Тепловой баланс котла

Тепловой баланс котла выражается уравнением, устанавливающим численное равенство между количеством теплоты, подведенным к уста-новке и израсходованным в ней. На основании теплового баланса опреде-ляют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эф-фективность работы котельного агрегата.

Количество теплоты, подведенное к установке, или приходная часть баланса, складывается из теплоты сгорания (химической энергии) топлива, физической теплоты топлива и воздуха, поступающих в котельную уста-новку.

Количество теплоты, израсходованное в установке, или расходная часть баланса, состоит из суммы полезной энергии, полученной в виде па-ра или горячей воды, и потерь, неизбежно сопровождающих процессы преобразования и передачи энергии.

Уравнение теплового баланса имеет вид

Q₃—потери теплоты от химической неполноты сгорания; Q₄—потери те-плоты от механической неполноты сгорания; Q₅ — потери теплоты в окру-жающую среду; Q₆ — потери теплоты с физической теплотой шлака.

Левая часть уравнения теплового баланса является суммой следующих величин

где Q_в.вн — теплота, вносимая в котел с воздухом на 1 кг топлива (эта теп-лота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата, например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя; если воздух нагревается только в воздухонагрева-теле, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрега-та); Q_пар — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на

1 кг топлива; Q_физ.т — физическая теплота 1 кг или 1 м³ топлива. Уравнение теплового баланса может быть представлено в процентах к

Q_р^р :

Количество полезно использованной теплоты рассчитывается по рас-ходу теплоносителя и изменению его энтальпии в котельной установке:

где D — паропроизводительность котла, кг/ч; грейных котлах, кг/ч; В — расход топлива, кг/ч; пара и воды, кДж/кг.

G —расход воды в водо-i —изменение энтальпии

Отношение полезно использованной теплоты к подведенной в уста-

новку называется коэффициентом полезного действия.

где Σq_пот — сумма всех потерь теплоты в установке, %.

Основными в котельной установке являются потери теплоты с уходя-щими газами. Они обусловлены тем, что температура дымовых газов, по-кидающих установку, значительно превышает температуру окружающего воздуха.

Величина потерь теплоты с уходящими газами тем меньше, чем ниже их температура и меньше коэффициент избытка воздуха.

Для снижения этих потерь необходимо увеличить интенсивность теп-лообмена на конвективных поверхностях нагрева, увеличить размер этих поверхностей, а также уменьшить количество воздуха, поступающего в топку, ликвидировать неплотности газоходов котла. Коэффициент избытка воздуха зависит от методов сжигания и способов организации топочных процессов. Предельное минимальное его значение должно обеспечивать эффективное сжигание топлива и ограничивается необходимостью полно-го исключения потерь теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива.

Потери теплоты в окружающую среду обусловлены теплоотдачей на-ружных поверхностей котлоагрегата и зависят от размеров котла, качества обмуровки и изоляции теплоотдающих поверхностей. С увеличением теп-лопроизводительности котлов возрастает их компактность, уменьшается размер наружных поверхностей, приходящихся на 1 МВт его производи-тельности. Поэтому потери теплоты в окружающую среду для крупных котлов меньше, чем для мелких и составляют соответственно

0,2-0,3 и 3-5 %.

Потери теплоты с физической теплотой удаляемых из топок котлов золы и шлака составляют незначительную величину и учитываются только при сжигании многозольного топлива. Они существенно увеличиваются при жидком шлакоудалении, достигая 1–2 %.

Суммарные потери теплоты в современных котлах в зависимости от их типа и производительности, вида топлива и методов его сжигания, ус-ловий эксплуатации составляют от 8-12 % до 25-30 %. Меньшие значения потерь относятся к крупным котлоагрегатам с сжиганием пылевидного то-плива, а также работающим на газе и жидком топливе; большие значения потерь — к котлоагрегатам, оборудованным слоевыми топками, работаю-щим на многозольном топливе.