Уравнение теплового баланса

Расход сжигаемого топлива должен обеспечивать получение необходимого количество полезной теплоты, а также восполнение тепловых потерь, сопровождающих работу котельной установки. Полезно используемая теплота в котельной установке Q₁ идет на подогрев воды, ее испарение, получение и перегрев пара. Соотношение, связывающее приход и расход теплоты, носит название теплового баланса.

Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива, на 1 м³ газообразного топлива или в % от введенной теплоты. Суммарное количество введенной в топку теплоты называется располагаемой теплотой Q^р_р и соответственно включает в себя:

• Q^р_н – низшую рабочую теплоту сгорания топлива;

• Q_ф.т – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с топливом, если топливо предварительно нагревается (мазут);

• Q_ф.в – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с воздухом, если нагрев воздуха происходит вне котельного агрегата (воздухоподогреватель);

• Q_пар – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с паром, при паровом распылении топлива (паромеханические форсунки).

Следовательно,

Q^р_р = Q^р_н + Q_ф.т + Q_ф.в + Q_пар.

Расходная часть теплового баланса Q_расх включает в себя полезно использованную теплоту Q₁, а также потери теплоты с уходящими топочными газами Q₂, химической Q₃ и механической Q₄ неполнотой сгорания топлива, от наружного охлаждения Q₅, с физической теплотой шлаков Q₆, на аккумуляцию ограждающих конструкций Q_ак (при нестационарных условиях работы установки). Следовательно,

Q_расх = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q_ак.

Уравнение теплового баланса имеет вид

Q^р_р = Q_расх.

Разделив, каждый член уравнения теплового баланса на Q^р_р и умножив на 100 %, получим другую запись уравнения теплового баланса:

100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆.

Коэффициент полезного действия и расход топлива

Теплогенератора

Коэффициентом полезного действия брутто η_бр, %, называется отношение полезно используемой теплоты Q₁ к располагаемой Q^р_р:

η_бр = (Q₁ / Q^р_р) ⋅ 100, %.

Доля полезно используемой теплоты

q₁ = (Q₁ / Q^р_р) 100, %.

Тогда имеем, что q₁ = η_бр.

Следовательно, коэффициент полезного действия брутто

η_бр = 100 − (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆), %.

При выработке тепловой энергии следует учитывать расход тепловой энергии на собственные нужды q_с.н (привод насосов, тягодутьевых устройств, на обдувку, деаэрацию, мазутное хозяйство и т.д.). В связи с этим введено понятие КПД нетто

η_нетто = η_бр − q_с.н, %.

Натуральный расход топлива Вн, кг/с, м³/с, при нормальных условиях сжигания (при t = 0 °С и Р = 760 мм рт. ст.), в паровом и водогрейном котельном агрегате определяется по формулам:

• для парового котла

В_н = (D Δi_п) / (Q^р_р η_бр),

• для водогрейного котла

В_н = (G Δi_в) / (Q^р_р η_бр),

где D – паропроизводительность теплогенератора, кг/с; Δi_п – прирост энтальпии пара и питательной воды, кДж/кг; Q^р_р – располагаемая теплота, кДж/кг, кДж/м³; η_бр – КПД брутто; G – расход воды через водогрейный котел, кг/с; Δi_в – прирост энтальпии горячей и холодной воды, кДж/кг.

При сжигании газа и мазута, расчетный расход топлива В_р равен натуральному расходу В_н, так как потери теплоты от механической неполноты сгорания q₄ = 0.

Для увеличения ηбр необходимо снижать потери теплоты, а именно:

• работать по режимной карте, температурному графику, с наименьшим коэффициентом избытка воздуха: 1,05…1,1 – для природного газа; 1,1…1,15 – для мазута; 1,4…1,8 – для твердого топлива;

• следить за температурой уходящих топочных газов, полнотой сгорания топлива, обмуровкой котла.