Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла , и тепловых потерь , , , и . На основании теплового баланса вычисляют КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива при 0 °С и 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид, кДж/кг (кДж/м3):

. (5.1)

Располагаемое тепло 1 кг твердого (жидкого) топлива определяется соответственно по формуле:

, (5.2)

где , – низшая теплота сгорания рабочей массы твердого (жидкого) и сухой массы газообразного топлива, кДж/кг (кДж/м3); – физическое тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3); – тепло, затраченное на разложение карбонатов при сжигании сланцев, кДж/кг; – коэффициент разложении карбонатов.

Физическое тепло топлива , кДж/кг (кДж/м3) определяют по формуле:

, (5.3)

где – температура рабочего топлива, °С. Учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогрето посторонним источником тепла, а также при сушке по разомкнутому циклу; – теплоемкость рабочего топлива, кДж/(кг∙К), определяемая по формулам:

для твердого топлива:

, (5.4)

где =1,0951– теплоемкость сухой массы топлива, кДж/(кг∙К), принимается по таблице 5.1.

Таблица. 5.1. Теплоемкость сухой массы твердого топлива, кДж/(кг∙К)

Топливо	Температура, °С
Антрацит и тощий уголь	0,92	0,96	1,05	1,13	1,17
Каменный уголь	0,96	1,09	1,26	1,42	–
Бурый уголь	1,09	1,26	1,47	–	–
Сланцы	1,05	1,13	1,30	–	–
Фрезерный торф	1,30	1,51	1,80	–	–

Потеря тепла с уходящими газами определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и холодного воздуха, %:

, (5.5)

где – энтальпия уходящих газов при избытке воздуха и температуре , кДж/кг (кДж/м3), определяется по диаграмме; – энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, на входе в воздушный тракт, кДж/кг (кДж/м3); – потеря от механической неполноты сгорания, %.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, кДж/кг (кДж/м3), определяют по формуле:

, (5.6)

где – влагосодержание воздуха, в обычных условиях принимаемое 5 г/кг; =1,884, =1,005 – средние весовые теплоемкости водяного пара и сухого воздуха для заданных условий, кДж/кг К; – температура воздуха в котельной, °С.

Потеря тепла от химической неполноты сгорания , %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в уходящих газах, определяется по формуле:

. (5.7)

При сжигании твердых топлив в слоевых топках принимается по таблице 4.2

Потеря тепла от механической неполноты сгорания определяется недожогом топлива в шлаке, провале и уносе (при частичном возврате последнего в топку учитывается унос, не уловленный устройствами для возврата).

Значения для камерных топок с твердым и жидким шлакоудалением даны в таблице 4.2, и и суммарные значения для слоевых топок.

Потеря тепла от наружного охлаждения зависит от большого числа факторов и главным образом от размеров и конструкции котла и топки, теплопроводности материала и толщины стенок обмуровки, тепловой производительность котлоагрегата, температуры наружного слоя обмуровки и окружающего воздуха и т. д. Потеря тепла от наружного охлаждения для стационарных паровых котлов принимается по таблице 5.2.

Таблица 5.2. Потеря тепла от наружного охлаждения для стационарных котлов, %

Номинальная производительность котла	Потеря теплоты, %
кг/с	т/ч	Собственно котел	Котел с хвостовыми поверхностями
0,55		3,4	3,8
1,11		3,1	2,9
1,67		1,6	2,4
2,22		1,2	2,0
2,78		–	1,7
4,16		–	1,5
5,55		–	1,3
8,33		–	1,2
11,11		–	1,0
16,66		–	0,9
22,22		–	0,8
27,77		–	0,7
55,55		–	0,6
83,33		–	0,5

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

для парового котла:

; (5.8)

где – потеря тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, % (принимаемая по таблице 5.2.); , – номинальная и фактическая нагрузка парового и водогрейного котла соответственно, кг/с (т/ч), МВт.

Разбивка потери тепла от наружного охлаждения котла по отдельным газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Доли этой потери, приходящиеся на отдельные газоходы, для упрощения принимаются пропорционально количеству тепла, отдаваемого газами в соответствующих газоходах. Поэтому при определении количества тепла, отданного газами, потери наружного охлаждения учитываются введением коэффициента сохранения тепла определяемого по формуле:

. (5.9)

Потеря с теплом шлака вводится в расчет для всех твердых топлив при камерном сжигании с жидким шлакоудалением и слоевом. Потеря тепла определяется по формуле:

, (5.10)

Температура золы (шлака) принимается равной:

при твердом шлакоудалении принимается равной – 600 °С;

Суммарная потеря тепла в топке определяется по формуле:

. (5.11)

КПД парового или водогрейного котла (брутто) по уравнению обратного баланса имеет следующий вид, %:

. (5.12)

Полное количество тепла , полезно использованное в котельном агрегате определяется по формуле:

для парового котла:

, (5.13)

где – количество (расход) выработанного перегретого пара, кг/с;

, – энтальпия перегретого пара и питательной воды.

Расход топлива , кг/с (м3/с), подаваемого в топку, определяют по формуле:

, (5.14)

где – тепло, внесенное в топку паровым дутьем (форсуночным паром)

Определение объемов продуктов сгорания и воздуха, а также тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива , кг/с (м3/с), вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания, определяется по формуле:

. (5.15)