Для обеспечения полного сгорания топлива в топочное устройство подводят воздуха больше, чем теоретически необходимо. Отношение действительно поступившего количества воздуха V д к теоретически необходимому V о, называется коэффициентом избытка воздуха αт.
Топки паровых и водогрейных котлов, как правило, работают с разрежением 2…3 мм вод. ст., в связи с чем происходит подсос воздуха и в топку и во все элементы котельной установки по ходу газового тракта, вплоть до дымососа. Присосы воздуха для каждого элемента котла определяются по [8] и ориентировочно могут быть приняты:
• 0,05 – для первого конвективного пучка (газохода), фестона (с камерой догорания), пароперегревателя, воздухоподогревателя;
• 0,1 – для второго конвективного пучка (газохода), конвективной шахты, чугунного и стального экономайзера с обшивкой;
• 0,15…0,2 – для чугунного экономайзера без обшивки.
Поэтому коэффициент избытка воздуха в уходящих топочных газах – αух больше чем в топке, на суммарное значение присосов воздуха ΣΔα и составляет:
αух = αт + ΣΔα.
Разрежение в топке замеряется тягонапоромером ТНЖ. При разрежении менее 1 мм вод. ст. топочные газы могут выбиваться в помещение котельной, что недопустимо по технике безопасности. При разрежении более 8 мм вод. ст. будет происходить значительный подсос холодного наружного воздуха, что приведет к снижению температуры топочных газов, увеличению потерь теплоты, снижению КПД и др.
Тепловой баланс теплогенератора
Уравнение теплового баланса
Расход сжигаемого топлива должен обеспечивать получение необходимого количество полезной теплоты, а также восполнение тепловых потерь, сопровождающих работу котельной установки. Полезно используемая теплота в котельной установке Q 1 идет на подогрев воды, ее испарение, получение и перегрев пара. Соотношение, связывающее приход и расход теплоты, носит название теплового баланса.
Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива, на 1 м3 газообразного топлива или в % от введенной теплоты. Суммарное количество введенной в топку теплоты называется располагаемой теплотой Q рр и соответственно включает в себя:
• Q рн – низшую рабочую теплоту сгорания топлива;
• Q ф.т – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с топливом, если топливо предварительно нагревается (мазут);
• Q ф.в – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с воздухом, если нагрев воздуха происходит вне котельного агрегата (воздухоподогреватель);
• Q пар – физическую теплоту, вводимую в теплогенератор с паром, при паровом распылении топлива (паромеханические форсунки).
Следовательно,
Q рр = Q рн + Q ф.т + Q ф.в + Q пар.
Расходная часть теплового баланса Q расх включает в себя полезно использованную теплоту Q 1, а также потери теплоты с уходящими топочными газами Q 2, химической Q 3 и механической Q 4 неполнотой сгорания топлива, от наружного охлаждения Q 5, с физической теплотой шлаков Q 6, на аккумуляцию ограждающих конструкций Q ак (при нестационарных условиях работы установки). Следовательно,
Q расх = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 + Q ак.
Уравнение теплового баланса имеет вид
Q рр = Q расх.
Разделив, каждый член уравнения теплового баланса на Qрр и умножив на 100 %, получим другую запись уравнения теплового баланса:
100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.
Коэффициент полезного действия и расход топлива
Теплогенератора
Коэффициентом полезного действия брутто ηбр, %, называется отношение полезно используемой теплоты Q 1 к располагаемой Q рр:
ηбр = (Q 1 / Q рр) ⋅ 100, %.
Доля полезно используемой теплоты
q 1 = (Q 1 / Q рр) 100, %.
Тогда имеем, что q 1 = ηбр.
Следовательно, коэффициент полезного действия брутто
ηбр = 100 − (q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6), %.
При выработке тепловой энергии следует учитывать расход тепловой энергии на собственные нужды q с.н (привод насосов, тягодутьевых устройств, на обдувку, деаэрацию, мазутное хозяйство и т.д.). В связи с этим введено понятие КПД нетто
ηнетто = ηбр − q с.н, %.
Натуральный расход топлива В н, кг/с, м3/с, при нормальных условиях сжигания (при t = 0 °С и Р = 760 мм рт. ст.), в паровом и водогрейном котельном агрегате определяется по формулам:
• для парового котла
В н = (D Δ i п) / (Q рр ηбр),
• для водогрейного котла
В н = (G Δ i в) / (Q рр ηбр),
где D – паропроизводительность теплогенератора, кг/с; Δ i п – прирост энтальпии пара и питательной воды, кДж/кг; Q рр – располагаемая теплота, кДж/кг, кДж/м3; ηбр – КПД брутто; G – расход воды через водогрейный котел, кг/с; Δ i в – прирост энтальпии горячей и холодной воды, кДж/кг.
При сжигании газа и мазута, расчетный расход топлива В р равен натуральному расходу В н, так как потери теплоты от механической неполноты сгорания q 4 = 0.
Для увеличения ηбр необходимо снижать потери теплоты, а именно:
• работать по режимной карте, температурному графику, с наименьшим коэффициентом избытка воздуха: 1,05…1,1 – для природного газа; 1,1…1,15 – для мазута; 1,4…1,8 – для твердого топлива;
• следить за температурой уходящих топочных газов, полнотой сгорания топлива, обмуровкой котла.
