"Тепловой баланс котельной установки"

ОГАПОУ « Белгородский индустриальный колледж» МДК 01.01 Эксплуатация теплотехнического оборудования и систем тепло и топливоснабжения

Тема занятия:

Тепловой баланс котельного агрегата

Кобченко А.В.

Белгород, 2018

Целями составления теплового баланса котельного агрегата являются: - определение значений всех приходных и расходных статей баланса; - расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата; - анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

В соответствии с законом сохранения энергии должно соблюдаться равенство прихода и расхода теплоты в котельном агрегате, т. е.

Q прих = Q расх

Поступившую в котельный агрегат теплоту называют располагаемой теплотой и обозначают Q р . В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде уравнения:

Q прих = Q Р н + Q ф. т + Q ф.в + Q пар ,

• где Q р н - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг ,МДж/м 2 для газа; Q ф.т. – физическая теплота топлива; Q ф.в – физическая теплота воздуха; Q пар – теплота, вносимая паром.

Физическая теплота топлива Q ф.т. определяется по формуле:

Q ф.т = c т ∆t т

где с т – удельная теплоемкость топлива, МДж/(кг .о С) или МДж/(м . о С);

∆ t т - температура нагрева топлива, о С.

Теплота Q пар , вносимая в топку котла при паровом распыле мазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения горения в случае слоевого сжигания антрацита, определяется :

Q пар =G п (h п -2, 51),

где G п – расход пара на 1 кг топлива, кг, при паровом расплывании мазута G п =0,3…0,35, кг/кг топлива, при сжигании антрацита и подаче пара под решетку G п = 0,2…0,4 кг/кг топлива;

h п - энтальпия пара, МДж/кг; 2,51 – примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q пол , затраченную на выработку пара (или горячей воды), и различные потери Σ Q потерь , т.е.

Q расх =Q пол + Σ Q потерь

Или

Q расх = Q p =Q пол +Q у.г +Q х.н +Q м.н +Q н.о + +Q ф.ш +Q охл  Q акк ,

Q p Р =Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 +Q 6

где Q p Р - рабочая располагаемая теплота котельного агрегата;

Q пол или Q 1 - полезно используемая теплота;

Q у.г или Q 2 – потери теплоты с уходящими газами;

Q х.н или Q 3 –потери теплоты от химической неполноты с горания;

Q м.н или Q 4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q н.о или Q 5 - потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q ф.ш или Q 6 - потери теплоты с физической теплотой шлаков;

Q охл - потери теплоты с охлажденными элементами, не включенными в циркуляционную систему котла;

Q акк - расход (знак «+») или приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла.

Тепловой баланс котельной установки

Если обе части приведенного уравнения баланса умножить на 100% и разделить на Q р p , то получим при установившемся тепловом режиме котла

100 Qp / Qp = Qпол / Qp 100+ Qу.г / Qp 100+ Qх.н / Qp 100+

+ Qм.н / Qp 100+ Qн.о / Qp 100+ Qф.ш / Qp 100+ Q охл / Qp 100

или

100=q пол + q у.г + q х.н + q м.н + q н.о + q ф.ш + q охл ,

где q i =Qi/Q p р 100- слагаемые расходной части теплового баланса, %.

Полезно используемая теплота для производства пара

Количество полезно используемой теплоты, кДж/кг, вычисляется по формуле:

Q пол =(D (h п.п –h п.в ) + D вт.пер (h  вт.пер -h  вт.пер ) +D пр (h к.в -h п.в ))/B,

где D, D вт. пер , D пр – соответственно расход перегретого пара, расход пара на вторичный перегрев, расход котловой воды на продувку, кг/с; h п.п , h п.в , h  вт.пер , h  вт.пер – энтальпия соответственно перегретого пара питательной воды, кипящей воды в барабане котла, пара на входе и выходе из вторичного пароперегревателя, кДж/кг; B - расход топлива, кг/с.

Потери теплоты с уходящими газами

Для расчета Q у.г используют формулу:

Q у.г = H у.г - α у.г H о х.в.

H у.г ,H о х.в – энтальпии соответственно уходящих газов и теоретически необходимого холодного воздуха, МДж/кг (МДж/м 3 ).

Наибольшее внимание для снижения этих потерь следует уделять уменьшению коэффициента избытка воздуха α у.г в уходящих газах, который зависит от коэффициента избытка воздуха в топке α т и балластного воздуха α подс за счет его подсосов в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением:

α у.г = α т +∆ α подс .

Потери теплоты от химической неполноты сгорания

При достаточном для полного сгорания топливе количестве воздуха и хорошем смесеобразовании уровень потерь q х.н зависит от объемной плотности тепловыделения, МВт/м 3 , в топке

q v =BQ p H / V T ,

где B - расход топлива, кг/с; Q p н - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг; V т - объем топки, м 3 .

Для современных котлов потери теплоты по причине химической неполноты сгорания составляют:

при камерном сжигании q х.н = 0…0,5% при q v = 0,15…0,3МВт/м 3 ;

при слоевом сжигании q х.н = 0,5…2% при q v =0,23…0,45 МВт/м 3

Потери теплоты от химической неполноты сгорания рассчитываются по формуле

Q х.н =V CO Q CO + V Н2 Q Н2 +Q СН4 V СН4 ,

где V СО , V СН2 , V СН4 – объемы горячих газов СО, СН 4 , Н 2 в продуктах сгорания топлива, м 3 /кг (м 3 /м 3 );

Q CO , Н 2 и СН 4 - теплота сгорания соответственно СО, Н 2 и СН 4 , МДж/м 3 .

Q СО = 12,64 МДж/м 3 ; Q Н2 =10,79 МДж/м 3 ; Q СН4 = 35,82 МДж/м 3 .

Используемые источники:

Котельные установки и их эксплуатация Б.А.Соколов - М: «Академия», 2008г.