Тепловой расчет котла в excel. Программы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА
Тепловой расчет котельных установок
Методические указания для выполнения расчетно-графической работы №1
Саранск 2009
Введение
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.
Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.
Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конструктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при разработке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про- ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котлостроительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускаемых промышленностью, выполняется при проектировании источника теплоснабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды.
Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.
2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания
2.1. Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам
Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной
Присос воздуха принято выражать в долях теоретического количества воздуха, необходимого для горения:
где V прис – количество воздуха, присасываемого в соответствующий газо-
ход агрегата, приходящееся на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м3 газа при нормальных условиях, м3 /кг или м3 /м3.
При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным. Значения расчетных присосов воздуха для промышленных паровых и водогрейных котлов приведены в табл. 2.1.
Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к α т соответствующих при-
сосов воздуха:
parasite-stop.ru
Расчет тепловой схемы котельной [DOC XLS]
Специальность ТГВ, выпускная квалификационная работа. Листов графической части — 12., Пояснительная записка 95 стр. Формат: DWG, DOC
- 3,06 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
Чертежи котлов: (AutoCAD 2009, КОМПАС V13) БКЗ-35-40-3; БКЗ-50-39; БКЗ-75-39; БКЗ-210; БКЗ-220-100; БКЗ-420; БКЗ-500-140; ТГМ-84; ТП-35У; ТП 150; ТП-170; ТП-200; ТПЕ-214А; ТГМП-314; КВГМ-10-150; ПТВМ-50; ПТВМ-100; КВТК-100; КВТС-10; Е-50-40 К; E75-40 K; Е-160-100 ГМ; ПК-14-2; ДЕ-4-14 ГМ; ДЕ-25-14-225; ДКВР 2,5-13; ДКВР…
- 7,33 МБ
- добавлен
- изменен
Проект включает в себя пояснительную записку и графическую часть. Краткое содержание: Краткое описание котла Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котла Расчет тепловой схемы котельной Выбор числа устанавливаемых котлов Выбор метода обработки воды в котельной Выбор фильтров Выбор деаэратора Выбор вспомогательного оборудования Выбор водоводяных теплообменников Выбор баков…
- 1,89 МБ
- изменен
В курсовом проекте разрабатывается производственно-отопительная котельная с четырьмя котлами ДКВР 6,5-13 Приведены чертежи: «Развернутая тепловая схема котельной», «Компоновка котельной». Содержание: Описание и расчет тепловой схемы котельной Краткое описание котельного агрегата ДКВР-6,5-13 Описание тепловой схемы котельной Расчет тепловой схемы котельной Выбор числа…
- 1,87 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
Выходные данные неизвестны Ижевск, 2009 г., — 134 с. 12 чертежей выполненных в Autocad Реконструируемая котельная находится в городе Ижевск на территории ОАО«Санаторий Металлург». Здание котельной является отдельностоящим, с размерами в осях 1-6/А-Г-36×18 м, высота 7,8 м. Пояснительная записка, речь выступления при защите диплома, основная часть, технология, экономика,…
- 18,67 МБ
- добавлен
- изменен
- 3,54 МБ
- добавлен
www.twirpx.com
Система водяного отопления. Расчет в Excel.
Опубликовано 30 Окт 2013
Рубрика: Теплотехника | 24 комментария
Сегодняшняя тема – система водяного отопления и основополагающие принципы ее расчета. Тема фундаментальная. Ознакомившись с материалом, вы получите ключ к пониманию как выполнять расчет водяного отопления любого объекта! Прочитайте очень внимательно…
…всю статью! Я попытался разложить весь материал на элементарные для простоты восприятия «ступени». Делая шаг за шагом по «ступеням» этой своеобразной «лестницы познания», вы сможете легко достичь «вершины»!
Информация, изложенная в этой статье, не является «открытием Америки». Если вам доступно рассказали об этом когда-то преподаватели, или вы прочитали по этой тематике хорошую книгу – и все поняли, то вам, несомненно, повезло. Так случилось, что мне пришлось доходить до понимания этих, в общем-то, элементарных моментов теплотехники через значительное количество книг с иногда противоречивой и запутанной информацией. В большей степени знания пришли через практические опыты на проектируемых и действующих системах отопления завода металлоконструкций, мебельной фабрики, встроенного магазина, двух больших торговых комплексов и десятка более мелких объектов.
Укрупненный расчет в Excel системы водяного отопления.
Рассмотрим принцип действия и расчет водяного отопления на достаточно абстрактном и простом примере. Идеализированные примеры позволяют, не отвлекаясь на рутинные громоздкие, но, по сути, элементарные вычисления, сосредоточить все внимание на главных принципиально важных вещах.
Есть в русском языке заимствованное из английского языка слово «бокс», которое очень хорошо подходит в нашем случае для названия широкого круга объектов. Итак, будем отапливать бокс!
Условия задачи:
Герметичный бокс (коробка, ящик, вагончик, гараж, помещение, здание, корпус, …) в виде параллелепипеда длиной l, шириной b и высотой h заполнен воздухом, температура которого tвр /внутренняя расчетная температура/. Стенки бокса имеют толщину δ и все сделаны из одного материала, имеющего коэффициент теплопроводности λ.
Со всех шести сторон бокс окружает воздушная среда с температурой tн /наружная температура/.
Слово «среда» в данном случае имеет следующий смысл: масса воздуха в боксе и размеры бокса настолько малы по сравнению с массой и размерами окружающей воздушной среды, что любые изменения внутренней температуры воздуха tв никак не могут повлиять на изменение температуры воздуха снаружи tн.
Внутрь бокса заведены две трубы, к которым подключен установленный внутри прибор отопления (радиатор, конвектор, регистр). По одной из труб в прибор отопления подается от котла — источника теплоснабжения — горячая вода с температурой tп /температура подачи/. По второй трубе вода, отдавшая часть тепла и остывшая до температуры tо /температура обратки/, возвращается в котел. Расход воды при этом постоянен и равен Gр /расчетный расход теплоносителя/.
Рассматривать источник теплоснабжения и подводящие теплотрассы мы в этой задаче не будем, а примем, что на входе в бокс всегда тепловой энергии в избытке и мы можем брать ровно столько, сколько необходимо, например, при помощи автоматизированного узла подачи и учета тепловой энергии.
Дополнительно известны коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2.
Задан и показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n.
Схема задачи изображена на рисунке, расположенном ниже этого текста. Передняя стенка бокса условно не показана. Габаритные размеры бокса отличаются от расчетных на величину толщины стенок δ. То есть, расчетные плоскости находятся посередине толщины ограждений!
Требуется:
1. Найти расчетные теплопотери бокса и соответствующую им расчетную мощность системы водяного отопления Nр.
2. При заданных расчетных температурах теплоносителя tпр и tор определить его расчетный расход через систему Gр.
3. Рассчитать теплопотери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N для температур наружного воздуха tн, отличных от расчетной температуры tнр.
4. Рассчитать температуры теплоносителя – воды – на подаче tп и в обратке tо, которые обеспечат поддержание внутри бокса неизменной расчетной температуры воздуха tвр, при неизменном расчетном расходе Gр для различных температур наружного воздуха tн.
Расчет будем выполнять в программе MS Excel или в программе OOo Calc.
С общими правилами форматирования — использования различных цветов для заливки ячеек и окраски шрифтов — таблиц MS Excel и OOo Calc, которые применяются мной во всех файлах с программами, можно ознакомиться на странице «О блоге».
Исходные данные:
1. Длину бокса l (м) заносим
в ячейку D3: 10,000
2. Ширину бокса b (м) записываем
в ячейку D4: 5,000
3. Высоту бокса h (м) вводим
в ячейку D5: 3,000
4. Толщину стенок бокса δ (м) вписываем
в ячейку D6: 0,250
При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи начинается теплообмен, который включает в себя три этапа: передачу тепла от внутреннего воздуха внутренней стенке ограждения (характеризуется коэффициентом α1), передачу тепла через материал стенки (характеризуется коэффициентом λ) и передачу тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (характеризуется коэффициентом α2).
5. Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносим
в ячейку D7: 8,700
6. Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносим
в ячейку D8: 0,140
7. Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения α2 (Вт/(м2*˚С)) заносим
в ячейку D9: 23,000
Термин «расчетная» температура внутреннего или наружного воздуха не означает, что их нужно рассчитывать. Он означает, что эти температуры задаются для расчетов, являются исходными данными для последующих расчетов!
8. Итак, мы хотим поддерживать внутри бокса неизменную температуру воздуха tвр (˚С). Записываем
в ячейку D10: 20,0
9. Расчетную температуру наружного воздуха (в данном примере — для г. Омска) tнр (˚С) вписываем
в ячейку D11: -37,0
Зная характеристики теплоисточника, записываем расчетные параметры теплоносителя, которые должны быть выданы при расчетной температуре наружного воздуха!
10. Расчетную температуру воды на подаче tпр (˚С) вводим
в ячейку D12: 90,0
11. Расчетную температуру воды на обратке tор (˚С) вводим
в ячейку D13: 70,0
Различные приборы, применяемые для систем отопления, – батареи, радиаторы, регистры, конвекторы – имеют различную теплоотдачу при разных схемах подключения и разных температурных режимах. Коэффициент n характеризует нелинейность теплоотдачи каждого конкретного типа прибора и определяется заводом-изготовителем. Чем больше коэффициент n, тем быстрее уменьшается теплоотдача прибора при низкотемпературных режимах и быстрее увеличивается при высокотемпературных режимах отопления!
12. Показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления (усредненное значение в нашем примере) n записываем
в ячейку D14: 1,30
Результаты расчетов:
13. Общую площадь стенок ограждения A (м2) вычисляем
в ячейке D16: =2*(D3*D4+D3*D5+D4*D5) =190,000
A=2*(l*b+l*h+b*h)
14. Коэффициент теплопередачи стенки ограждения k (Вт/(м2*˚С)) рассчитываем
в ячейке D17: =1/(1/D7+D6/D8+1/D9) =0,514
k=1/(1/α1+δ/λ+1/α2)
15. Расчетные теплопотери бокса Nр (КВт и ГКал/час) определяем
в ячейке D18: =D16*D17*(D10-D11)/1000 =5,571
и в ячейке D19: =D18*0,85985/1000=0,004790
Nр=A*k*(tвр-tнр)
Для равновесия системы количество тепла, потерянного в окружающую среду должно быть равно количеству тепла, поступившему от источника теплоснабжения! Поэтому расчетная мощность системы отопления и расчетные потери тепла – это одна и та же величина!
16. Расчетный температурный напор θр (˚С) считаем
в ячейке D20: =(D12-D13)/LN ((D12-D10)/(D13-D10)) =59,4
θр=(tпр–tор)/ln((tпр–tвр)/(tор–tвр))
17. Расчетный расход воды через систему Gр (т/час) вычисляем
в ячейке D21: =D19/(D12-D13)*1000 =0,239
Gр=Nр/(tпр–tор)
Далее выполним моделирование работы системы отопления при различных температурах наружного воздуха.
18. Температуру наружного воздуха tн (˚С) заносим
в ячейку I15: -40,0
19. Теплопотери бокса и мощность системы отопления N (КВт и ГКал/час) при температуре наружного воздуха tн=-40˚С считаем
в ячейке I16: =$D$16*$D$17*($D$10-I15)/1000 =5,864
и в ячейке I17: =I16*0,85985/1000=0,00504
N=A*k*(tвр— tн)
20. Температурный напор θ (˚С) считаем для температуры наружного воздуха tн=-40˚С
в ячейке I18: =$D$20*(I16/$D$18)^(1/$D$14) =61,8
θ=θр*(N/Nр)^(1/n)
и просто пока записываем формулу
в ячейку I19: =(I20-I21)/LN ((I20-$D$10)/(I21-$D$10))
θ=(tп–tо)/ln((tп–tвр)/(tо–tвр))
В этом уравнении две неизвестные.
Первая — температура воды на подаче tп, которая при температуре наружного воздуха tн=-40˚С обеспечит при расчетном расходе Gр=0,239т/час расчетную температуру воздуха внутри бокса tвр=+20˚С.
Вторая — температура воды на обратке tо, которая в результате работы системы водяного отопления установится.
Чтобы найти эти две неизвестные, необходимо составить и решить систему из двух уравнений! Одно уравнение есть, составляем второе.
22. Температура воды на обратке tо (˚С), которая установится в результате остывания воды в системе отопления с расчетным расходом Gр=0,239т/час от пока неопределенной температуры воды на подаче tп. При этом расчетная температуру воздуха внутри бокса будет стабильно равной tвр=+20˚С при температуре наружного воздуха tн=-40˚С. Записываем формулу
в ячейку I21: =I20-1000*I17/$D$21
tо=tп— N/Gр
Это второе уравнение. В нем те же две неизвестные.
Итак, имеем систему из двух уравнений, одно из которых – нелинейное трансцендентное. Как решать такие уравнения я подробно рассказал в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!». Но нам сейчас необходимо решить систему уравнений…
21. Делаем так:
— «становимся мышью» на ячейку I19 (активируем эту ячейку)
— вызываем: «Сервис» — «Подбор параметра…»
— пишем в окне «Подбор параметра»:
Установить в ячейке: I19
Значение: 61,8 (переписываем значение из ячейки I18)
Изменяя значение ячейки: I20
— жмем на кнопку ОК
— в появившемся окне «Результат подбора параметра» читаем:
Подбор параметра для ячейки I19.
Решение найдено.
Подбираемое значение: 61,8
Текущее значение: 61,8
— жмем ОК
Считываем результаты — температуру воды на подаче tп (˚С) и температуру воды на обратке tо (˚С) соответственно
в ячейке I20: =92,9
и в ячейке I21: =I20-1000*I17/$D$21 =71,9
Далее повторяем п.18 – п.22 для других температур наружного воздуха и на этом расчет в Excel завершаем.
Замечания и выводы:
Я постоянно напоминал по ходу статьи, что расход воды, определенный для расчетных температур не изменяется и при любых других температурах наружного воздуха! Изменение количества подаваемого тепла производится изменением температуры теплоносителя – воды – на подаче. Этот способ называется качественным регулированием теплоснабжения и является «правильным»! Однако, изменить количество подаваемого тепла можно и изменяя расход теплоносителя в системе. Этот способ называется количественным регулированием и является «не совсем правильным» или «совсем не правильным».
Если система отопления сложная, разветвленная, то, конечно, проще просчитать и отрегулировать гидравлику системы на один постоянный расход! При значительных изменениях расхода во время эксплуатации иногда вообще невозможно сбалансировать систему. Поэтому практику регулировки отопления закрыванием-открыванием задвижек считаю порочной и могу рекомендовать к использованию лишь в исключительных случаях! (Вы скажите — «У нас у многих вся страна – исключительный случай!», и я буду вынужден согласиться.)
Что показывают температурные графики, изображенные на рисунке выше? Они показывают, например, что при температуре наружного воздуха tн=-20˚С для того, чтобы внутри бокса температура воздуха стабильно оставалась равной tвр=+20˚С при неизменном расходе теплоносителя Gр=0,239 т/час последний должен иметь температуру на входе в систему tп=+72,7˚С. В установившемся режиме температура воды на выходе из системы отопления будет равна tо=+58,6˚С.
Бокс из примера я умышленно со всех сторон оградил однотипным (деревянным) ограждением одной толщины для простоты расчета потерь тепла. В реальных жизненных примерах у объектов, как правило, ограждения имеют сложную геометрию, вырезы под окна, двери и сами сделаны из нескольких слоев различных материалов. К тому же часть ограждающих конструкций может примыкать к другим объектам или земле. Примеры расчета теплопотерь реального здания, помещения постараемся рассмотреть в ближайших статьях рубрики «Теплотехника».
Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.
После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» не забудьте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам» зависит от ваших индивидуальных настроек почты)!
Я не упомянул в статье ни одного СНиПа или ГОСТа, регламентирующего расчеты в рассмотренной области, хотя они, конечно, есть. Специалисты – теплотехники их знают, для них они «настольные книги». Неспециалисты из жизненного опыта решат, какая расчетная температура наружного воздуха для их географического района и какой должна быть расчетная температура воздуха внутри интересующего их объекта, или найдут легко эти значения в Интернете (включая коэффициенты теплопроводности материалов ограждений)…
Главной моей целью при написании этой статьи было доходчиво и понятно донести основы расчетов теплопотерь объектов типа бокс (ограждающие конструкции и воздух внутри) и понимание основ расчетов систем водяного отопления. Насколько это удалось – решит для себя каждый из Вас, уважаемые читатели! А я надеюсь узнать об этом по Вашим комментариям к статье!
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Ссылка на скачивание файла: raschet-vodyanogo-otopleniya (xls 41,5KB).
Другие статьи автора блога
На главную
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
al-vo.ru
Расчет теплового баланса котла
В котлах, как и других отопительных установках, используется не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива. Довольно большая часть тепла уходит вместе с продуктами горения в атмосферу, часть теряется через корпус котла и небольшая часть теряется из-за химического или механического недожога. Под механическим недожогом понимаются потери тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами.
Тепловой баланс котла — это распределение тепла, которое выделяется при сжигании топлива, на полезное тепло, используемое по назначению, и на потери тепла, которые происходят при работе теплового оборудования.
Схема основных источников теплопотерь.
В качестве эталонной величины прихода тепла принимают ту величину, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего топлива.
Если в котле используется твердое или жидкое топливо, то тепловой баланс составляют в килоджоулях относительно каждого килограмма израсходованного топлива, а при использовании газа — относительно каждого кубического метра. И в том, и в другом случае тепловой баланс может быть выражен в процентном отношении.
Уравнение теплового баланса
Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:
Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.
- QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
- где QT — общее количество термического тепла, которое поступило в топку котла;
- Q1 — полезное тепло, которое используется для нагрева теплоносителя или получения пара;
- Q2 — потери тепла, которое уходит вместе с продуктами горения в атмосферу;
- Q3 — потери тепла, связанные с неполным химическим сгоранием;
- Q4 — потери тепла из-за механического недожога;
- Q5 — потери тепла через стенки котла и труб;
- Q6 — потери тепла из-за удаления золы и шлака из топки.
Как видно из уравнения теплового баланса, при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют величины Q4 и Q6, которые характерны только для твердого топлива.
Если же тепловой баланс выразить в процентах от общей теплоты (QT=100%), то данное уравнение принимает вид:
Если разделить каждый член уравнения теплового баланса из левой и правой части на QT и умножить его на 100, то получится тепловой баланс в процентах от общего поступившего количества тепла:
- q1=Q1*100/QT;
- q2=Q2*100/QT и так далее.
Если в котле использовано жидкое или газообразное топливо, то потери q4 и q6 отсутствуют, уравнение теплового баланса котла в процентах принимает вид:
Следует рассмотреть каждый вид тепла и уравнения подробнее.
Тепло, которое было использовано по назначению (q1)
Схема принципа работы стационарного теплогенератора.
Теплом, которое используется для прямого назначения, считается то, которое тратится на нагрев теплоносителя, либо получение пара с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды. Наличие экономайзера значительно увеличивает величину полезного тепла, так как позволяет в большей степени использовать тепло, которое содержится в продуктах горения.
При работе котла увеличивается упругость и давление пара внутри него. От этого процесса зависит и температура кипения воды. Если в обычных условиях температура кипения воды равна 100°С, то при повышении давления пара этот показатель увеличивается. При этом пар, который находится в одном котле вместе с кипящей водой, называют насыщенным, а температура кипения воды при данном давлении насыщенного пара называется температурой насыщения.
Если же в паре отсутствуют капельки воды, то он называется сухим насыщенным паром. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре составляет степень сухости пара, выраженную в процентах. В паровых котлах влажность пара колеблется от 0 до 0,1%. Если же влажность превышает данные показатели, котел работает не в оптимальном режиме.
Полезное тепло, которое расходуется на нагрев 1 л воды от нулевой температуры до температуры кипения при постоянном давлении, называется энтальпией жидкости. Тепло, расходуемое на перевод 1 л кипящей жидкости в парообразное состояние, называется скрытой теплотой парообразования. Сумма этих двух показателей составляет общее теплосодержание насыщенного пара.
Потери тепла с продуктами горения, уходящими в атмосферу (q2)
Данный тип потерь в процентном отношении показывает разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, поступающего в котел. Формулы определения этих потерь отличаются при использовании разных типов топливных веществ.
Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.
При использовании твердого топлива потери q2 составляют:
- q2=(Iг-αг*Iв)(100-q4)/QT;
- где Iг — энтальпия уходящих в атмосферу газов (кДж/кг), αг — коэффициент избытка воздуха, Iв — энтальпия воздуха, необходимого для горения, при температуре его поступления в котел (кДж/кг).
Показатель q4 вводится в формулу потому, что должно учитываться тепло, выделяемое при физическом сжигании 1 кг топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.
При использовании газообразного или жидкого топлива эта же формула имеет вид:
- q2=(( Iг-αг*Iв)/QT)*100%.
Потери тепла с уходящими газами зависят от состояния самого отопительного котла и режима работы. К примеру, при ручной загрузке топлива в топку потери тепла этого типа значительно увеличиваются из-за периодического притока свежего воздуха.
Потери тепловой энергии с уходящими в атмосферу дымовыми газами увеличиваются при увеличении их температуры и количества расходуемого воздуха. К примеру, температура уходящих в атмосферу газов при отсутствии экономайзера и воздухоподогревателя составляет 250-350°С, а при их присутствии — всего 120-160°С, что в несколько раз повышает величину полезно используемого тепла.
Схема обвязки котла.
С другой стороны, недостаточная температура уходящих продуктов горения может привести к образованию конденсата водяных паров на поверхностях нагрева, что также влияет на образование ледяных наростов на дымовых трубах в зимнее время.
Количество расходуемого воздуха зависит от типа горелки и режима работы. Если оно увеличено по сравнению с оптимальным значением, то это приводит к высокому содержанию воздуха в уходящих газах, который дополнительно уносит часть тепла. Это неизбежный процесс, который нельзя прекратить, но можно довести до минимальных значений. В современных реалиях коэффициент расхода воздуха не должен превышать 1,08 для горелок с полной инжекцией, 0,6 — для горелок с неполной инжекцией воздуха, 1,1 — для горелок с принудительной подачей и смешением воздуха и 1,15 — для диффузионных горелок с внешним смешением. К увеличению потерь тепла с уходящим воздухом приводит наличие дополнительных подсосов воздуха в топке и трубах котла. Поддержание расхода воздуха на оптимальном уровне позволяет снизить величину q2 до минимума.
Чтобы минимизировать значение q2, необходимо своевременно чистить внешнюю и внутреннюю поверхность котла, следить за отсутствием накипи, которая снижает передачу тепла от сжигаемого топлива к теплоносителю, соблюдать требования к воде, используемой в котле, следить за отсутствием повреждений в котле и соединениях труб, чтобы не допустить притока воздуха. Использование дополнительных электрических поверхностей нагрева в газовом тракте расходует электроэнергию. Однако экономия от оптимального расхода топлива будет гораздо выше стоимости потребляемой электроэнергии.
Потери тепла от химического недожога топлива (q3)
Данный вид схемы обеспечивает защиту системы отопления от перегрева.
Главным показателем неполного химического сгорания топлива является наличие в отработанных газах окиси углерода (при использовании твердого топлива) или окиси углерода и метана (при сжигании газообразного топлива). Потери тепла от химического недожога равны тому теплу, которое могло бы выделиться при сжигании этих остатков.
Неполное сгорание топлива зависит от недостатка воздуха, плохого смесеобразования топлива с воздухом, снижения температуры внутри котла или при соприкосновении пламени горящего топлива со стенками котла. Однако излишнее повышение количества поступающего кислорода не только не гарантирует полное сжигание топлива, но может нарушить работу котла.
Оптимальное содержание окиси углерода на выходе из топки при температуре 1400°С должно составлять не более 0,05% (в пересчете на сухие газы). При таких значения теплопотери от недожога составят от 3 до 7% в зависимости от топлива. Недостаток кислорода может довести это значение до 25%.
Но необходимо добиваться таких условий, чтобы химический недожог топлива отсутствовал. Необходимо обеспечивать оптимальное поступление воздуха в топку, поддерживать постоянную температуру внутри котла, добиться тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом. Наиболее экономичная работа котла достигается при содержании углекислого газа в продуктах горения, уходящих в атмосферу, на уровне 13-15% в зависимости от вида топлива. При избытке поступления воздуха содержание двуокиси углерода в уходящем дыме может снизиться на 3-5%, однако потери тепла при этом увеличатся. При нормальной работе отопительного оборудования потери q3 равняются 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.
Потери тепла от физического недожога (q4)
Данный вид потерь происходит из-за того, что несгоревшие частицы топлива проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в атмосферу. Потеря тепла от физического недожога напрямую зависит от конструкции котла, расположения и формы колосников, силы тяги, состояния топлива и его спекаемости.
Наиболее значительны потери от механического недожога при слоевом сжигании твердого топлива и излишне сильной тяге. В таком случае большое количество мелких несгоревших частиц уносится вместе с дымом. Особенно хорошо это проявляется при использовании неоднородного топлива, когда в нем чередуются мелкие и крупные куски топлива. Горение каждого слоя получается неоднородным, так как мелкие куски сгорают быстрее и уносятся с дымом. В образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает большие куски топлива. Они при этом покрываются шлаковой коркой и не выгорают полностью.
Потери тепла при механическом недожоге составляют обычно около 1% для пылеугольных топок и до 7,5% для слоевых топок.
Потери тепла непосредственно через стенки котла (q5)
Данный вид потерь зависит от формы и конструкции котла, толщины и качества обмуровки как котла, так и дымоотводных труб, наличия теплоизолирующего экрана. Кроме того, большое влияние на потери оказывает конструкция самой топки, а также наличие дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте. Эти потери тепла увеличиваются при наличии сквозняков в помещении, где стоит отопительное оборудование, а также от количества и длительности открытия топки и лючков системы. Снижение количества потерь зависит от правильной обмуровки котла и наличия экономайзера. Благоприятно на снижении потерь тепла сказывается теплоизоляция труб, по которым отработанные газы выводятся в атмосферу.
Потери тепла из-за удаления золы и шлака (q6)
Данный тип потерь характерен только для твердого топлива в кусковом и пылевидном состоянии. При его недожоге частицы неостывшего топлива проваливаются в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепла. Эти потери зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.
Тепловой баланс котла — это величина, которая показывает оптимальность и экономичность работы вашего котла. По величине теплового баланса можно определиться с мерами, которые помогут экономить сжигаемое топливо и увеличить эффективность отопительного оборудования.
dekormyhome.ru
Тепловой расчет
Тепловой баланс составляем в расчёте на 1 м3 топлива с располагаемой теплотой сгорания Qрр. При определении Qрр учитываем предварительный подогрев воздуха в паровом калорифере.
Расчёт теплового баланса котельного агрегата и расхода топлива
Таблица
Наименование | Обозначение | Расчетная формула или способ определения | Единица | Расчет |
Располагаемая теплота сгорания топлива | Qрр | Qрн + Qв.н , где | кДж/м3 | 36700+1·(50)=36750 |
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива | q3 | Табл. 4−5 [2] | % | 0,5 |
Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива | q4 | Табл. 4−5 [2] | % | 0 |
Температура уходящих газов | ух | По выбору, табл. 1−3 [2] | С | 150 |
Энтальпия уходящих газов | Iух | По I− таблице | кДж/ м3 | 1985,52 |
Температура воздуха в котельной | tх.в. | По выбору | С | 30 |
Теоретическая энтальпия воздуха в котельной | I0х.в. | По I− таблице | кДж/ м3 | 39·9,734=379,63 |
Потеря теплоты с уходящими газами | q2 | % | ||
Потеря теплоты от наружного охлаждения | q5 | По рис. 3−1 [2] | % | 1,3 |
Сумма тепловых потерь | Σq | q5 + q4 + q3 + q2 | % | 1,3+ 0 + 0,5 +4 = 5,8 |
КПД котла | ка | 100 — Σq | % | 100 – 7,06 = 94,2 |
Коэффициент сохранения теплоты | φ |
| − | |
Паропроизводительность котла | D | По заданию | кг/с | 6,94 |
Давление пара в барабане | рб | р∙1,1 | МПа | 1,1 |
Температура пара | tпп | По заданию | С | 185 |
Температура питательной воды | tпв | По заданию | С | 100 |
Энтальпия насыщенного пара | iпп | Табл. VI−8 [2] | кДж/ м3 | 2780,4 |
Энтальпия питательной воды | iпв | Табл. VI−6 [2] | кДж/ м3 | 419,8 |
Значение продувки | р | По выбору | % | 3 |
Энтальпия воды (рб, tн) | iкип | Табл. VI−7 [2] | кДж/ м3 | 781,1 |
Полезно использованная теплота | Qпол | D(iпп – iпв) + 0,01D(iкип – iпв)p | кВт | |
Полный расход топлива | В |
| м3/с | |
Расчётный расход топлива | Вр | В∙0,01∙(100 – q4) | м3/с | 0,475∙0,01∙(100 -0) = 0,475 |
Расчет конструктивных характеристик топки
По конструктивным размерам принимаем активный объем топочной камеры Vт = 29 м3. Допустимое тепловое напряжение объема топки, в соответствии с табл. 4−5[2], равно qV = 700 кВт/м3
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | обозна- чение | Расчётная формула или способ определения | ||
Активный объём топки | VТ | По конструктивным размерам | м3 | 29 |
Тепловое напря-жение топки расчётное | qV |
| кВт/м3 | |
допустимое | qV | По табл. 4-3 | кВт/м3 | 700 |
Количество горелок | n | По паспортным данным | Шт. | 1 |
Теплопроизво-дительность горелки | QГ | 1,25· | МВт | |
Тип горелки | — | По паспортным данным | — | ВНИИМТ |
·10-3studfiles.net
Тепловой расчет котельных установок
3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива
3.1. Расчет потерь теплоты
При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагае-
мой теплотой и обозначают Q рр . Между теплотой, поступившей в котельный
агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид
| Q p = Q + Q | 2 | + Q + Q | 4 | + Q , | (3.1) | |
| p | 1 | 3 | 5 |
| ||
где Q р | – располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м3; Q – | полезная теплота, | |||||
р |
|
|
|
|
| 1 |
|
содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/кг или кДж/м3; Q2 , Q3 , Q4 , Q5
– потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, кДж/кг или кДж/м3.
Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:
qi | = | Qi | . | (3.2) |
| ||||
|
| Q р |
| |
|
| р |
| |
Потеря теплоты с уходящими газами ( q2 ) обусловлена тем, что темпе-
ратура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.
Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле
| = | (I |
| − α |
| I 0 | )(100 − q | 4 | ) |
|
| |||
q2 |
| ух |
|
|
| ух | х.в |
|
| , |
| (3.3) | ||
|
|
|
|
|
| Q р |
|
|
|
| ||||
|
|
|
|
|
|
|
| р |
|
|
|
|
|
|
где I ух – | энтальпия уходящих газов, определяется по табл. 2.5 при соответст- | |||||||||||||
вующих значениях α ух | и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг | |||||||||||||
или кДж/м3; | I хв0 |
| – |
| энтальпия теоретического объема холодного воздуха, оп- | |||||||||
ределяется при t | в | = 30 ° С по формуле (3.4), кДж/кг или кДж/м3; α | ух | – коэф- | ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
фициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из табл. 2.1 в сечении га-
studfiles.net
2. Тепловой расчет котла
2.1. Баланс тепла котельного агрегата
Уравнение баланса тепла котельного агрегата может быть представлено в виде
а значение его коэффициента полезного действия определено из выражения.
где q3иq4— соответственно потери от химического и
механического недожога, определяемые по таблицам
основных теплотехнических характеристик.
Потеря тепла в окружающую среду q5зависит главным образом от теплопроизводительности котла и в случае нормальной нагрузки вычисляется по графику (рис.2.1), а при нагрузках, отличающихся от нормальной в пределах ±25%,— по формуле
Рис.2.1 График зависимости потери тепла в окружающую
среду от теплопроизводительности котла.
1-с экономайзером 2-без экономайзера
Потеря тепла в окружающую среду
топкой 
может
быть принята равной
.
Потерю тепла от наружного охлаждения, приходящуюся на долю отдельных газоходов, можно найти, вводя в формулы для определения тепла, отдаваемого поверхностям нагрева, значение коэффициента сохранения тепла φ, равного
Потеря с физическим теплом шлаком 
при
слоевом сжигании ориентировочно, но
с достаточной степенью точности
определяется по формуле
Потеря тепла с уходящими газами 
равна теплосодержанию газов, удаляемых
в атмосферу (за вычетом количества
тепла, вносимого с топливом, поступающим
в топку воздухом и паровым дутьем) и
поправкой на механический недожог и
определяется по уравнению
(2.1.6)
где 
—
теплосодержание уходящих газов вккал/кг
— физическое тепло топлива вккал/кг;
— теплосодержание поступающего в топку
воздуха вккал/кг;
-тепло,
вносимое в установку с паровым дутьем,
вккал/кг.
Физическое тепло топлива 
определяют
по формуле
,
где 
— средняя теплоемкость топлива:
для твёрдых видов топлива 
= =0,25ккал/кг-град;
для жидкого и газообразного топлива 
=0,4ккал/кг-град;
—
температура топлива вград.
Теплосодержание воздуха, поступающего в топку и газоходы, определяют по формуле
где Vo—теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, в м3/кг;
— теплоёмкость воздуха и его температура.
Теплоёмкость воздуха при температуре его в пределах
0-200°C может быть принята равной 
=0,32ккал/м3 • град;температура воздуха при расчете типовых
конструкций принимается равной 30°C;
при расчете конкретных объектов ее
следует принимать в зависимости от
местных условий.
Тепло, вносимое в установку с
паровым дутьем
,
вычисляют по формуле
где 
—
расход пара на дутье или распыливание:
для дутья количество расходуемого пара
составляет 0,7-0,8кг/кгтоплива; для
распыливания-0,2-0.4кг/кг;
— энтальпия сухого насыщенного пара вккал/кг.
Таким образом, для определения q2 ,остается найти величину
,
т, е. подсчитать объем дымовых газов и
оценить их температуру.
Как объемы дымовых газов, так и объемы воздуха вычисляют в кубических метрах при нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст.) для 1кгтвердого и жидкого топлива и для 1 кг3газообразного топлива.
studfiles.net