Что такое тепловой баланс котла

Тепловой баланс

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты, в основе чего лежит тепловой баланс. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_{p p} . Между поступившей в котельный агрегат теплотой (Q_{p p} ) и покинувшей его теплотой должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты (Q₁) и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды.

Тепловой баланс парового (водогрейного) котла — это равенство располагаемой теплоты сумме полезной теплоты и потерь теплоты, имеющихся при работе агрегата. Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому режиму котла. Все статьи теплового баланса принято относить к 1 кг твердого и жидкого топлива или к 1 м 3 газа при нормальных условиях;

где Q_{p p} — располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м3; Q_i — полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, кДж/кг или кДж/м 3 ; 2Q₁ — сумма всех потерь теплоты в паровом или водогрейном котле, кДж/кг или кДж/м 3 .

Потери теплоты в паровом или водогрейном котле складываются из потерь теплоты с уходящими газами (Q₂), потерь от химической неполноты горения (Q_з), от механической неполноты горения (Q₄), от наружного охлаждения (Q_s), потерь в виде физической теплоты шлака и потерь на охлаждение панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла (Q₆):

Потеря теплоты с уходящими газами (Q₂) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты от химической неполноты горения (Q₃) появляется при наличии в уходящих продуктах сгорания горючих газов СО, Н₂, СН₄, т. е. при неполном горении. Потеря теплоты от механической неполноты горения (Q₄) появляется только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках, кроме золы топлива, твердых горючих частиц. Потеря теплоты от наружного охлаждения (Q₅) происходит потому, что обмуровка, изолированные и неизолированные элементы агрегата имеют температуру выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков п на охлаждение панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла (Q₆) обусловлена тем, что шлак, удаляемый из тонки, имеет достаточно высокую температуру. Вода, охлаждающая балки и панели, нагревается до определенной температуры, и если она после этого сбрасывается в канализацию, то теряется заметное количество теплоты.

Обычно принято потери теплоты в котельном агрегате выражать в процентах располагаемой теплоты:

где q₂/q₆— соответствующие потери теплоты, выраженные в процентах располагаемой теплоты.

Для парового или водогрейного котла, находящегося в эксплуатации, тепловой баланс составляется по результатам испытаний котла, что позволяет проанализировать эффективность использования сжигаемого топлива. При тепловом расчете тепловой баланс составляется на основании нормативных данных.

Главная
Топливоподача
Словарь терминов
Статьи о топливоподаче
Книги о топливоподаче
Контакты

14.3. Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют 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 выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) 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 записывают в следующем виде:

илиQ р _р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ (14.1)где Q p _p – теплота, которой располагают; Q₁ – использованная теплота; Q_п — общие потери; Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q₃ – потери теплоты от химического недожога; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ – потери теплоты в окружающую среду; Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Левая приходная часть уравнения теплового баланса (14.1) является суммой следующих величин:Q р _р=Q р _н+Q_в.вн+Q_пар+Q_физ.т. (14.2)

где Q_в.вн – теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг 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; Q_пар — теплота, вносимая в топку с дутьевым (форсуночным) паром на 1 кг потлива; Q_физ.т. — физическая теплота 1 кг или 1 м 3 топлива.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству:

где b / — отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; с_р / = 1,33 кДж/(м 3 ·К), при температуре воздуха до 600К; Т_г.вз , Т_х.вз – температуры горячего о холодного воздуха, обычно Т_х.вз = 300К.

Теплоту, вносимую с паром для распыления мазута (форсуночный пар), находят по формуле:

где W_ф – расход форсуночного пара, равный 0,3-0,4 кг/кг; i_ф – энтальпия форсуночного пара, кДж/кг; r – теплота парообразования, кДж/кг.

Физическая теплота 1 кг топлива:

Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то Q р _р=Q р _н.

Общее уравнение теплового баланса отопительного котла

Целями составления теплового баланса отопительного котла являются определение значений всех приходных и расходных статей баланса; расчет КПД отопительного котла; анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы отопительного котла. На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по повышению энергетической эффективности отопительного котла.

В отопительном котле при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива в отопительном котле 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 отопительном котле должно существовать равенство, т.е.

Для отопительных котлов, работающих на газообразном и жидком топливах, тепловой баланс обычно составляют на 1 м 3 газа или на 1 кг жидкого топлива, находящегося при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м 3 для газообразного и МДж/кг для жидкого топлива.

Поступившая в отопительный котел теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой. В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

где Q _н p — низшая теплота сгорания жидкого топлива в отопительном котле на рабочую массу, МДж/кг; Q _н с — низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м 3 ; Q _ф.т — физическая теплота топлива; Q _ф.в — то же, воздуха; Q _пар — теплота, вносимая в топку котла с паром.

Физическая теплота топлива Q _ф.т определяется по формуле:

где c _т — удельная теплоемкость топлива, для мазута или для газа; Δt _т — температура нагрева топлива, °С.

Мазут для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80. 120°С, поэтому физическая теплота учитывается при выполнении расчетов.

Учет Q_ф.т проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200. 300°С).

Физическая теплота воздуха Q_ф.в учитывается лишь при подогреве его вне отопительного котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нем дополнительного топлива).

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

где G_п — расход пара, кг, на 1 кг топлива (при паровом распылении мазута Gп = 0,3. 0,35 кг/ кг ); h_п — энтальпия пара, МДж/кг; 2,51 — примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих отопительный котел, МДж/кг.

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q_пол в отопительном котле, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери ∑Q_потерь, т.е.

где Q _p p — располагаемая теплота отопительного котла; Q _у.г — потери теплоты отопительного котла с уходящими газами; Q _х.н — потери теплоты отопительного котла от химической неполноты сгорания топлива; Q _н.о — потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла.

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

Производственная компания «Спецгазпром» готова провести комплексную модернизацию Ваших котлов с установкой высокоэффективных экономичных газовых горелок SF, а также новейшей автоматики регулирования и безопасности котла.

Предварительный подбор газовых горелок SF на типоряд котлов

Каталог газовых горелок SF (технические характеристики)

Свяжитесь с нами и мы предложим Вам конкретные варианты модернизации со стоимостью, сроками и экономическим эффектом:

Звоните по телефону — 8 (343) 380 23 40
Пишите на почту —

Горелочные устройства SF
- Технические характеристики ГУ SF
- График зависимости горелок SF
- Таблица подбора по котлам
- Различные режимы работы горелок SF
- Горелка SF в блочном исполнении
- Модернизация котла ДКВР-6,5
- Модернизация котла ДКВР-10
- Модернизация котла ДКВР-20
- Модернизация котла ДЕ-6,5
- Модернизация котла ДЕ-10
- Модернизация котла ДЕ-16
- Модернизация котла ДЕ-25
- Модернизация котла КВГМ-10
- Модернизация котла КВГМ-20
- Модернизация котла КВГМ-30
- Модернизация котла КВГМ-50
- Модернизация котла КВГМ-100
- Модернизация котла ПТВМ-30
- Модернизация котла ПТВМ-50
- Модернизация котла ПТВМ-100
Производственная компания «Спецгазпром» приглашает к сотрудничеству проектные, монтажные, наладочные организации

для проведения совместных работ по модернизации газоиспользующего оборудования

Свяжитесь с нами
Наша компания
Полезная информация
- Модернизация котлов
- Модернизация объектов в металлургической промышленности
- Описание технологии
- Памятка для Клиента Производственной компании «Спецгазпром»
Контактная информация

Производственная Компания «Спецгазпром» 620014, Екатеринбург, ул.Чернышевского, д.16, оф.719 +7(343) 380 23 40

ПК «Спецгазпром» проводит модернизацию огнетехнического оборудования путём внедрения новой технологии сжигания топлива с управляемой структурой течения горючего и окислителя, реализованной в горелочных устройствах SF

© 2006 «Спецгазпром» — Новейшие Технологии сжигания топлива. Все права защищены. Полное или частичное копирование материалов запрещено. Новейшие Технологии сжигания топлива

Тепловой баланс — что это?

где Qпp — приход теплоты в котельный агрегат вместе с топливом; Q1 — полезно использованная теплота на отопление или приготовление горячей воды; Q2 — потери теплоты с дымовыми ми газами, ушедшими из котла; Qз — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q4 — потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; Q5 — потери теплоты из-за рассеивания в окружающую среду; Q6 — потери с теплом шлака, удаляемого из топки котла.

Значения каждой составной части теплового баланса могут быть выражены в единицах энергии (обычно в килоджоулях или килокалориях). Если обе части этого уравнения разделить на количество внесенной в топку котла теплоты и умножить на 100, то получится уравнение теплового баланса, выраженное в процентах:

Из уравнения теплового баланса видно, что коэффициент полезного действия конкретного котла (а это не что иное, как Q1) — это все то, что останется от энергии сожженного топлива за минусом всех потерь. Так куда же эти потери деваются?

Одна из самых больших составляющих потерь котельного агрегата — это потери с теплом дымовых газов (Q2). В процентном выражении для котлов, работающих на твердом топливе, это 10-15%, для газовых и жидкотопливных котлов величина потерь с теплотой дымовых газов составляет 7-12%. Теоретически, чтобы эта потеря отсутствовала, необходимо дымовые газы на выходе из котла охладить до температуры окружающего воздуха. На практике этого не делают. И не потому, что ничего не знают о тепловом балансе. Дело в том, что если дымовые газы котла охладить до определенного значения температуры, то из находящегося в них пара начнет конденсироваться влага. Водяной пар образуется в дымовых газах двумя путями: непосредственно из влаги сжигаемого топлива и при реакции окисления топлива. Причем последняя — основной поставщик водяных паров дымовых газов. При полном сгорании топлива углерод и водород, входящие в состав топлива, окисляются, образуя соединения углекислого газа СО2 и водяной пар Н2О. Так, например, при сжигании 1 кг жидкого топлива образуется около 1,3 кг, а 1 мЗ природного газа — 1,6 кг водяных паров.

Влага, смешиваясь с другими компонентами дымовых газов, образует разбавленные растворы кислот. Образующийся конденсат обладает кислыми свойствами. И эта «гремучая смесь», стекая по стенкам теплообменника котла и дымохода, может разрушить их в очень короткое время. Ржавчина секций котла, коррозионные язвы теплообменника, осыпавшийся кирпичный дымоход — вот далеко не полный перечень возможных последствий конденсации водяного пара, содержащегося в дымовых газах. Критическая температура конденсации водяного пара различна для разных типов топлива. Например, для природного газа она составляет около 55 С, для дизельного топлива -100-110 С, для мазута -150 – 180 С . Именно поэтому рекомендуемая температура дымовых газов на выходе из котла — 100-150 С для газовых котлов, 160-180 С — для дизельных и 230-250 — для мазутных. Современный научно-технический прогресс предлагает решения для использования и этой части теплоты в виде конденсационных котлов, которые на выходе имеют очень низкую, по сравнению с традиционными котлами, температуру дымовых газов. Конденсационные котлы дополнительно имеют за счет конденсации дымовых газов более высокий коэффициент полезного действия (на 7-14 %) и в Европе получают все большее распространение. Конструктивно теплообменники и дымоходы для конденсатных котлов изготавливают из нержавеющей стали.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания Qз обусловлена наличием в дымовых газах продуктов неполного окисления горючих веществ топлива. При этом из не полностью сгоревших компонентов не выделяется теплота, которая может быть использована для нагрева теплоносителя в котле. При настройке котлов специалистами — наладчиками эту потерю стараются довести до минимума или исключить её полностью. Признаком химической неполноты сгорания является наличие в дымовых газах окиси углерода и метана при сжигании газообразного и жидкого топлива и наличие окиси углерода (угарного газа) при сжигании твердых видов топлива. Содержание, например, 1 % окиси углерода в дымовых газах котла влечет за собой потерю 5-7% теплоты. Современная отопительная техника при правильной настройке работает практически с отсутствием химической неполноты сгорания. Этого добиваются подачей необходимого количества воздуха для горения топлива, поддержанием соответствующей температуры в топке котла (при низких температурах углерод не вступает в реакцию окисления), хорошим перемешиванием топлива с воздухом и достаточным временем пребывания частиц топлива в топке.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания Q4 характерна для котлов, работающих на твердых видах топлива. Несгоревшие частицы топлива могут проваливаться через колосники топки в зольник или уноситься в дымоход. Потери от механической неполноты сгорания во многом определяются конструкцией колосниковой решетки, силы тяги, размерами кусков топлива. Крайне важна однородность кусков твердого топлива, загружаемого в топку котла. При смеси крупных кусков с мелочью горение получается неоднородным: мелочь быстрее сгорает и уносится в дымоход, в слое топлива образуются воронки, в которые поступает лишний воздух. При этом на поверхности оставшихся крупных кусков топлива образуется шлаковая корка, которая не дает возможности полностью сгореть топливу. Потеря от механической не полноты сгорания при сжигании газообразного топлива отсутствует полностью.

Конструкция внешней облицовки котла и его рабочая нагрузка во многом определяют потери теплоты в окружающую среду Q5. Задача котла — передать максимум энергии сжигаемого топлива теплоносителю, а не обогревать помещение, в котором он находится. С обогревом помещения должны справляться нагревательные приборы системы отопления. Поэтому современные котлы имеют хорошую тепловую изоляцию наружных стенок и на ощупь совсем не горячие. Величина потерь теплоты в окружающую среду для большинства образцов техники составляет в тепловом балансе всего 0,5-2%.

И, наконец, последняя составляющая потерь котла — это потери Qб с теплом шлака, удаляемого из топки. Такие потери, опять-таки, характерны только для котлов на твердом топливе — чем больше золы, тем больше шлака и больше потери теплоты.

Тепловой баланс здания.

Отсеяв потери теплоты в котле, обычная (не конденсационная) современная техника на выходе имеет коэффициент полезного действия порядка 89-92%. Дальше эта теплота поступает в систему отопления здания или в водонагреватель и расходуется, соответственно, на обогрев или приготовление горячей воды.

Роль системы отопления — в достаточном количестве произвести тепловую энергию и эффективно передать её зданию в соответствии с тепловыми потерями в данное время. При этом на котельную в этом здании как раз и возлагается задача произвести нужное количество тепловой энергии.

Тепловые потери здания возникают из-за разности температур внутри помещения и на улице. Эти потери происходят через ограждающие конструкции, а именно: через стены, пол, потолок, окна и двери. Проектировщики, чтобы определить теплопотери конкретного здания, в своих расчетах учитывают площади ограждающих конструкций, которые контактируют с наружным воздухом, свойства этих конструкций и разность температур. В итоге сумма тепловых потерь отдельных помещений складывается в величину тепловых потерь здания в целом:

Формула расчета теплового баланса дома.

Qпомещ = Qстены + Qокна + Qдверь + Qпотолок+ Qпол

Для домов с несколькими этажами тепловых потерь через потолок первого этажа не будет, поскольку над ним находится отапливаемый второй этаж. Точно так же для последнего этажа тепловые потери через пол будут отсутствовать, так как под ним находится теплый этаж. В комнате коттеджа отсутствуют теплопотери через перегородки , отделяющие её от смежных помещений, если в смежных помещениях поддерживается аналогичный уровень температуры.

>Воздух помещения, соприкасаясь с наружной стеной здания, будет охлаждаться до температуры внутренней поверхности стены. Поскольку на улице температура воздуха ниже, то в толще стены температурная «змея» поползет вниз, достигнув на внешней поверхности некоторого значения, а затем опустится еще ниже до уровня температуры наружного воздуха. Чем лучше теплоизоляционные свойства здания, тем круче температурная линия между внутренней и внешней поверхностями стены и тем меньше нужно прикладывать усилий для обогрева здания.

Понятно, что подвести теплоту для обогрева помещения можно, используя разные виды энергоносителей. 3а свою историю существования человечество научилось обогревать своё жилище, используя энергию различных веществ. Эта теплота может быть получена при сжигании природного или сжиженного (баллонного) газа, жидкого или твердого топлива, а также при использовании электрической энергии. Современная отопительная техника позволяет эффективно использовать энергию любого из перечисленных видов топлива, но обычно будущие владельцы котлов останавливают свой первоначальный выбор, учитывая наличие уже имеющегося топлива рядом с жилищем.
Похожие публикации: