Лекция 8

Тема: Тепловой баланс и КПД парового котла

Цель: Ознакомиться с понятиями теплового баланса, КПД и основами анализа потерь парового котла

План лекции

1. Тепловой баланс и КПД паровых котлов с вентиляторным дутьем

2. Анализ потерь тепла в паровом котле

3. Тепловой баланс и КПД высоконапорных котлов

4. Тепловой баланс и КПД парогенератора ЯЭУ

1. Тепловой баланс и КПД паровых котлов с вентиляторным дутьем

Производство пара в паровом котле, как и при другом процессе трансформации энергии, сопровождается неизбежными потерями тепла. Эффективность использования тепловой энергии топлива, сгораемого в топке котла, и величину потерь тепла можно определить через коэффициент полезного действия котла - КПД.

Для определения КПД котла составляются уравнения теплового баланса.

Тепловой баланс котла представляет собой соотношения между приходом и расходом тепла в котле. Тепловой баланс принято составлять относительно 1 кг топлива для установившегося режима работы котла.

Согласно закону сохранения энергии, между приходом и расходом теплоты в котле должно существовать равенство. Рассмотрим уравнение теплового баланса для котла с вентиляторным дутьем с пароперегревателем и экономайзером (без воздухоподогревателя).

 

• Сумма теплот, вносимых с различными средами в паровой котел шзьтжтсярасполагаемой теплотой:

Тепло, ушедшее на производство пара Q1 - называется полезно использованной теплотой.

Для котлов с отбором насыщенного и перегретого пара она состоит из суммы полезной теплоты по насыщенному пару Q_HAC и полезной теплоты по перегретому пару Q_nE:

D_nE и D_HAC - количество перегретого и насыщенного (со степенью сухости -х) пара, отбираемого из котла, [ кг/час];

i_ПХ, i_X i_ПВ - энтальпии перегретого, насыщенного со степенью сухости х пара и питательной воды, [кДж / кг ];

В - расход топлива, [кг/час].

Остальная часть располагаемого тепла уходит из котла в виде потерь:

I_УХ - потери теплоты с уходящими газами, [кДж/кг];

Q₃ -потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄ -потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅ - тепло, рассеиваемое в окружающее пространство через обшивку и изоляцию котла, [кДж / кг ];

Таким образом, приходно-расходное выражение теплового баланса котла будет выглядеть:

Выражение в скобках: - потеря теплоты с уходящими газами:

Тогда уравнение теплового баланса примет вид:

Потери Q₄ от неполноты сгорания топлива актуальны для котлов с угольным отоплением и практически отсутствуют в судовых и корабельных котлах с мазутным отоплением, что говорит о совершенстве топочных процессов. Поэтому этим членом уравнения теплового баланса часто пренебрегают.

Учитывая, что для получения пара полезно используется только теплота Q₁, КПД котла можно определить, как отношение полезно использованной теплоты к теплоте сгорания топлива:

а выразив полезно использованную теплоту Q₁ через паропроизво-дительность, получим:

Но в реальных условиях котлы в процессе эксплуатации подвергаются периодическим продуваниям. С продуваемой водой теряется следующее количество теплоты:

где:

d_np - количество продуваемой из котла воды, [кг/ч];

i - энтальпия продуваемой воды, [кДж/кг].

При составлении тепловых балансов котлов принято потерю тепла с продуваемой водой не учитывать.

При проектировании паровых котлов, когда задан их КПД, можно определить расход топлива для заданных паропроизводительности и параметров пара:

Схематично уравнение теплового баланса и распределение тепла в котле с вентиляторным дутьем без воздухоподогревателя можно изобразить так:

Полезно использованное тепло складывается нз тепла, ушедшего на нагревание воды в экономайзере Q_3K, ее испарение в трубах лучевоспринимающих Q_Л и конвективных поверхностей нагрева Q_Mcn и на перегрев пара в пароперегревателе Q_nE. Таким образом полезная теплота, [кДж/кг]:

В каждой части котла имеются потери теплоты в окружающую среду. Общая потеря тепла на охлаждение котла Q₅ является суммой частных потерь в топке, испарителе, перегревателе и экономайзере, [кДж/кг]:

Таким образом для каждой части котла (топки, конвективной испарительной, перегревательной и экономайзера) можно составить частные уравнения теплового баланса.

С учетом частных уравнений теплового баланса, КПД котла можно выразить:

I₀ - теоретическая энтальпия продуктов сгорания топлива (без учета потерь на механический и химический недожог), [кДж/кг]:

п - коэффициент удержания тепла в котле, учитывающий охлаждение обшивки котла (теплообмен с внешней средой в топке, в районе конвективных поверхностей, пароперегревателя и экономайзера).

2. Анализ потерь тепла в паровом котле