Тепловой баланс котельной установки

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

В котельной установке при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота за вычетом потерь передается рабочему веществу – теплоносителю, в результате получается полезная продукция, например водяной пар. Эффективность энергоиспользования в котельной установке, а также направления его совершенствования устанавливаются тепловым балансом.

Тепловой баланс котла характеризует равенство между приходом и расходом теплоты:

Q_прих = Q_расх. (3.1)

Приходная часть теплового баланса (располагаемая теплота Q_p^p, МДж/м³) в общем случае записывается в виде

(3.2)

где внесенная химическая теплота

а внесенная физическая теплота

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса:

– низшая рабочая теплота сгорания единицы топлива, МДж / м³;

Q_экз – член учитывают при использовании теплоты экзотермических реакций;

Q_энд – член учитывает затраты теплоты на возможные эндотермические реакции;

Q_ф.m – член учитывает физическую теплоту топлива, МДж / кг:

Q_ф.m = C_тt_т , (3.3)

где C_т – теплоёмкость рабочего топлива, МДж / (кг*К);

t_т – температура топлива, ⁰С.

Член Qпар, МДж/кг, учитывает теплоту, вносимую в агрегат паром при паровом распыливании мазута или при подаче под решетку пара для улучшения ее работы при слоевом сжигании антрацита

Q_пар= G_n × (h_n – 2,51), (3.4)

где G_n – удельный расход дутьевого пара, кг / кг. При паровом распыливании мазута G_n=0.3 ¸0.35 кг / кг;

h_n – энтальпия дутьевого пара, МДж / кг;

2,51 МДж / кг – примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, уходящих в атмосферу.

При составлении теплового баланса для котла можно принять:

. (3.5)

Расходная часть теплового балaнса в расчете на 1 кг топлива в общем случае может содержать теплоту, затраченную на выработку пара и различные потери:

Q_расх = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ ± Q_akk (3.6)

В простейшем случае теплота, полезно затраченная на выработку перегретого пара, МДж / кг, составит

(3.7)

где D – выход пара, кг / с.

В – расход топлива, кг / с:

– энтальпии перегретого пара и питательной воды, МДж/кг;

Q₁ – полезно использованное тепло, МДж/кг;

Q₂ – потери тепла с уходящими газами, МДж/кг;

Q₃ – потери тепла от химического недожога, МДж/кг;

Q₄ – потери тепла от механического недожога, МДж/кг;

Q₅ – потери тепла в окружающую среду, МДж/кг;

Q₆ – потери с физической теплотой шлаков, МДж/кг;

Q_акк – расход «–» или приход теплоты «+», связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла, МДж/кг.

При установившемся тепловом режиме Q_акк = 0.

В относительных долях запишем тепловой баланс в безразмерной форме:

.

100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ , % (доля стационарного режима),

.

Виды тепловых потерь:

– потеря теплоты с уходящими газами;

– потеря теплоты от химической неполноты сгорания;

– потеря теплоты от механической неполноты сгорания;

– потеря теплоты от наружного охлаждения;

– потеря с физической теплотой шлаков.

Рисунок 3.1 - Тепловой баланс котла

1 - топочная камера; 2 - испарительные поверхности нагрева; 3 - пароперегреватель; 4 - экономайзер; 5 - воздухоподогреватель.

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема котла