Тепловой и энергетический балансы теплогенератора (котла)

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в теплогенераторе, составляет его тепловой баланс. При тепловом расчете тепловой баланс составляют на основании нормативных материалов на 1 кг израсходованного твердого или жидкого топлива (или на 1 м3 газообразного топлива), или в процентах от введенной теплоты. Тепловой баланс теплогенератора выражается равенством между введенной и израсходованной теплотой, отнесенной к 1 кг (м3) израсходованного топлива (рис. 2.28);

Левая часть уравнения теплового баланса или располагаемая теплота Q? (отнесенная к 1 кг (м3) топлива), вводимая в теплогенератор для преобразования ее в энергию пара или горячей воды, в общем случае может содержать;

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. В основе приходной части теплового баланса лежит величина Q) — низшая рабочая теплота сгорания топлива, поскольку температура продуктов сгорания, покидающих котел, лежит выше температуры конденсации водяных паров, в них содержащихся. В случае если водяные пары конденсируются, расчет теплового баланса следует вести по высшей теплоте сгорания Qr, Теплота сгорания топлива является основным источником энергии процесса производства пара или горячей воды в котле. Второе слагаемое уравнения (2.30) Q$.T — физическая теплота, вводимая в котел с топливом. кДж/ /кг (кДж/м3):

Третье слагамое в уравнении (2.30) 3фв— физическая теплота воздуха, учитываемая только при подогреве вводимого в котел воздуха вне котла за счет постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нем дополнительного топлива).

Четвертое слагаемое Qnap— теплота, вводимая в топочный объем с паром при паровом распыле мазута или при вводе пара под колосниковую решетку для улучшения процесса горения при слоевом сжигании антрацита:

Величина Q3K3 выражает теплоту экзотермических реакций некоторых технологических процессов (например, в процессе обжига колчедана в кипящем слое с установкой в этом слое тепловоспринимающих поверхностей нагрева для производства пара), которая может быть использована для получения пара. Величина Q3Hn выражает затраты теплоты на возможные эндотермические реакции (например, на разложение карбонатов при сжигании сланцев).

Величину (Зэл в уравнении (2.30) учитывают при выработке теплоты с использованием электроэнергии в качестве источника теплоты. В этом случае Qnpnx=Qp = = Qэл- При отсутствии подогрева топлива и воздуха от посторонних источников и выработки пара за счет теплоты экзотермических процессов принимают

При установившемся тепловом режиме работы котла уравнение (2.31) с учетом (2.32) можно записать, принимая располагаемую теплоту за 100%:

Полное количество полезно используемой теплоты Qi для производства водяного пара расходуется на подогрев воды (Эпод, ее испарение QHcm перегрев пара в первой Qnep и второй Q ер ступенях пароперегревателя, а также на нагрев в котле теплоносителя (воды или воздуха), отдаваемого затем потребителю (например, подогрев воды тепловой сети в теплофикационном экономайзере котла) Qorn, кДж/кг:

При определении эффективности использования топлива при выработке тепловой энергии следует учитывать также расход электрической и тепловой энергии на собственные нужды (привод насосов, тягодутьевых устройств, расход теплоты на подогрев воды вне котла, ее Деаэрацию и др.). В связи с этим введено понятие КПД котла (нетто):

Предельная температура уходящих газов 0ух по технологическим параметрам определяется условиями предотвращения возможности внешней низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей нагрева котла и зависит от содержания окислов серы в уходящих газах. Температуру 0ух в промышленных и отопительных котлах принимают от 150—170°С и выше при наличии хвостовых поверхностей нагрева и 250—420°С при их отсутствии. При установке воздухоподогревателей разность между Оух и tвх должна быть выше 50 °С, так чтобы на холодных тепловоспринимающих поверхностях нагрева не было конденсации паров воды из воздуха.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива qz — Qz/Qp, %, возникают при появлении в продуктах сгорания горючих газообразных компонентов (Нг, СО, СН4, СтН и др.) вследствие неполного выгорания топлива в пределах топочного объема котла. За его пределами горючие газы не догорают в связи с низкими температурами по газовому тракту котла. Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть: плохое смесеобразование, особенно в начальных стадиях горения топлива; общий недостаток воздуха; низкая температура в топочном объеме котла, особенно в зоне догорания топлива. При достаточном коэффициенте избытка воздуха и хорошем смесеобразовании потери теплоты с химической неполнотой сгорания q зависят от объемного тепловыделения в топочном объеме qv =

(BQi )/Vr). Оптимальное значение qv, при котором обеспечиваются минимальные значения Q3, зависит от вида топлива, конструкции топки и способа сжигания топлива. В топках современных котлов потери теплоты с химической неполнотой сгорания составляют: при камерном сжигании q

= 0,41 МВт/м3. В основе расчета величины