры, в течении которого химическая реакция горения не может завершиться полностью.

При достаточном для полного сгорания топлива количестве воздуха и хорошем смесеобразовании потери зависят от объёмной плотности тепловыделения в топке, МВт/м 3:

Где В – расход топлива, кг/с;

V т – объём топки, м 3 .

Рис. 14.9 Зависимость потери теплоты от химической неполноты сгорания q х.н , %, от объемной плотности тепловыделения в топке q v , МВт/м 3 .

Характер зависимости представлен на рис.4. . В области низких значений (левая часть кривой), т.е. при малых расходах топлива В, потери увеличиваются в связи со снижением температурного уровня в топочной камере. Увеличение объёмной плотности тепловыделения (с увеличением расхода топлива) приводит к повышению температурного уровня в топке и снижению

Однако по достижении определённого уровня при дальнейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) потери вновь начинают возрастать, что связано с уменьшением времени пребывания газов в объёме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение , при котором потери минимальны, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от химической неполноты сгорания составляет 0…2% при .

При обработке материалов испытания котельной установки потерю теплоты от химической неполноты сгорания определяют по формуле:

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

Коэффициентом полезного действия котельного агрегата называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте котельного агрегата. Однако не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учётом этого различают КПД котельного агрегата по выработанной теплоте (КПД – брутто) и по отпущенной теплоте (КПД – нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

Итак, КПД – брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД – нетто – коммерческую экономичность.

КПД – брутто котельного агрегата можно определить или по уравнению прямого баланса или по уравнению обратного баланса.

По уравнению прямого баланса:

Например, при производстве водяного пара полезно используемая теплота равна (см. 2 вопрос ) :

Тогда

Из представленного выражения можно получить формулу для определения необходимого расхода топлива, кг/с (м 3 /с):

По уравнению обратного баланса:

Определение КПД – брутто по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчётности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса – при испытании котельных агрегатов. Вычисление КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

Существует 2 метода определения КПД:

По прямому балансу;

По обратному балансу.

Определение КПД котла как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте топлива – это определение его по прямому балансу:

КПД котла можно определить и по обратному балансу – через тепловые потери. Для установившегося теплового состояния получаем

. (4.2)

КПД котла, определяемый по формулам (1) или (2), не учитывает электрической энергии и теплоты на собственные нужды. Такой КПД котла называют КПД брутто и обозначают или .

Если потребление энергии в единицу времени на указанное вспомогательное оборудование составляет , МДж, а удельные затраты топлива на выработку электроэнергии в, кг/МДж, то КПД котельной установки с учетом потребления энергии вспомогательным оборудованием (КПД нетто), %,

. (4.3)

Иногда называют энергетическим КПД котельной установки.

Для котельных установок промышленных предприятий затраты энергии на собственные нужды составляют около 4% вырабатываемой энергии.

Расход топлива определяется:

Определение расхода топлива связано с большой погрешностью, поэтому КПД по прямому балансу характеризуется низкой точностью. Данный метод используется для испытаний существующего котла.

Метод по обратному балансу характеризуется большей точностью, используется при эксплуатации и проектировании котла. При этом Q 3 и Q 4 определяется по рекомендации и из справочников. Q 5 определяется по графику. Q 6 – рассчитывается (редко учитывается), и по существу определение по обратному балансу сводится к определению Q 2 , которое зависит от температуры уходящих газов.

КПД брутто зависит от типа и мощности котла, т.е. производительности, вида сжигаемого топлива, конструкции топки. На КПД влияет также режим работы котла и чистота поверхностей нагрева.

При наличии механического недожога часть топлива не сгорает (q 4), а значит не расходует воздуха, не образует продуктов сгорания и не выделяет теплоты, поэтому при расчете котла пользуются расчетным расходом топлива

. (4.5)

КПД брутто учитывает только тепловые потери.

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ В КОТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ

5.1 Потеря теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами Q у.г возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха и топлива.

Если пренебречь малым значением энтальпии топлива, а также теплотой золы, содержащейся в уходящих газах, потеря теплоты с уходящими газами, МДж/кг, подсчитывается по формуле:

Q 2 = J ч.г - J в; (5.8)

где – энтальпия холодного воздуха при a=1;

100-q 4 – доля сгоревшего топлива;

a у.г – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Если температура окружающей среды равна нулю (t х.в =0), то потеря теплоты с уходящими газами равна энтальпии уходящих газов Q у.г =J у.г.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5-12 % располагаемой теплоты топлива, и определяется объемом и составом продуктов сгорания, существенно зависящих от балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при a=1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нем балластных составляющих:

– для твердого и жидкого топлива: влаги W Р и золы А Р;

– для газообразного топлива: N 2 , CO 2 , O 2 .

C увеличением содержания в топливе балластных составляющих и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах a у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке a Т и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением

a у.г = a Т + Da . (5.10)

В котлах, работающих под давлением, присосы воздуха отсутствуют.

С уменьшением a Т потеря теплоты Q у.г снижается, однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери – от химической неполноты сгорания Q 3 .

Оптимальное значение a Т выбирается с учетом достижения минимального значения q у.г + q 3 .

Уменьшение a Т зависит от рода сжигаемого топлива и типа топочного устройства. При более благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха a Т, необходимый для достижения наиболее полного горения, может быть уменьшен.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q у.г приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Важнейшим фактором, влияющим на Q у.г, является температура уходящих газов t у.г. Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздухоподогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и соответственно меньше температурный напор Dt между газами и нагреваемым рабочим телом, тем большая площадь поверхности Н требуется для такого же охлаждения газа. Повышение t у.г приводит к увеличению потери с Q у.г и к дополнительным затратам топлива DB. В связи с этим оптимальная t у.г определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых затрат для теплоиспользующих элементов и топлива для различных значений t х.г.

На рис.4 можно выделить область температур (от до ), в которой расчетные затраты отличаются незначительно. Это дает основание для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры , при которой начальные капитальные затраты будут меньше.

Существуют ограничительные факторы при выборе оптимальной :

а) низкотемпературная коррозия хвостовых поверхностей;

б) при 0 C возможна конденсации водяных паров и соединение их с окислами серы;

в) выбор зависит от температуры питательной воды, температуры воздуха на входе в воздушный подогреватель и других факторов;

г) загрязнение поверхности нагрева. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи и к повышению .

При определении потери теплоты с уходящими газами учитывают уменьшение объема газов

. (5.11)

5.2 Потеря теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания Q 3 возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры котла и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих CO, H 2 , CH 4 , C m H n … Догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Химическая неполнота сгорания топлива может явиться следствием:

– общего недостатка воздуха;

– плохого смесеобразования;

– малых размеров топочной камеры;

– низкой температуры в топочной камере;

– высокой температуры.

При достаточном для полного сгорания топлива качестве воздуха и хорошем смесеобразовании q 3 зависит от объемной плотности тепловыделения в топке

Оптимальное отношение , при котором потеря q 3 имеет минимальное значение, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от q 3 составляет 0÷2 % при q v =0,1÷0,3 МВт/м 3 .

Для снижения потери теплоты от q 3 в топочной камере стремятся повысить температурный уровень, применяя, в частности, подогрев воздуха, а также всемерно улучшая перемешивание компонентов горения.

Коэффициент полезного действия котла брутто характеризует эффективность использования поступившей в котел теплоты и не учитывает затрат электрической энергии на привод дутьевых вентиляторов, дымососов, питательных насосов и другого оборудования. При работе на газе

h бр к = 100 × Q 1 / Q c н. (11.1)

Затраты энергии на собственные нужды котельной установки учитываются КПД котла нетто

h н к = h бр к – q т – q э, (11.2)

где q т, q э – относительные расходы на собственные нужды теплоты и электроэнергии, соответственно. К расходам теплоты на собственные нужды относят потери теплоты с продувкой, на обдувку экранов, распыливание мазута и т.д.

Основными среди них являются потери теплоты с продувкой

q т = G пр × (h к.в – h п.в) / (В × Q c н) .

Относительный расход электроэнергии на собственные нужды

q эл = 100 × (N п.н /h п.н + N д.в /h д.в + N д.с /h д.с)/(B × Q c н) ,

где N п.н, N д.в, N д.с – расходы электрической энергии на привод питательных насосов, дутьевых вентиляторов и дымососов, соответственно; h п.н, h д.в, h д.с - КПД питательных насосов, дутьевых вентиляторов и дымососов соответственно.

11.3. Методика выполнения лабораторной работы
и обработки результатов

Балансовые испытания в лабораторной работе проводятся для стационарного режима работы котла при выполнении следующих обязательных условий:

Продолжительность работы котельной установки от растопки до начала испытаний – не менее 36 ч,

Продолжительность выдерживания испытательной нагрузки непосредственно перед испытанием – 3 ч,

Допустимые колебания нагрузки в перерыве между двумя соседними опытами не должны превышать ±10%.

Измерение величин параметров производятся с помощью штатных приборов, установленных на щите котла. Все измерения должны производиться одновременно не менее 3-х раз с интервалом 15-20 мин. Если результаты двух одноименных опытов различаются не более, чем на ±5%, то в качестве результата измерения берется их среднее арифметическое. При большем относительном расхождении используется результат измерения в третьем, контрольном опыте.

Результаты измерений и расчетов записывают в протокол, форма которого приведена в табл. 26.

Таблица 26

Определение потерь теплоты котлом

Окончание табл. 26

Таблица 27

КПД котла брутто и нетто

Анализ результатов лабораторной работы

Полученное в результате выполнения работы значение h бр к по методу прямого и обратного балансов необходимо сравнить с паспортной величиной, равной 92,1%.

Анализируя влияние на КПД котла величины потерь теплоты с уходящими газами Q 2 , необходимо отметить, что повышение КПД может быть обеспечено снижением температуры уходящих газов и уменьшением избытка воздуха в котле. Вместе с тем, снижение температуры газов до температуры точки росы приведет к конденсации водяных паров и низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева. Снижение величины коэффициента избытка воздуха в топке может привести к недожогу топлива и увеличению потерь Q 3 . Поэтому температура и избыток воздуха должны быть не ниже некоторых значений.

Затем необходимо проанализировать влияние на экономичность работы котла его нагрузки, с ростом которой увеличиваются потери с уходящими газами и снижаются потери Q 3 и Q 5 .

В отчете по лабораторной работе должно быть сделано заключение об уровне экономичности котла.

Контрольные вопросы

1. По каким показателям работы котла может быть сделано заключение об экономичности его работы?
2. Что такое тепловой баланс котла? Какими методами он может составляться?
3. Что понимается под КПД котла брутто и нетто?
4. Какие потери теплоты увеличиваются при работе котла?
5. Каким образом можно увеличить q 2 ?
6. Какие параметры оказывают существенное влияние на величину КПД котла?

Ключевые слова: тепловой баланс котла, КПД котла брутто и нетто, коррозия поверхностей нагрева, коэффициент избытка воздуха, нагрузка котла, потери теплоты, уходящие газы, химическая неполнота сгорания топлива, экономичность работы котла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения лабораторного практикума по курсу котельных установок и парогенераторов студенты знакомятся с методами определения теплоты сгорания жидкого топлива, влажности, выхода летучих и зольности твердого топлива, конструкцией парового котла ДЕ-10-14ГМ и экспериментальным путём исследуют происходящие в нём тепловые процессы.

Будущие специалисты изучают методики испытаний котельного оборудования и получают необходимые практические навыки, необходимые при определении тепловых характеристик топки, составлении теплового баланса котла, измерении его КПД, а также составлении солевого баланса котла и определении величины оптимальной продувки.

Библиографический список

1. Хлебников В.А. Испытания оборудования котельной установки:
Лабораторный практикум. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005.

2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98. – М.: Изд-во МЭИ, 1999.

5. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005.

6. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Третьяков Ю.М., Смирнов О.К. Испытания оборудования котельного отделения ТЭЦ МЭИ. Лабораторный практикум: Учебное пособие по курсу «Котельные установки и парогенераторы». – М.: Изд-во МЭИ, 2000.

7. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности/Под ред. К.Ф.Роддатиса. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Янкелевич В.И. Наладка газомазутных промышленных котельных. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Лабораторные работы по курсам «Теплогенерирующие процессы и установки», «Котельные установки промышленных предприятий»/ Сост. Л.М.Любимова, Л.Н.Сидельковский, Д.Л.Славин, Б.А.Соколов и др./ Под ред. Л.Н.Сидельковского. – М.: Изд-во МЭИ, 1998.

10. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод)/Под ред. Н.В.Кузнецова. – М.:Энергия, 1973.

11. СНиП 2.04.14-88. Котельные установки/Госстрой России. – М.: ЦИТП Госстроя России, 1988.

Учебное издание

ХЛЕБНИКОВ Валерий Алексеевич

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Лабораторный практикум

Редактор А.С. Емельянова

Компьютерный набор В.В.Хлебников

Компьютерная верстка В.В.Хлебников

Подписано в печать 16.02.08. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл.п.л. 4,4. Уч.изд.л. 3,5. Тираж 80 экз.

Заказ № 3793. С – 32

Марийский государственный технический университет

424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Редакционно-издательский центр

Марийского государственного технического университета

424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

В 2020 г. планируется выработать 1720-1820 млн. Гкал.

Миллиграмм-эквивалентом называется количество вещества в миллиграммах, численно равное отношению его молекулярной массы к валентности в данном соединении.

Курсовая работа

на тему: «Определение КПД котельного агрегата нетто»

Задание на курсовую работу (проект)

1. Определение КПД котельного агрегата брутто
по данным испытаний

Коэффициент полезного действия котельного агрегата брутто определяется по обратному балансу, %.

а) Потери тепла от механического недожога определяются по формуле , %

где
=0,1% – зольность топлива на рабочую массу;

– доля золы топлива в шлаке и провале;

– доля золы топлива в уносе;

- содержание горючих в шлаке;

-содержание горючих в уносе;

Для мазута
;

– располагаемое тепло на 1 кг твердого или жидкого топлива, кДж/кг

Для технических расчетов определяется как
=38799,4+209,34=39008,74 кДж/кг

где
=38799,4 кДж/кг – низшая теплота сгорания топлива

– физическое тепло топлива, кДж/кг,

=2,326*90=209,34 кДж/кг,

где
– теплоемкость топлива

– температура топлива, о С.

=
кДж/кгּК

где
=3,0% – влажность топлива на рабочую массу

– теплоемкость сухой массы топлива, Дж/кгּК.

Теплоемкость мазута при температуре t определяется

при t1,89+0,0053t, кДж/кгּК

при t1,3+0,0112t, кДж/кгּК

Температура подогретого мазута принимается равной

Следовательно, при
,
1,89+0,0053*90=2,367 кДж/кгּК

б) Потери тепла с уходящими газами определяется, %

= %

где = 39008,74 – кДж/кг – располагаемое тепло на 1 кг твердого топлива,

- энтальпия уходящих газов при соответствующем коэффициенте избытка воздуха
и температуре
, кДж/кг,

2620,47 + (1,3167–1)*2321,97 = 3355,84 кДж/кг

Значения = 2620,47 кДж/кг, = 2321,97 кДж/кг

КДж/кг кДж/кг

=1,1667+0,15=1,3167 кДж/кг

где
;

=
– коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

=3,0% – содержание кислорода на выходе из топки

=

кДж/кг

в) Потери тепла от химического недожога, %

,
,
- содержание в уходящих газах продуктов неполного сгорания топлива, %

где – объем сухих газов

=14,296–1,408=12,888 м 3 /кг

где - объем дымовых газов

1,563+8,09+1,408+(1,3167–1)*10,214=14,296 м 3 /кг

где
- объем трехатомных газов

0,0186*(83,0+0,375*2,8)=1,563м 3 /кг

где теоретический объем азота

0,79*10,214+0,08*0,3=8,09 м 3 /кг

где
– теоретически необходимый для полного сгорания топлива объем воздуха,

0,0889 (83,0+0,375*2,8)+0,265*10,4–0,0333*0,4=10,214 м 3 /кг

где
– объем водяных паров

1,356+0,016 (1,3167–1)*10,214=1,408 м 3 /кг

где
– теоретический объем водяных паров

0,111*10,4+0,0124*3,0+0,0161*10,214=1,356 м 3 /кг

г) Потери тепла от наружного охлаждения q 5 определяем по рис. 1.

Рис. 1. Потери тепла от наружного охлаждения

1 – котельный агрегат (с хвостовыми поверхностями); 2 – собственно котел (без хвостовых поверхностей).

д) Потери с физическим теплом шлаков для твердого топлива, %

Для мазута

Коэффициент полезного действия котельного агрегата брутто

100 – (5,186+0,596+0,02+0,65+0)=93,548%

2. Определяем часовой расход топлива, подаваемого в топку котельного агрегата, кг/ч

=
кг/ч =3,8 кг/с

где - тепло полезно-использованное в котельном агрегате

160000 (3476,9–924,24)+0,05*160000 (1491,3–924,24)=499155200 кДж/час

где =160000 кг/час – паропроизводительность котельного агрегата

– величина непрерывной продувки, принимаем
;

=1491,3 кДж/кг – энтальпия продувочной воды

=3476,9 кДж/кг-энтальпия перегретого пара

=924,24 кДж/кг – энтальпия питательной воды

Энтальпия перегретого пара i 0 определяется по давлению Р 0 =10 МПа и температуре t 0 =540С

Энтальпия питательной воды определяется по температуре питательной воды =215 о С и давлению
=13 МПа.

Для барабанных котельных агрегатов
=1,3*10=13 МПа

Энтальпия продувочной воды определяется по давлению в барабане
=1,2*10=12 МПа

3. Определение удельного расхода условного топлива на выработанный ГДж (Гкал) тепла

Удельный расход условного топлива на выработанный ГДж (Гкал) тепла определяется по формуле:

где – расход условного топлива, кгут/ч:

где – теплотворная способность топлива, кДж/кг;

– тепло полезно использованное в котельном агрегате, кДж/ч.

4. Температура точки росы определяется по формуле:

где
=

– приведенная сернистость в рабочей массе топлива

- температура, при которой происходит конденсация водяных паров, находящихся в составе дымовых газов, 0 С.

Парциальное давление водяных паров:

=
атм=0,0098 МПа

5. Определение мощности электродвигателя тягодутьевых машин (дутьевого вентилятора и дымососа)

Мощность электродвигателя дутьевого вентилятора и дымососа определяется по формуле, кВт

где = 1,2 – коэффициент запаса мощности;

68% – коэффициент полезного действия электродвигателя;

Q – расчетная подача тягодутьевой машины, м 3 /c.

– напор, развиваемый тягодутьевой машиной.

а) Расчетная подача дутьевого вентилятора

1,1*3,799*10,214 (1,1667–0,02+0,03–0,03)
65,87 м 3 /с

где
- коэффициент запаса;

=718*13,6*9,8=95695 Па – барометрическое давление

- расчетный расход топлива

= 3,8 (1–0,01*0,02)=3,799 кг/с

=1,1667 – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

=0,02,
=0,03,
=0,03 – присосы воздуха в газоходах котельного агрегата

Напор дутьевого вентилятора
1,6кПа

=

б) Расчетная подача дымососа

где = 1,1 – коэффициент запаса;

- коэффициент избытка воздуха за дымососом

Для мазута

- температура дымовых газов за дымососом

Для мазута

Напор дымососа
1,4кПа

=
238,3 кВт

6. Определяем мощность электродвигателя питательного насоса

Расчетная подача питательного насоса

=1,2*
0,053 м 3 /с

где =44,44 – паропроизводительность котельного агрегата

1,2 – коэффициент запаса по производительности котельного агрегата

ρ – плотность воды, кг/м 3 ,
=833,33 кг/
; =0,0012/кг

Мощность электродвигателя питательного насоса, КВт:

=
=861,25 КВт

=13 МПа. – напор питательного насоса.

7. КПД котельного агрегата нетто
, который учитывает затраты электроэнергии на собственные нужды определяется по формуле:

=
%

где В=3,8 кг/с=13,68 т/ч – расход топлива

Q 1 =138654,2 Дж/с – тепло полезно использованное в котельном агрегате

W сн – расход электроэнергии на собственный нужды в котельном цехе

W сн = N дв + N дс + N пн + W р + W пл +W зу = 186+238,3+861,25=1285,55 кВт

где N дв =186 кВт – мощность дутьевого вентилятора;

N дс =238,3 кВт – мощность дымососа;

N пн =861,25 кВт – мощность питательного насоса;

8. Определим на сколько не точно определен расход топлива, подаваемого в топку котельного агрегата, если термопара показывает температуру острого пара (t o ) за котлом на 10 0 С выше

По условию задания изменим температуру острого пара:), точки измерения давления (Р), разряжения (S), отбора проб топлива (ОПТ), уноса (ОПУ), золы (ОПЗ) и т.д. и т.п.

Рис. 2. Типовая схема размещения точек измерений при балансовых испытаниях барабанного газомазутного котла:

Q рц – расход газообразных продуктов сгорания на рециркуляцию; G np – расход продувочной воды, С с – солесодержание питательной, котловой воды и насыщенного пара; К ф – калорифер; ДРГ – дымосос рециркуляции газов; t в, t пв, t п, t вп – температура воздуха, питательной воды, пара, воды на впрыск; υ – температура газообразных продуктов сгорания; р – давление; s – разряжение; Q – расход воздуха; G пв, G вп, D п – расходы питательной воды, воды на впрыск и свежего пара; R x – анализ газов; ОПТ, ОПУ – отборы проб топлива, уноса; Э сн – расход электроэнергии на собственные нужды; Д – дымосос; ДВ – дутьевой вентилятор.

Список литературы

Трембовля В.И., Фигнер Е.Я., Авдеева А.А. Тепломеханические испытания котельных установок. – М.: Энергия, 1991. -416 с.

Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / Под. ред. А.В. Кузнецова и др. – М.: Энергия, 1973. – 296 с.

Парилов В.А., Ушаков С.Г. Испытания и наладка паровых котлов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 320 с.

Кемельман Д.Н., Эскин Н.Б. Наладка котельных установок. Справочник. – М.: Энергоатомиздат. 1989. -320 с.

Справочное пособие теплоэнергетика электрических станций./ Под. ред. А.М. Леонкова, Б.В. Яковлева. – Минск, Беларусь, 1974. – 368 с.

1. Перевод на природный газ котла ДКВР 20/13 котельной Речицкого пивзавода

   Дипломная работа >> Физика

   Теплового баланса котельного агрегата служит для определения часового расхода топлива на котельный агрегат . В настоящем разделе... и т. п. К экономическим показателям работы котельной установки относятся КПД брутто и нетто , удельный расход условного топлива...

2. Общая энергетика. Энергетические ресурсы земли и их использование

   Книга >> Промышленность, производство

   Ее под определенным давлением (см. т.4 на рис. 2.1) в нагревательные трубы котельного агрегата КА. В... расхода на собственные нужды) и КПД КЭС нетто (с учётом расходов на собственные... турбиной, МПа 4,32 5,88 6,46 КПД (нетто ), % 29,7 31,7 31,3 Реакторы с...

3. Индивидуальное задание по изучению оборудования и процессов теплоэнергетических установок

   Реферат >> Физика

   Работающего на неперегретом паре. 2. Определение КПД котла Мгновенный КПД котла – это соотношение полезной... степень его технического совершенства, а КПД -нетто - коммерческую экономичность. Для котельного агрегата