Складання теплового балансу та визначення ККД КА.

Ефективність використання палива визначається трьома основними факторами:

1) повнотою згоряння палива в топковій камері;

2) глибиною охолодження продуктів згоряння в поверхнях нагрівання;

3) зниженням втрат теплоти в навколишнє середовище.

Повнота використання теплоти палива в КА визначається коефіцієнтом корисної дії КА брутто - , який є відношенням корисно використаної в КА теплоти Q₁ до наявної теплоти згоряння палива :

, - за прямим балансом. (22)

Для одержання к.к.д. складається рівняння теплового балансу КА. Тепловим балансом називається рівність між кількістю теплоти, внесеної в КА , і сумою корисно використаної теплоти Q₁ й теплових втрат :

(23)

Сума всіх внесених потоків називається наявною теплотою.

Тепловий баланс складається на 1 кг твердого або рідкого і на 1 м ³ газоподібного палива для сталого режиму роботи КА.

У лівій частині рівняння наявна теплота визначається за формулою:

, (24)

де - нижча теплота згоряння робочого палива;

- фізична теплота палива (враховується якщо паливо підігріте поза КА):

, (25)

де - теплоємність робочої маси палива;

- температура палива на вході у топку.

При використанні мазуту його питому теплоємність визначають за формулою, кДж/(кг·⁰С):

, (26)

де t _М - температура мазуту, яка дорівнює 110…120 ⁰С.

– теплота внесена з повітрям, підігрітим поза КА:

, (27)

де с^/_ПОВ - середня об’ємна теплоємність повітря при р=const; при температурах до 300 ⁰С приймають с^/_ПОВ =1,33 кДж/(м³ К);

Dt_ПОВ= t^Г_ПОВ – t^Х_ПОВ – різниця температур між підігрітим – t^Г_ПОВ і холодним повітрям – t^Х_ПОВ;

– теплота, внесена парою, яка застосовується для розпилення мазуту:

, (28)

де h_ф- ентальпія пари, кДж/кг; W_Ф – витрата пари на дуття або розпилення, (кг пари)/(кг мазуту); h_ф- ентальпія пари, кДж/кг, 2510 – теплота пароутворення води, кДж/кг;

– теплота, що витрачається на розкладання карбонатів (при спалюванні сланців):

, (29)

де К - коефіцієнт розкладання карбонатів. При спалюванні палива в шарі приймається К=0,7, при камерному - К=1;

- вміст двоокису вуглецю карбонатів у відсотках робочої маси палива.

В рівнянні не врахована теплота, яка вноситься в топку з гарячим повітрям, бо така ж кількість теплоти віддається продуктами згоряння в повітронагрівачі (рециркуляція теплоти).

Наявна теплота палива у більшості випадків приймається рівною нижчій теплоті його згоряння . Але в ряді випадків враховуються й інші джерела надходження теплоти, якщо вони становлять помітну величину.

Корисно використаною Q₁ називається кількість теплоти, отримана робочим тілом (вода, пара) у КА в розрахунку на 1 кг (м³) палива, яке спалюється:

(30)

де h_ПП, h^ВХ_ЖВ, h ^ХВО_ЖВ., h_КВ – ентальпії перегрітої пари, живильної води на вході до економайзеру, живильної води на вході до барабану з ХВО, води на лінії насичення при тиску в барабані;

– ентальпії пари на виході і вході з проміжного перегрівача, кДж/кг;

В – витрата палива, кг/с або м³/с.

Загальна втрата теплоти складається з суми втрат теплоти (рис.7):

Q₂ - з димовими газами. Залежить від вологості повітря, температури точки роси і температури відхідних газів;

Q₃ - від хімічної неповноти згоряння палива. Обумовлені неякісним сумішоутворенням, загальною нестачею повітря та низькою температурою в зоні догоряння палива;

Q₄ - від механічного недопалу палива (для газоподібного й рідкого палива зневажають). Складається з втрат теплоти з:

· шлаками (видалення часток палива, що не догоріло, які заплавились у шлаку) - Q₄^{ШЛ 1} та Q₄^{ШЛ 2};

· -з провалом палива під колосникові решітки Q₄^ПР;

· -з часточками, що виносяться відхідними газами Q₄^УН;

 

 

 

Рис. 7. До теплового балансу парового котлоагрегату.

Індекси: т – топка; к – конвективний газохід; ун – винесення золи; шл – шлак.

 

Q₅ - у навколишнє середовище (від зовнішнього охолодження топки Q₅^Т та конвективних поверхонь Q₅^К). Обумовлені різницею температур зовнішньої поверхні котла та навколишнього середовища;

Q₆ - з фізичною теплотою шлаків, що пов’язано з високою температурою шлаку у порівнянні з температурою оточуючого середовища.

Пряме визначення ККД КА за формулою (23) може виявитися недостатньо точним і викликає великі труднощі, особливо у випадку потужних КА, тому що вимагає виміру великої кількості параметрів, а також масових витрат пари й палива.

Якщо _. прийняти за 100%, то тепловий баланс можна записати у відсотках:

, (31)

де . (32)

Коефіцієнт корисної дії брутто можна визначити, знаючи суму теплових втрат при його роботі, тобтометодом зворотного балансу

. (33)

ККД нетто визначається відрахуванням із ККД брутто втрат на власні потреби:

, (34)

де – витрата теплоти на власні потреби КА.

Визначення ККД котлоагрегату проводять за наступною методикою:

1. Розраховують наявну теплоту, віднесену до 1кг твердого чи рідкого палива, за формулою (25). Для газоподібного палива .

2. За типом топки з табл. 6 обираємо значення втрат теплоти від хімічної - q₃ і механічної неповноти згоряння палива - q₄. Втрати теплоти в оточуюче середовище від зовнішнього охолодження котла - q₅ в залежності від паропродуктивності котла вибираємо з рис.8. При спалюванні рідкого і газоподібного палива q₄=0.

 

Рис. 8. Втрати теплоти в оточуюче середовище від зовнішнього охолодження котла в залежності від його паропродуктивності.

1 – котел з водяним економайзером чи повітронагрівачем; 2 – котел без водяного економайзера чи повітронагрівача.

 

 

3. Розраховуємо втрати теплоти з відхідними газами:

, (35)

де - ентальпія відхідних газів;

- ентальпія холодного повітря при , кДж/кг (кДж/м³):

, (36)

де - ентальпія повітря при температурі .

4. Визначаємо втрати теплоти з фізичною теплотою шлаків, які видаляються з топки,%:

, (37)

де - частка золи палива в шлаку;

- питома ентальпія шлаків, кДж/кг, при температурі шлаків J = 1500-1600 ⁰С для рідкого шлаковидалення та J = 600 ⁰С - з сухим шлаковидаленням.

Результати розрахунків всіх складових теплового балансу котлоагрегату заносять в табл. 8 і визначають:

– абсолютні теплові втрати і корисно використану теплоту

– загальні теплові втрати;

– ККД котлоагрегату за зворотним і прямим балансами.