Изчисляване на топлинния баланс на котлите

При бойлерите, както и при други отоплителни инсталации, не се използва цялата топлина, която се отделя при изгарянето на горивото. Голяма част от топлината върви заедно с продуктите на изгаряне в атмосферата, част от която се губи чрез тялото на котела и малка част се губи поради химическо или механично подскачане. Механичното подскачане се отнася до топлинни загуби, дължащи се на провал или увличане на пепелни елементи с неизгорели частици.

Термичният баланс на котела е разпределението на топлината, която се отделя при изгаряне на горивото, полезната топлина, използвана за предназначението, и топлинните загуби, които се получават, когато топлинното оборудване работи.

Схема на основните източници на топлинни загуби.

Като референтна стойност на пристигането на топлина се взема стойността, която може да бъде освободена при най-ниската топлина на изгаряне на цялото гориво.

Ако котелът използва твърдо или течно гориво, топлинният баланс е в килоджали спрямо всеки килограм консумирано гориво и при използване на газ - спрямо всеки кубичен метър. И в двата случая топлинният баланс може да бъде изразен като процент.
Уравнението на топлинния баланс
Уравнението на топлинния баланс на котела при изгарянето на газ може да бъде изразено чрез следната формула:

Оптималните параметри на натоварване осигуряват висока производителност на отоплителната система.

• QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6;
• където QT е общото количество топлинна топлина, постъпваща в пещта на котела;
• Q1 е полезната топлина, която се използва за отопление на охлаждащата течност или за производство на пара;
• Q2 - топлинни загуби, които се дължат на продуктите на изгаряне в атмосферата;
• Q3 - топлинни загуби, свързани с непълно химическо изгаряне;
• Q4 - загуба на топлина поради механично подскачане;
• Q5 - загуба на топлина през стените на котела и тръбите;
• Q6 - загуба на топлина поради отстраняването на пепел и шлака от пещта.

Както може да се види от уравнението на топлинния баланс, при изгарянето на газообразни или течни горива няма стойности Q4 и Q6, които са характерни само за твърдото гориво.

Ако топлинният баланс се изразява като процент от общата топлина (QT = 100), уравнението става:

• 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.

Ако разделяме всеки член на уравнението на топлинния баланс от лявата и дясната страна в QT и го умножим с 100, получаваме топлинния баланс като процент от общото получено количество топлина:

• q1 = Q1 * 100 / QT;
• q2 = Q2 * 100 / QT и т.н.

Ако се използва течно или газообразно гориво в котела, липсват загуби q4 и q6, уравнението на топлинния баланс на котела в проценти става:

• 100 = q1 + q2 + q3 + q5.

Трябва да разгледате всеки тип топлина и уравнения по-подробно.

Топлина, която е била използвана по предназначение (q1)

Схема на принципа на работа на стационарен топло генератор.

Топлината, която се използва за директна употреба, е тази, която се изразходва за отопление на охлаждащата течност, или производство на пара с предварително определена температура и налягане, което се смята за получено на температурата в економайзер котелни води. Наличието на икономист значително увеличава количеството полезна топлина, тъй като позволява по-голямо използване на топлината, която се съдържа в продуктите от горенето.

Когато котелът работи, еластичността и налягането на парата в него се увеличават. Точката на кипене на водата зависи от този процес. Ако при нормални условия температурата на кипене на водата е 100 ° C, след това с повишаване на налягането на парите този индекс се увеличава. В този случай, парата, която се намира в същия котел с вряща вода, се нарича наситена, а температурата на кипене на вода при дадено наситено парно налягане се нарича температура на насищане.

Ако в парата няма капчици вода, то се нарича суха наситена пара. Масата на сухата наситена пара във влажна пара е степента на сухост на пара, изразена като процент. При паровите котли влажността на парата варира от 0 до 0,1. Ако влажността надвиши тези стойности, котелът не работи в оптимален режим.

Полезната топлина, която се изразходва за нагряване на 1 литър вода от нулева температура до точката на кипене при постоянно налягане, се нарича енталпия на течността. Топлината, изразходвана за прехвърлянето на 1 литър вряща течност в изпарително състояние, се нарича латентна топлина на изпаряване. Сумата от тези два показателя е общото топлинно съдържание на наситените пари.

Загуба на топлина при продукти на изгаряне, напускащи атмосферата (q2)
Този тип загуба в проценти показва разликата в енталпията на изходящите газове и студения въздух, постъпващи в котела. Формулите за определяне на тези загуби се различават при използването на различни видове горивни вещества.

Изгарянето на мазута води до топлинни загуби поради химическо загряване.

При използване на твърдо гориво загубите q2 са:

• q2 = (Ir-αg * Ic) (100-q4) / QT;
• където Id - енталпия на димните газове в атмосферата (кДж / кг), αg - излишък съотношение въздух Ic - енталпия на въздуха, необходим за горене, при температура на получаването му от котела (кДж / кг).

Индикаторът q4 се въвежда във формулата, тъй като трябва да се вземе предвид топлината, освободена от физическото изгаряне на 1 кг гориво, а не за 1 кг гориво, влизащо в пещта.

Когато се използва газообразно или течно гориво, същата формула има формата:

• q2 = ((Ir-αg * Ic) / QT) * 100.

Загубата на топлина от димните газове зависи от състоянието на самия котел и режима на работа. Например, при ръчно зареждане на гориво в пещ, загубите на топлина от този тип се увеличават значително поради периодичния приток на свеж въздух.

Загубата на топлинна енергия с димните газове, напускащи атмосферата, се увеличава с нарастващата температура и количеството на консумирания въздух. Например, температурата на димните газове в отсъствието на економайзер и въздушен нагревател е 250-350 ° С, и, когато присъства - само 120-160 ° С, което е няколко пъти увеличава стойността използва полезна топлина.

Схема на тръбопроводите на котела.

От друга страна, недостатъчна температура на отработените газове на продуктите от горенето може да предизвика кондензация на водната пара на нагревателни повърхности, които също влияе на образуването на лед натрупване на димните тръби през зимата.

Количеството на консумиращия въздух зависи от вида на горелката и от режима на работа. Ако се увеличи в сравнение с оптималната стойност, това води до високо съдържание на въздух в димните газове, което допълнително отнема част от топлината. Това е неизбежен процес, който не може да бъде спрян, но може да бъде сведен до минимум. В сегашната ситуация на скорост на въздушния поток не трябва да надвишава 1,08 за горелки с пълна инжекция, 0.6 - горелки с непълно впръскване на въздух, 1.1 - горелки с принудителна хранене и смесване на въздуха и 1,15 - за горелки за дифузия външно смесване. За да се увеличат загубите на топлина при изходящ въздух, води до наличието на допълнителни въздушни гащи в пещта и тръбите на котела. Поддържането на въздушния поток на оптималното ниво позволява да се намали стойността на q2 до минимум.

За да се намали Q2 стойност, е необходимо време за почистване на външната и вътрешната повърхност на котела, да наблюдава липсата на скала, която намалява пренос на топлина от изгаряне на гориво към охлаждащата течност, отговаря на използваната вода в котела, да наблюдава липсата на увреждане на котела и тръбните съединения, така че да не се позволявайте на въздуха да тече. Използването на допълнителни електрически нагревателни повърхности в газовия път консумира електричество. Икономиите от оптимален разход на гориво обаче ще бъдат много по-високи от разходите за консумирана електроенергия.

Загубата на топлина от изгаряне на химическо гориво (q3)

Този тип верига предпазва отоплителната система от прегряване.

Основният индикатор за непълно химично изгаряне на гориво е наличието в отработените газове на въглероден оксид (при използване на твърдо гориво) или въглероден окис и метан (при изгаряне на газообразно гориво). Загубата на топлина от химическото подкопаване е равна на топлината, която би била освободена от изгарянето на тези остатъци.

Непълното изгаряне на горивото зависи от липсата на въздух, лошата смес на гориво-въздух, падане на температурата вътре в котела или когато пламъкът на горене се допира до стените на котела. Обаче, прекомерното увеличаване на количеството входящ кислород не само не гарантира пълно изгаряне на горивото, но може да наруши работата на котела.

Оптималното съдържание на въглероден оксид на изхода от пещта при температура от 1400 ° C не трябва да превишава 0,05 (по отношение на сухия газ). При тези стойности топлинните загуби от изгаряне ще бъдат от 3 до 7 в зависимост от горивото. Липсата на кислород може да донесе тази стойност на 25.

Но е необходимо да се постигнат такива условия, при които липсва химическото запалване на горивото. Необходимо е да се осигури оптимален поток въздух в пещта, да се поддържа постоянна температура в котела, да се постигне пълно смесване на горивната смес с въздуха. Най-икономичната работа на котела се постига със съдържанието на въглероден диоксид в продуктите на изгаряне, които напускат атмосферата, на ниво 13-15 в зависимост от типа гориво. При излишък на входящ въздух съдържанието на въглероден диоксид в изходящия дим може да намалее с 3-5, но топлинните загуби ще се увеличат. При нормална работа на отоплителното оборудване загубите q3 са 0-0.5 за прахообразни въглища и 1 за пластовите пещи.

Загуба на топлина от физическо загниване (q4)
Този вид загуба се дължи на факта, че неизгорелите горивни частици попадат през решетката в пепелния остатък или се носят заедно с продуктите от изгарянето през тръбата в атмосферата. Загубата на топлина от физическото изгаряне зависи пряко от конструкцията на котела, местоположението и формата на прътите, теглителната сила, състоянието на горивото и неговата запушване.

Най-значимите загуби са от механичното подскачане със слой горене на твърдо гориво и прекомерно силен натиск. В този случай голям брой малки неизгорени частици се носят заедно с дима. Това е особено вярно, когато се използват нееднородни горива, когато в тях се редуват малки и големи парчета гориво. Изгарянето на всеки слой не е равномерно, тъй като малките парчета горят по-бързо и се отнемат с дим. Във формираните интервали въздухът влиза, който охлажда големи количества гориво. Те са покрити със шлака и не изгарят напълно.

Загубата на топлина по време на механичното заточване е обикновено около 1 за пещи с прахообразни въглища и до 7,5 за слоести горивни камери.

Загубата на топлина директно през стените на котела (q5)
Този вид загуба зависи от формата и конструкцията на котела, дебелината и качеството на облицовката на котела и комина, наличието на топлоизолационен екран. В допълнение, дизайнът на самата пещ, както и наличието на допълнителни нагревателни повърхности и електрически нагреватели в димния път имат голям ефект върху загубите. Тези топлинни загуби се увеличават, когато има налични течения в помещението, където има отоплително оборудване, както и броят и продължителността на отваряне на пещите и системните люкове. Намаляването на броя на загубите зависи от правилното бойлерни фитинги и наличието на икономист. Топлоизолацията на тръбите, през които се отделят отработените газове в атмосферата, е от полза за намаляване на топлинните загуби.

Загубата на топлина поради отстраняването на пепелта и шлаката (q6)
Този вид загуба е характерен само за твърди горива в груба и прахообразна форма. Когато се изгори, частиците от неотопляемото гориво попадат в пепелния съд, от който се отстраняват, отнемайки част от топлината. Тези загуби зависят от съдържанието на пепел в горивото и системата за отстраняване на пепелта.

Термичният баланс на котела е стойност, която показва оптималността и икономичността на работата на вашия котел. Чрез стойността на топлинния баланс можете да определите мерките, които ще ви помогнат да спестите гориво и да увеличите ефективността на отоплителното оборудване.