Как определить кпд брутто котла агрегата при номинальной нагрузке

Обновлено: 15.05.2024

Определение КПД водогрейного котла по прямому и обратному балансу

Целью работы является ознакомление студентов с видами и методикой теплотехнических испытаний котельного агрегата, работающего на природном газе, на конкретной котельной установке.

По точности измерений испытания котла делятся на два класса.

Класс 1. По этому классу проводятся балансовые, гарантийные или научно-исследовательские испытания, к точности результатов которых предъявляются повышенные требования. Испытания, проводимые по первому классу, позволяют определить КПД котельного агрегата с точностью до 1,5 – 1,0 %.

Класс 2. По этому классу проводят балансовые, эксплуатационные, наладочные, сравнительные и другие испытания, к абсолютным значениям результатов которых предъявляются менее высокие требования. Испытания, проводимые по второму классу, дают возможность определить КПД котла с точностью 2,0 – 3,5 %.

Цель теплобалансового испытания заключается в составлении теплового баланса котельного агрегата, который показывает распределение теплоты, внесенной в топку, на основные составные части.

Порядок проведения опыта

В лабораторной работе тепловое испытание проводится по упрощенной методике с помощью эксплуатационных измерительных приборов.

Перед испытанием необходимо изучить конструкцию котлоагрегата и тепловую схему котельной установки.

Задачей лабораторной работы является определение производительности котла, расхода топлива, КПД, брутто котла и отдельных его потерь.

При проведении испытаний котлоагрегата, работающего на газообразном топливе, рекомендуется следующий примерный объем измерений, необходимых для составления теплового баланса:

1. Расход газообразного или жидкого топлива. При проведении испытаний состав топлива можно определять по нормативному методу.

2. Для определения производительности и параметров теплоносителя котла измеряется расход питательной воды расходомерами. Температура питательной воды измеряется термопарами.

3. Измерить температуру в топочной камере можно с помощью пирометра, а температуру продуктов сгорания по тракту котла – с помощью термопар или термометров сопротивления.

4. Состав уходящих газов определяется с помощью газоанализаторов.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид

Полезно используемая теплота может определяться по прямому и обратному балансу. По прямому балансу (при непосредственном измерении расхода топлива)

где G_в.к – расход воды через водогрейный котел; i_вых, i_вх – энтальпии воды на выходе и входе в водогрейный котел, кДж/кг.

При расчете по обратному балансу

КПД котла (брутто) характеризует только тепловое совершенство котла без учета затрат энергии на привод вентиляторов, дымососов, насосов и определяется по уравнению прямого баланса:

или по уравнению обратного баланса:

С учетом сжигания газообразного топлива уравнения примут вид

Потери теплоты с уходящими газами составляют

где I_ух – энтальпия уходящих газов, которая складывается из энтальпий газов, входящих в его состав,

Объем газов определяется по формулам:

Объем сухих газов находят по формуле

где в знаменатель подставляют значения газов в продуктах сгорания, в числитель –процентное содержание компонентов, входящих в состав топлива.

Содержание азота равно

Объем водяных паров составляет

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива имеют место, когда горючие газы не полностью сгорают и частично остаются в дымовых газах

Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис. 2.5 в зависимости от номинальной производительности котлоагрегата.

По данным результатов испытаний котельного агрегата должен быть составлен отчет, в котором следует отразить все этапы проделанной работы.

В начале отчета приводится аннотация, в которой сжато излагаются результаты работы и основной вывод об экономичности котельного агрегата. Затем описываются конструктивные характеристики котла и вспомогательного оборудования котельной установки.

Специальный раздел должен быть посвящен методике измерений и расчетов. В этом разделе приводится подробная схема расстановки контрольно-измерительных приборов, указывается тип приборов, которые использовались при испытании, оценивается погрешность измерения основных параметров.

В заключении необходимо выполнить анализ всех тепловых потерь в котельной установке и сделать вывод об экономичности работы котла.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Содержание курсового проекта

При выполнении курсового проекта студенты практически знакомятся с расчетом тепловых схем на примере расчета тепловой схемы котельной, получают навыки расчета и выбора основного и вспомогательного оборудования котельной; знакомятся с методикой конструкторского теплового расчета.

Курсовой проект должен содержать следующие разделы:

а) описание и расчет принципиальной тепловой схемы котельной;

б) определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной;

в) расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха;

г) тепловой баланс котельного агрегата;

д) тепловой расчет топки, газоходов, водяного экономайзера;

е) аэродинамический расчет;

ж) расчет и выбор вспомогательного оборудования котельной.

В начале каждого раздела следует указать цель расчета. Расчеты должны сопровождаться необходимыми эскизами и графиками. В конце расчетно-пояснительной записки следует дать выводы и привести список использованных литературных источников.

В связи с увеличением доли природного газа в топливном балансе методические указания по расчету даны для теплогенераторов, работающих на газообразном топливе.

Исходные данные приведены в табл. К1 и принимаются по заданию преподавателя.

Исходные данные

Номер варианта	Технологическая нагрузка, МВт	Давление технологического пара, МПа	Доля возврата конденсата с производства, %	Расчетная нагрузка отопление/ ГВС, МВт	Температура конденсата с производства, о С
4,9	0,5	3,5/1,5
5,5	0,7	5,0/2,0
9,0	0,9	4,5/1,1
0,8	5,2/2,5
7,5	0,75	3,0/0,9
6,3	0,6	3,7/1,2
5,9	0,82	4,0/1,7
8,6	0,65	6,1/2,1
6,9	0,87	3,7/1,4
10,5	0,75	3,9/1,3
4,9	0,6	7,0/3,0
5,5	0,82	10,5/4,0
9,0	0,65	9,3/2,2
0,87	10,4/5,2
7,5	0,55	6,0/1,8
6,3	0,5	7,3/2,4
5,9	0,7	8,6/3,4
8,6	0,9	12,2/4,2
6,9	0,8	7,4/2,8
10,5	0,55	7,8/3,6
4,9	0,5	7,0/4,5
5,5	0,7	15,0/6,0
9,0	0,9	12,5/1,3

Окончание таблицы К1

Номер варианта	Технологическая нагрузка, МВт	Давление технологического пара, МПа	Доля возврата конденсата с производства, %	Расчетная нагрузка отопление/ ГВС, МВт	Температура конденсата с производства, оС
0,8	15,2/2,7
7,5	0,75	9,0/1,9
6,3	0,6	13,7/3,2
5,9	0,82	14,0/2,7
8,6	0,65	16,1/2,3
6,9	0,87	13,5/2,4
10,5	0,55	13,9/1,3

Вид топлива принимается по номеру варианта по табл. К2.

На двух листах формата А1 необходимо представить план и разрез котельной установки и чертеж котла.

Перед расчетом тепловой схемы необходимо вычертить ее на листе, проставить все известные величины и сделать описание ее в соответствии с заданием. При этом энтальпию воды (конденсата) можно вычислять по приближенной формуле, применяемой в области относительно небольших температур и давлений:

где с_p = 4,187 кДж/(кг× о С) – изобарная теплоемкость воды; t_в – температура воды или конденсата, о С.

Расчет котельной установки

Предварительное определение производительности котельной установки

Расчет тепловой схемы следует начинать с предварительного определения производительности котельной установки «брутто».

Производительность котельной «брутто», складывается из производительности «нетто» – расхода пара на технологические нужды промышленного потребителя D_тех, расходов пара D_сет на подогрев воды, идущей в тепловую сеть для отопления и горячего водоснабжения, на подогрев исходной воды, расхода пара на термическую деаэрацию питательной воды и потери пара в котельной установке.

Расход пара на производство D_тех, кг/с, зависит от технологической нагрузки Q_тех, МВт, и энтальпий производственного пара из парового коллектора i_пк, кДж/кг, и конденсата с производства , кДж/кг:

Количество конденсата, возвращаемого с производства, кг/с, составляет

где a_конд – доля возврата конденсата с производства, %.

Подогрев сетевой воды, подаваемой на отопление и горячее водоснабжение, производят паром после редукционно-охладительной установки РОУ в сетевом подогревателе и охладителе конденсата пара сетевого подогревателя.

По уравнению теплового баланса для сетевого подогревателя и охладителя конденсата сетевого подогревателя можно найти расход пара на покрытие общей нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

где Q_сет = Q_о.в + Q_гвс – сумма нагрузок на отопление, вентиляцию и ГВС, МВт; i_пк – энтальпия пара, подаваемого из парового коллектора на сетевой подогреватель, кДж/кг; i_к₆ – энтальпия конденсата после охладителя конденсата сетевого подогревателя Т6, кДж/кг.

Общий расход пара на покрытие производственной и жилищно-коммунальной нагрузок внешних потребителей равен

Расход пара на собственные нужды котельной D_сн принимают равным 15 – 30 % от величины D_внеш, а потери пара D_пот в тепловой схеме котельной составляют 3 – 5 % общего расхода пара на внешнего потребителя.

Количество пара, подаваемого через паровой коллектор после редукционно-охладительной установки, составляет, кг/с,

При пароснабжении от редукционно-охладительной установки (РОУ) в РОУ вместе с паром подают питательную воду G_РОУ, отобранную перед экономайзером, для получения влажного насыщенного пара.

где i_пк – энтальпия пара, подаваемого из парового коллектора после РОУ, кДж/кг;
i_пг – энтальпия пара после парогенератора перед РОУ, кДж/кг; i_пв – энтальпия питательной воды, добавляемой в РОУ, кДж/кг.

Предварительно определить полную производительность котельной можно по формуле

Определение потоков теплоносителей в тепловой схеме

Расход добавочной питательной воды, предназначенной для восполнения потерь пара и конденсата из тепловой схемы котельной, складывается из потерь пара D_пот и невозврата конденсата с производства , кг/с:

Для уменьшения солесодержания котловой воды и получения чистого пара производится непрерывная продувка котельных агрегатов. Величина продувки зависит от солесодержания химически очищенной воды и доли потерь пара и конденсата :

где – солесодержание котловой воды, принимается 3000 – 10 000 мг/кг; – солесодержание химически очищенной воды, принимается 250 – 350 мг/кг.

Расход продувочной воды составляет, кг/с,

Для уменьшения потерь теплоты с продувочной водой применяют сепараторы непрерывной продувки СНП. Пар из сепаратора обычно направляют в колонку атмосферного деаэратора.

Теплоту продувочной воды, как правило, используют для подогрева исходной воды в охладителе непрерывной продувки, а затем сбрасывают в канализацию.

Количество пара D_п.снп, кг/с, выделяющегося из продувочной воды, можно определить из теплового баланса сепаратора непрерывной продувки:

где – энтальпия котловой воды при давлении в барабане котла, кДж/кг; – энтальпия пара, выделяющегося из продувочной воды в сепараторе, кДж/кг; – энтальпия воды при давлении в сепараторе, кДж/кг;

– расход продувочной воды, сливаемой в канализацию после сепаратора, кг/с.

Из уравнения теплового баланса сепаратора следует

Для постоянной подпитки котлоагрегата, в том числе для восполнения потерь теплоносителя с продувочной водой, используется питательная вода. Расход питательной воды после деаэратора составляет

Деаэратор предназначен для удаления с выпаром коррозионно-агрессивных газов, растворенных в воде. Нормативный расход выпара для атмосферных и вакуумных деаэраторов равен соответственно 2 и 5 кг на тонну деаэрированной воды, т. е., например, расход выпара деаэратора питательной воды атмосферного давления составляет

Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию G_о, кг/с, можно определить по формуле

где с_p– изобарная теплоемкость воды, кДж/(кг× о С); t₁, t₂ – температура воды в подающей и обратной магистрали соответственно, о С.

В открытой системе теплоснабжения вода на горячее водоснабжение подается непосредственно из теплосети. Расходы воды на горячее водоснабжение в открытой системе равен

где t_гв, t_хв – температура горячей и холодной воды соответственно, t_хв= 5 о С.

В закрытой системе расход воды на ГВС можно рассчитать по формуле

Для восполнения утечек воды из теплосети используют подпиточную воду, обработанную в первой ступени химводоочистки и в деаэраторе подпиточной воды. Расход подпиточной воды G_подп, кг/с, складывается из потерь в теплосети, составляющих 2 – 5 % от общего расхода сетевой воды, и расхода воды на горячее водоснабжение:

В котельных, имеющих мазутное хозяйство, необходимо постоянно подавать некоторое количество пара D_м.х, кг/с, на подогрев мазута и его распыливание в форсунках:

Количество конденсата G_м.х, кг/с, возвращаемого из мазутного хозяйства в тепловую схему котельной, составляет 60 % подаваемого расхода пара D_м.х, кг/с, из-за потерь пара при распыливании мазута в форсунках D_ф, кг/с:

Уточненные суммарные потери пара и конденсата в тепловой схеме котельной и теплосети, которые необходимо восполнить химически очищенной водой, составляют

где – расход выпара деаэратора подпиточной воды, кг/с.

Часть сырой воды, предназначенная для подпитки котлов, проходит обработку в двух ступенях химводоочистки (ХВО), а подпиточная вода, поступающая для восполнения потерь в теплосети, обрабатывается только в первой ступени ХВО, т. е. расход воды на вторую ступень умягчения G_хов₂ , кг/с, составляет

С учетом потерь в водоподготовительной установке на умягчение воды расход исходной сырой воды G_и.в, кг/с, перед ХВО можно рассчитать по формуле

Исходная вода последовательно нагревается в охладителе непрерывной продувки Т1, пароводяных подогревателях Т2 и Т3 и водоводяном теплообменнике Т4
(рис. 7.1 – 7.10).

Энтальпию исходной воды после Т1 можно определить из уравнения теплового баланса

где i_к₁ – энтальпия конденсата подогревателя Т1, кДж/кг.

Расход пара на подогреватель исходной воды Т2 равен, кг/с:

где – энтальпия воды на выходе из подогревателя Т2 перед ХВО, кДж/кг; – энтальпия конденсата подогревателя Т2, кДж/кг.

Между подогревателями Т2 и Т3 вода проходит химическую очистку, в результате которой из нее удаляются соли жесткости, а температура падает примерно на 3 о С.

Энтальпию исходной воды после Т3 (перед Т4) можно определить из уравнения теплового баланса

где i₄ – энтальпия воды после подогревателя Т4, кДж/кг; i_д.в – энтальпия деаэрированной воды после деаэратора питательной воды, кДж/кг.

Расход пара на подогреватель Т3, кг/с:

где – энтальпия химически очищенной воды после ХВО, кДж/кг; – энтальпия конденсата подогревателя Т3, кДж/кг.

Энтальпию подпиточной воды после Т7 (перед Т8) можно определить из уравнения теплового баланса для Т8

где i₈ – энтальпия подпиточной воды после подогревателя Т8, кДж/кг; i_д.в₂ – энтальпия деаэрированной воды после деаэратора подпиточной воды, кДж/кг.

Расход пара на подогреватель Т7, кг/с:

где – энтальпия конденсата подогревателя Т7, кДж/кг.

Энтальпия подпиточной воды после охладителя выпара Т9 равна

где – энтальпия насыщенного пара при р = 0,12 МПа, кДж/кг; – энтальпия конденсата насыщенного пара при t =104,3 о С, кДж/кг.

Расход греющего агента – пара D_га, кг/с, на подогрев воды в деаэраторе питательной воды можно определить из уравнения теплового баланса для деаэратора

где i_га – энтальпия греющего агента деаэратора, кДж/кг.

Расход пара на деаэратор подпиточной воды можно определить из уравнения теплового баланса

Расчетный расход пара на собственные нужды котельной составляет

Расчетная паропроизводительность котельной

Подбор числа котлов. Количество котлов для производственно-отопительной котельной выбирается в зависимости от отношения:

где – единичная производительность котла.

После выбора марки и производительности котлоагрегата выполняют его тепловой расчет.

Тепловой расчет котла

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Как рассчитать коэффициент полезного действия котла

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

* Чтобы купить котел Уникал заходите в соответствующий раздел. А если нужны отопительные котлы оптом, то переходите сюда.

Как рассчитать кпд котла

ηбр = 100 Qпол / Qрр

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

Как увеличить кпд газового котла своими руками

Создать правильные условия эксплуатации газового котла и тем самым повысить коэффициент полезного действия можно реально, не вызывая специалиста, то есть своими руками. Что для этого нужно сделать?

Отрегулировать заслонку поддувала. Это можно сделать экспериментальным путем, найдя, при какой позиции температура теплоносителя будет выше всего. Контроль проводите по термометру, установленному в корпусе котла.
Обязательно следить, чтобы трубы системы отопления не зарастали изнутри, чтобы на них не образовывалась накипь и грязевые отложения. С пластиковыми трубами сегодня стало проще, их качество известно. И все же специалисты рекомендуют периодически продувать систему отопления.
Следить за качеством дымохода. Нельзя допускать его засорение и налипания на стенки сажи. Все это приводит к суживанию сечения отводящей трубы и уменьшению тяги котла.
Обязательное условие – чистка камеры сгорания. Конечно, газ не сильно коптит, как дрова или уголь, но стоит хотя бы один раз в три года мыть топку, очищая ее от сажи.
Специалисты рекомендуют снизить тягу дымохода в самое холодное время года. Для этого можно использовать специальное устройство – ограничитель тяги. Устанавливается он на самом верхнем краю дымохода и регулирует сечение самой трубы.
Снизить химические тепловые потери. Здесь два варианта, чтобы добиться оптимального значения: установить ограничитель тяги (уже выше было об этом сказано) и сразу после установки газового котла провести грамотную настройку оборудования. Рекомендуем это поручить специалисту.
Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.

Создать уютную и комфортную атмосферу в загородном доме довольно просто – нужно только правильно оборудовать систему отопления. Главным компонентом эффективной и надежной отопительной системы является котел. В статье далее мы поговорим о том, как посчитать КПД котла, какие факторы на него влияют и как повысить эффективность отопительного оборудования в условиях конкретного дома.

Как подобрать котел

Безусловно, чтобы определить, насколько эффективным будет тот или иной водогрейный котел, необходимо определить его КПД (коэффициент полезного действия). Этот показатель представляет собой отношение использованного на обогрев помещения тепла к общему количеству сгенерированной тепловой энергии.

Формула расчета КПД выглядит так:

где Q1 – тепло, использованное эффективно;

Qri – общее количество выделенного тепла.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

ɳ=100-(q2+q3+q4+q5+q6), в которой

q2 – теплопотери с выходящими горючими газами;

q3 – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q4 – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q5 – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q6 – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q2). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

Q2= (T1-T3) × (A2 ÷ (21-O2) + B), где

T1 – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T3 – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O2 – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A2 и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q3 используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q3 составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q3=0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q4. В частности, для угля антрацита значение q4=4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Потери тепла в связи с внешним охлаждением

Такие потери тепла q5 обычно составляют не более 0,5 %, а по мере возрастания мощности отопительного оборудования они еще больше сокращаются.

Данный показатель связан с расчетом паропроизводительности котельной установки:

При условии паропроизводительности D в пределах 42-250 кг/с, значение потерь тепла q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
Если значение паропроизводительности D превышает 250 кг/с, уровень теплопотери считают равным 0,2 %.

Количество теплопотерь от удаления шлака

Значение теплопотерь q6 имеет значение только при жидком шлакоудалении. А вот в тех случаях, когда из топочной камеры удаляют шлаки твердого топлива, теплопотери q6 учитывают при расчете КПД котлов отопления только в случаях, если они составляют более 2,5Q.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

где Ашл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

Зл – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

Ар – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Qri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q6 будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q4, во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q3, как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q2 связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия. Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

обязательна периодическая чистка котла;
важно контролировать интенсивность горения и полноту сгорания топлива;
нужно рассчитать тягу с учетом давления подаваемого воздуха;
необходим расчет доли золы.

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

Как посчитать тепловую мощность

Формулу для расчёта тепловой мощности в гКал/час можно представить в виде:

Таким образом, для того чтобы посчитать мощность, которую выдаёт котельная, необходимо расход воды умножить на
разность температур (перепад между «подачей» и «обраткой») и разделить на 1000. У Вас получится мощность в
гигакаллориях (ГКал).

Как посчитать КПД котла.

Формулу для расчёта КПД котла можно представить в виде:

КПД = 100 – q2-q3-q4-q5-q6, где q2…q6 –
тепловые потери котла.

Из чего складываются потери КПД котла

Потери тепла с уходящими газами – q2 – составляют самую большую величину тепловых потерь котла. В
современном котле величина потерь – q2 – находится в пределах 10 – 12%, при работе котла на номинальной
нагрузке.

Потери тепла от наружного охлаждения – q5 – наблюдаются в связи с тем, что температура наружной
поверхности котла всегда выше температуры окружающей среды. Котёл в лёгкой обмуровке имеет величину потерь –
q5 – в пределах 0.5%

Прочие потери тепла – q6 – сумма потерь с физической теплотой шлака, на охлаждение панелей и балок, не
включённых в циркуляционную систему котла – как правило, не превышают 0.5-2%

Как увеличить КПД котла

Очевидный способ увеличения КПД – снижение потерь с теплом уходящих газов (q2).

Рассмотрим котёл №1 и котёл №2, номинальной мощностью 0.5 ГКал/час каждый, топливо уголь (5000кКал), имеющих разную
температуру уходящих газов:

Как определить кпд брутто котла агрегата при номинальной нагрузке

Коэффициент полезного действия (КПД) котельного агрегата определяют как отношение полезной теплоты, пошедшей на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте (теплоте, поступившей в котельный агрегат). На практике не вся полезная теплота, выработанная котлоагрегатом, направляется потребителям. Часть теплоты расходуется на собственные нужды. В зависимости от этого различают КПД агрегата по выработанной теплоте (КПД брутто) и КПД агрегата по теплоте, отпущенной потребителю (КПД нетто).

Разность выработанной и отпущенной теплот представляет собой расход на собственные нужды котельной. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления и т.д.), поэтому расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

КПД брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД нетто — коммерческую экономичность.

КПД брутто котельного агрегата η 6p , %, можно определить по уравнению прямого баланса

η 6p = lOOQ пол /Q pp

или по уравнению обратного баланса

η 6p = 100 - (q y.г + q x.н +q м.н +q но +q фш )

Рисунок 4.4 — Зависимость КПД котла η к от его нагрузки (D/D HOM )100

q y.г ,q x.н ,q м.н ,q но ,∑q пот — потери теплоты с уходящими газами, огг химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потери

Где Q пал — полезно используемая теплота, затраченная на выработку пара (или горячей воды);Q pp — располагаемая котельным агрегатом теплота; q y.г ,q x.н ,q м.н ,q но ,q фш — относительные потери теплоты по статьям расхода теплоты.

КПД нетто по уравнению обратного баланса определяется как разность

η нетто = η 6p -q с.н

где q с.н — относительный расход энергии на собственные нужды, %.

КПД по уравнению прямого баланса применяется преимущественно при составлении отчетности за отдельный период (декада, месяц), а КПД по уравнению обратного баланса — при испытании котельных агрегатов. Определение КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива, особенно при сжигании твердого топлива.

Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды. Поэтому сравнение экономичности работы различных котельных агрегатов в конечном счете следует проводить по их КПД нетто.

В целом КПД котельного агрегата изменяется в зависимости от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис. 4.4) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата ∑q пот = q y.г + q x.н +q м.н +q но ' которые зависят от нагрузки.

Как видно из рис. 4.4, КПД котельного агрегата при определенной нагрузке имеет максимальное значение, т.е. работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

К расчету средневзвешенного КПД брутто котельных

В общеизвестных методиках по проведению наладочных работ, определению расхода топлива и норм расхода топлива [1, 2, 3 и др.], расчет средневзвешенного КПД брутто котельных предлагается производить по формулам, аналогичным формуле

Далее, полученная величина средневзвешенного КПД брутто может быть использована для определения расхода топлива по формуле

В практической деятельности, автору пришлось иметь дело с расчетами расхода топлива для котельной с котлами, имеющими резко отличающиеся значения КПД брутто. В ходе расчетов выявилось заметное расхождение величины расхода топлива, полученного с использованием формул (1) и (2), с суммой расчетных расходов топлива по отдельным котлам. Пример.

Интересно, что если принять КПД брутто котла № 1 г] = 0,1, то результаты расчетов расхода топлива будут расходиться примерно в 3 раза.

Расхождение результатов заставило обратить внимание на правильность формулы (1). Очевидно, что величину г\ можно определить и по формуле:

где Вi - расход топлива для i-го котла. В свою очередь, величина Вi может быть представлена в виде:

Объединяя формулы (3) и (4) в одну формулу, получаем:

В отличие от формулы (1), полученная формула дает возможность полностью достоверно определять средневзвешенный КПД брутто котельной при любых соотношениях величин КПД брутто котлов.

Для наглядности, ниже приведен расчет расхода топлива для котельной по условиям примера с использованием формул (5) и (2).

Полученная величина расхода топлива для котельной полностью совпадает с суммой расчетных расходов топлива по отдельным котлам.

Выводы

Использование формулы (1) и ей аналогичных для определения средневзвешенного КПД брутто котельной может привести к серьезным ошибкам в расчетах топлива, особенно если величины КПД брутто котлов значительно отличаются друг от друга.

Для достоверного определения величины средневзвешенного КПД брутто котельной следует использовать формулу (5).

6 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 м 3 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 (м 3 /с); h_пе, h_пв - соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды, кг/с.

Если при работе котлоагрегата на электростанции во время испытаний имеет место непрерывная продувка и отбор насыщенного пара из барабана котла на собственные нужды, то

, % (2)

где D_пр- расход воды на непрерывную продувку, кг/с; D_сн- расход насыщенного пара на собственные нужды, кг/с; ,- соответственно энтальпии кипящей воды и насыщенного пара при давлении в барабане котла, кДж/кг.

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/м 3 ) (4)

где - низшая удельная теплота сгорания рабочей массы твёрдого, жидкого или сухой массы газообразного топлива, кДж/кг или кДж/нм 3 ; 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).

Состав топлива и величина должна определяться в химической лаборатории, а для известной марки топлива может быть принята по справочным данным.

Физическое тепло топлива может быть найдено по формуле:

, (5)

где t_тл - температура рабочего топлива, о С; С_тл - теплоёмкость топлива, кДж/(кг о С).

Теплоёмкость жидкого топлива зависит от температуры и определяется для мазута по приближенной формуле:

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/нм 3 .

, (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/м 3 .

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

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

КПД брутто котла по методу прямого баланса рассчитывается по формуле (I) или (2).

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.

42. К п д –брутто и к п д –нетто парового котла.

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто). По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды. В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:

по уравнению прямого баланса:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 - (qу.г + qх.н + qн.о)

где qу.г, qх.н, qн.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

ηнетто = ηбр - qс.н

где qс.н — расход энергии на собственные нужды, %.

Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

Зависимость КПД котла ηк от его нагрузки (D/Dном) 100

qу.г, qх.н, qн.о — потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потер.

Таким образом, для повышения эффективности отопительного котла недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3. 5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.

Изменение КПД отопительного котла зависит от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис.) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е. qу.г, qх.н, qн.о. Как видно из рисунок, КПД отопительного котла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать: Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Читайте также: