ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

При составлении теплового баланса котельного агрегата устанавливается равенство между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла Q₁ и тепловых потерь Q_2-6. На основании теплового баланса вычисляются КПД котельного агрегата и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется на 1кг твёрдого (жидкого) или 1м³ газообразного топлива при установившемся тепловом состоянии котельного агрегата.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид

= Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ , кДж/кг или кДж/м³ .

Располагаемая теплота 1 кг твердого (жидкого) топлива определяется по формуле

, кДж/кг ,

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг; i_тл - физическая теплота топлива, кДж/кг; Q_ф - теплота, вносимая в топку с паровым дутьем или при паровом распылении мазута, кДж/кг; Q_в.вн - теплота, внесенная в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/кг.

Для большинства видов достаточно сухих и малосернистых твёрдых топлив принимают Q_р = , а для газового топлива принимается . Для сильно влажных твёрдых топливи жидких топливучитывается физическая теплота топлива i_тл , которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива

i_тл = с_тл t_тл .

Для твёрдых топлив в летний период времени принимают t_тл = 20 °С , а теплоёмкость топлива рассчитывают по формуле

, кДж/(кг· К) .

Теплоёмкость сухой массы топлива составляет:

- для бурых углей - 1,13 кДж/(кг∙ К);

- для каменных углей - 1,09 кДж/(кг·К);

- для углей А, ПА, Т - 0,92 кДж/(кг·К).

В зимний период принимают t_тл =0 °С и физическую теплоту не учитывают.

Температура жидкого топлива (мазута) должна быть достаточно высокой для обеспечения тонкого распыла в форсунках котельного агрегата. Обычно она составляет = 90-140 °С.

Теплоёмкость мазута

, кДж/(кг ·К) .

В случае предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах перед его поступлением в воздухоподогреватель котельного агрегата теплоту такого подогрева Q_в.вн включают в располагаемую теплоту топлива и рассчитывают по формуле

, кДж/кг ,

где b_гв - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому; Δα_вп – присосы воздуха в воздухоподогревателях; - энтальпия теоретического объема холодного воздуха; - энтальпия теоретического объема воздуха на входе в воздухоподогреватель.

При использовании для распыла мазута паромеханических форсунок в топку котельного агрегата вместе с разогретым мазутом поступает пар из общестанционной магистрали. Он вносит в топку дополнительную теплоту Q_{ф ,} определяемую по формуле

Q_ф = G_ф (i_ф – 2380) , кДж/кг ,

где G_ф – удельный расход пара на 1 кг мазута, кг/кг; i_ф - энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг.

Параметры пара, поступающего на распыл мазута, обычно составляют 0,3-0,6 МПа и 280-350 °С ; удельный расход пара при номинальной нагрузке находится в пределах G_ф = 0,03 - 0,05 кг/кг.

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:

- для водогрейного котла

Q = D_в , кВт ,

где D_в - расход воды через котел, кг/с; , - энтальпия воды на входе и на выходе из котла, кДж/кг;

- для парового котла

, кВт ,

где D_пе - расход перегретого пара, кг/с; D_пр - расход продувочной воды (под непрерывной продувкой понимают ту часть воды, которая удаляется из барабана котла для снижения солесодержания котловой воды), кг/с; i_пе - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; i_пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; i_кип - энтальпия кипящей воды, кДж/кг.

Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котельного агрегата.

Расход продувочной воды из барабанного парового котельного агрегата составляет

, кг/с ,

где р - непрерывная продувка котельного агрегата, % ; при р < 2 % теплота продувочной воды составляет менее 0,4 % полезного тепловыделения и может не учитываться.

Коэффициент полезного действия проектируемого парового котельного агрегата определяется из обратного баланса

h = 100 - (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆) , %.

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котельного агрегата и сжигаемого топлива.

Потери теплоты с уходящими газами q₂ (5-12%) возникают из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает теплоту поступающего в котел воздуха и определяется по формуле

, % ,

где I_ух- энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³, определяемая по J_ух при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем первой ступени; I^о_хв - энтальпия холодного воздуха.

Потери теплоты с уходящими газами зависят от выбранной температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха, так как увеличение избытка воздуха приводит к увеличению объема дымовых газов и, следовательно, возрастанию потерь.

Одним из возможных направлений снижения потерь теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, величина которого зависит от коэффициента избытка воздуха в топке и присосов воздуха в газоходы котла

a_ух = + .

Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке. Для различных топлив и способов сжигания топлива рекомендуется принимать определенные оптимальные значения α_т.