Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемого располагаемым теплом Q_P, и суммой полезно использованного тепла Q₁ и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄. На основании теплового баланса вычисляют КПД и необходимый расход топлива.

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

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Q_P + Q_в.вн = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆, кДж/м³, (2.4.1-1)

где Q_P – располагаемое тепло топлива; Q_в.вн – тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла; Q_ф – тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром); Q₁ – полезно использованное тепло; Q₂ – потеря тепла с уходящими газами; Q₃ – потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива;– потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива; Q₅ – потеря тепла от наружного охлаждения; Q₆ – потеря с теплом шлака.

При сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Q_в.вн, Q_ф, Q₄, Q₆ равны 0, поэтому уравнение теплового баланса будет выглядеть так:

Q_P = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₅, кДж/м³. (2.4.1-2)

Располагаемое тепло 1 м³ газообразного топлива:

Q_P = Q^d_i + i_тл, кДж/м³, (2.4.1-3)

где Q^d_i – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³ (см. табл. 1); i_тл – физическое тепло топлива, кДж/м³. Учитывается в том случае, когда топливо подогревается посторонним источником тепла. В нашем случае этого не происходит, поэтому Q_P = Q^d_i, кДж/м³, (2.4.1-4)

Q_P = 36 800 кДж/м³. (2.4.1-5)

2.4.2 Тепловые потери и КПД котла

Потери тепла обычно выражаются в % от располагаемого тепла топлива:

и т.д. (2.4.2-1)

Потеря тепла с уходящими газами в атмосферу определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева (экономайзера) и холодного воздуха:

, (2.4.2-2)

где I_ух = I^Н_ЭК – энтальпия уходящих газов. Определяется интерполяцией по данным таблицы 7 по заданной температуре уходящих газов t_ух°С:

, кДж/м³. (2.4.2-3)

α_ух = α^Н_ЭК – коэффициент избытка воздуха за экономайзером (см. табл.3);

I_0.х.в. – энтальпия холодного воздуха,

I_0.х.в = (ct)_в*V^H₀ = 39,8*V^H₀, кДж/м³, (2.4.2-4)

где (ct)_в = 39,8 кДж/м³ – энтальпия 1 м³ холодного воздуха при t_х.в. = 30°С; V^H₀ – теоретический объем воздуха, м³/м³ (см. табл. 4) = 9,74 м³/м³.

I_0.х.в = (ct)_в*V^H₀ = 39,8*9,74 = 387,652 кДж/м³, (2.4.2-5)

По таблице параметров паровых котлов t_ух = 162°С,

,(2.4.2-6)

(2.4.2-7)

Потеря тепла от химической неполноты сгорания q₃, %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н₂, СН₄ и др.). Для проектируемого котла принимаем

q₃ = 0,5%.

Потеря тепла от наружного охлаждения q₅, %, принимается по таблице 8 в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с,

кг/с, (2.4.2-8)

где D, т/ч – из исходных данных = 6,73 т/ч.

Таблица 8 – Потери теплоты от наружного охлаждения парового котла с хвостовыми поверхностями

Номинальная паропроизводительность котла D, кг/с (т/ч)	Потеря теплоты q₅, %
1,67 (6)	2,4
2,78 (10)	1,7
4,16 (15)	1,5
5,55 (20)	1,3
6,94 (25)	1,25