Котельного агрегата по результатам испытаний

Определение КПД брутто котлоагрегата методом прямого баланса.

Определение к.п.д. брутто по методу прямого баланса основано на измерениях количества подведённого и использованного тепла путём непосредственных замеров расхода топлива, пара и его параметров. КПД брутто по методу прямого баланса вычисляется по формуле:

, % (1)

где Q₁ - полезно использованное тепло, кДж/кг; Q - располагаемая теплота, поступающая в котлоагрегат на 1 кг или на 1 м³ топлива, кДж/кг; q₁ - полезно использованное тепло, отнесенное к располагаемому теплу топлива и представляющее собой к.п.д. брутто, %; D_пе - производительность котлоагрегата, кг/с; В - расход топлива в котле, кг/с (м³/с); h_пе, h_пв - соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды, кг/с.

Для водогрейного котла к.п.д. определяется по формуле:

, % (3)

где D_в - расход сетевой воды через котел, кг/с; h_пр, h_обр - соответственно энтальпии прямой и обратной сетевой воды, кДж/кг.

Располагаемое тепло топлива определяется по формуле:

, кДж/кг (кДж/м³) (4)

где - низшая удельная теплота сгорания рабочей массы твёрдого, жидкого или сухой массы газообразного топлива, кДж/кг или кДж/нм³; Q_{в. вн} - тепло, внесённое в котлоагрегат воздухом, при нагреве в калорифере, кДж/кг; Q_тл - физическое тепло топлива, кДж/кг; Q_ф - тепло, поступаемое в котлоагрегат с паровым дутьём (форсуночным паром).

Физическое тепло топлива учитывается в тех случаях, когда оно предварительно нагрето посторонним источником тепла (паровой нагрев мазута и т.д.)

Тепло, затраченное на нагрев воздуха, поступающего в котлоагрегат, кДж/кг или кДж/нм³.

, (7)

где - отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому расходу воздуха ; - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на выходе из калорифера и на входе в него (холодного воздуха), кДж/кг или кДж/м³.

Тепло, вносимое в котёл паровым дутьём, определяется по формуле:

Q_ф=G_ф(h_ф-2510),

где G_ф - выход пара, идущего на дутьё или распыливание топлива, кг/кг; h_ф - энтальпия этого пара кДж/кг.

Для определения энтальпии пара и питательной воды по таблицам перегретого пара и воды необходимо знать их давление и температуру.

Давление пара и питательной воды, замеряется по приборам на щите управления котла. Температура перегретого пара и питательной воды замеряется термопарами, установленными на паропроводе и входном коллекторе водяного экономайзера. Вторичные показывающие или самопишущие приборы расположены на тепловом щите.

Определение к.п.д. нетто котлоагрегата.

Для определения к.п.д. нетто котлоагрегата необходимо подсчитать расход электроэнергии (привод дымосов, дутьевых и мельничных вентиляторов, мельниц, вентиляторов рециркуляции дымовых газов, питателей пыли и сырого угля) и тепла (на обдувку, распыливание мазута, с продувочной водой и на собственные нужды).

Мощность, потребляемая электродвигателем, подсчитывается по замерам силы тока и напряжения, с учётом косинуса j

,кВт (9)

где I - сила тока, а; V - напряжение, в; Cos j - принимают равным 0,85. Суммарная мощность , расходуемая электродвигателями всех вспомогательных агрегатов на собственные нужды равна:

, кВт (10)

где - мощность, затрачиваемая на привод соответственно дымососов, дутьевых вентиляторов и вентиляторов рециркуляции дымовых газов.

Расход тепла на собственные нужды самого котла могут быть незначительными, тогда общий расход энергии на собственные нужды в % от располагаемого тепла топлива будет составлять:

Dh_сн= , % (11)

Таким образом, КПД нетто котла равен:

h_нетто=h_бр-Dh_сн, % (12)

Определение коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха a - есть отношение действительного количества воздуха V_д поданного в топочную камеру котла к теоретически необходимому для горения V^о

(16)

Величина a зависит от состава и вида топлива, топочного режима, степени совершенства смешения топлива с воздухом и т.п. Если известен химический состав газов, получаемых при сгорании топлива, коэффициент избытка воздуха может быть определён по "азотной" формуле, которая для случая полного горения топлива записывается следующим образом:

. (17)

где N₂ – содержание азота в сухих продуктах горения, %.

Определение тепловых потерь котла.

1) Потери тепла с уходящими газами определяются разницей энтальпий газов на выходе из последней поверхности нагрева котла и холодного воздуха, поступающего в котёл .

Величины энтальпий и могут быть определены в соответствии с рекомендациями нормативного расчета котельных агрегатов /1/.

, % (21)

2) Потери тепла от химической неполноты сгорания определяются суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в уходящих газах.

При наличии в продуктах сгорания потери тепла с химической неполнотой сгорания находят по формуле:

, кДж/кг (22)

где - объем сухих газов, м³/кг (м³/м³)

Эта потеря может быть выражена в % от располагаемого тепла

, % (23)

Величина может быть рассчитана по формуле:

Для жидкого топлива:

, м³/кг (24)

Для газового топлива:

,м³/м³ (25)

В формулах (24) и (25) CO₂, SO₂, CO – содержание в продуктах сгорания двуокиси углерода, сернистого газа и окиси углерода, %; - содержание в исходном топливе двуокиси углерода, окиси углерода, сероводорода и различных углеводородов, %.

Процентное содержание Н₂, СО, СН₄ определяется на хроматографе.

3) Потери тепла в окружающую среду за счет естественной конвекции и излучения наружными поверхностями агрегата изменяются в зависимости от тепловой нагрузки котла.

Экспериментальное определение потерь тепла от наружного охлаждения представляет значительные трудности. Для стационарных котлов величина q₅ принимается по данным рис. 5 для парового котла и рис.4 для водогрейного котла.

При нагрузках, отличающихся от номинальной более чем на 25 %, величина q₅ уточняется по формуле:

, % (26)

При испытании котлов на твердом топливе необходимо производить дополнительные замеры для определения потерь теплоты от механического недожога q₄ и физического тепла шлаков q₆.

22. Перечислить составляющие приходной части теплового баланса котла. Как рассчитывается приход тепла с воздухом, подогретым вне котла?

Тепловой баланс котла, характеризует равенство между приходом и расходом теплоты: Qприх.=Qрасх. Приходная часть т. б.(располагаемая теплота Qp/р,) в общем случае записывается в виде: Qприх=Qр/р=∑Qхим+∑Qфиз+Qэл,

где внесенная химическая теплота ∑Qхим=Qр/н+(Qэкз-Qэнд),

а внесённая физическая теплота: ∑Qфиз=Qф.т.+Qф.в.+Qпар.+Qо.г. Qр/н — низшая рабочая теплота сгорания единицы топлива, МДж/кг — для твердого и жидкого или газа, не учитывающая, теплоту образования водяных паров. Член Qэкз учитывают при использовании теплоты экзотермических реакций (выделение теплоты), Член Qэнд учитывает затраты теплоты на возможные эндотер. реакции. (поглощение теплоты)Входящий в выражение для определения ∑Qфиз член Qф.т., МДж/кг, учитывает физическую теплоту (энтальпию) топлива:Qф.т.=c_Tt_T. Член Qф.в. учитывает энтальпию воздуха. Энтальпию горячего воздуха учитывают лишь при подогреве его вне агрегата, до воздушного подогревателя котла за счет постороннего источника теплоты (подогрев в паровом калорифере).В этом случае теплота, внесенная воздухом, МДж/кг,

Qф.в.=β(Hº’в.п. - Hºх.в.). Qпap, 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, Qnap = Gn(hn- 2,51), Для котла-утилизатора, при отсутствии в газах продуктов неполного горения Qприх=Qо.г

23. Перечислить составляющие расходной части теплового баланса. Как рассчитать полезное тепло, воспринимаемое паром в котле?

Расходная часть теплового баланса в расчете на 1 кг (м3) топлива в общем случае может содержать теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды) и различные потери:

Qрасх=Qпол+Hу.г.+Qх.н.+Qм.н.+Qн.о+Qф.ш+Qохл±Qакк

В простейшем случае (без учета продувки, возможной дополнительной выработки насыщенного пара и др.) теплота, полезно затраченная на выработку перегретого пара, МДж/кг (или МДж/м³), составит

Qпол=D/B(hп.п – h’п.в)

24. Как рассчитывается КПД котла «брутто» и «нетто» и расход топлива?

Отношение количества теплоты, полезно затраченной на выработку пара D(hnn—hn.B), МВт, к теплоте топлива BQр/н, МВт, является коэффициентом полезного действия (КПД) котла, %,

ηк=(D(hп.п - h’п.в.))/(BQр/н)٠100.

По существу выражение является коэффициентом полезного использования теплоты топлива.

Определение КПД брутто котлоагрегата методом прямого баланса.

Определение к.п.д. брутто по методу прямого баланса основано на измерениях количества подведённого и использованного тепла путём непосредственных замеров расхода топлива, пара и его параметров. КПД брутто по методу прямого баланса вычисляется по формуле:

, % (1)

где Q₁ - полезно использованное тепло, кДж/кг; Q - располагаемая теплота, поступающая в котлоагрегат на 1 кг или на 1 м³ топлива, кДж/кг; q₁ - полезно использованное тепло, отнесенное к располагаемому теплу топлива и представляющее собой к.п.д. брутто, %; D_пе - производительность котлоагрегата, кг/с; В - расход топлива в котле, кг/с (м³/с); h_пе, h_пв - соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды, кг/с.

Для водогрейного котла к.п.д. определяется по формуле:

, % (3) где D_в - расход сетевой воды через котел, кг/с; h_пр, h_обр - соответственно энтальпии прямой и обратной сетевой воды, кДж/кг.

Располагаемое тепло топлива определяется по формуле:

, кДж/кг (кДж/м³) (4)

где - низшая удельная теплота сгорания рабочей массы твёрдого, жидкого или сухой массы газообразного топлива, кДж/кг или кДж/нм³; Q_{в. вн} - тепло, внесённое в котлоагрегат воздухом, при нагреве в калорифере, кДж/кг; Q_тл - физическое тепло топлива, кДж/кг; Q_ф - тепло, поступаемое в котлоагрегат с паровым дутьём (форсуночным паром).

Физическое тепло топлива учитывается в тех случаях, когда оно предварительно нагрето посторонним источником тепла (паровой нагрев мазута и т.д.)

Тепло, затраченное на нагрев воздуха, поступающего в котлоагрегат, кДж/кг или кДж/нм³.

, (7)

где - отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому расходу воздуха ; - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на выходе из калорифера и на входе в него (холодного воздуха), кДж/кг или кДж/м³.

Тепло, вносимое в котёл паровым дутьём, определяется по формуле:

Q_ф=G_ф(h_ф-2510),

где G_ф - выход пара, идущего на дутьё или распыливание топлива, кг/кг; h_ф - энтальпия этого пара кДж/кг.

Для определения энтальпии пара и питательной воды по таблицам перегретого пара и воды необходимо знать их давление и температуру.

Давление пара и питательной воды, замеряется по приборам на щите управления котла. Температура перегретого пара и питательной воды замеряется термопарами, установленными на паропроводе и входном коллекторе водяного экономайзера. Вторичные показывающие или самопишущие приборы расположены на тепловом щите.

Определение к.п.д. нетто котлоагрегата.

Для определения к.п.д. нетто котлоагрегата необходимо подсчитать расход электроэнергии (привод дымосов, дутьевых и мельничных вентиляторов, мельниц, вентиляторов рециркуляции дымовых газов, питателей пыли и сырого угля) и тепла (на обдувку, распыливание мазута, с продувочной водой и на собственные нужды).

Мощность, потребляемая электродвигателем, подсчитывается по замерам силы тока и напряжения, с учётом косинуса j

,кВт (9)

где I - сила тока, а; V - напряжение, в; Cos j - принимают равным 0,85. Суммарная мощность , расходуемая электродвигателями всех вспомогательных агрегатов на собственные нужды равна:

, кВт (10)

где - мощность, затрачиваемая на привод соответственно дымососов, дутьевых вентиляторов и вентиляторов рециркуляции дымовых газов.

Расход тепла на собственные нужды самого котла могут быть незначительными, тогда общий расход энергии на собственные нужды в % от располагаемого тепла топлива будет составлять:

Dh_сн= , % (11)

Таким образом, КПД нетто котла равен:

h_нетто=h_бр-Dh_сн, % (12)

Расход топлива, кг/с (или м3/с), определяется по фор­муле

B=(D(hп.п - h’п.в.))/(Qр/н ٠ ηк)٠100

25. Как рассчитываются потери в котле с уходящими газами?

От каких величин зависят эти потери тепла?

Потерю теплоты с уходящими газами Q₂ определяют как разность между энтальпией газов на выходе из ко­тельного агрегата и воздуха, поступающего в котельный агрегат (до воздухоподогревателя)

Из всех потерь теплоты величина Q₂ — самая значительная. Ве­личина Q₂ возрастает с увеличением коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, влажности твердого топлива и забаллас-тированности негорючими газами газообразного топлива. Снижение присосов воздуха и улучшение качества горения приводят к некоторому уменьшению потери теплоты Q₂. Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их темпе­ратура. Для снижения Т_ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева — воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т_ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капиталь­ные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров. С уменьшением Т_ух возрастает КПД и снижаются рас-, ход топлива и затраты на него. Однако при этом ↑ площади теплоиспользующих поверхностей, в результате чего повышаются стоимость установки и эксплуатацион­ные расходы.