Кпд котла это

Что такое кпд 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.

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

Как рассчитать кпд котла

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 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),

где q — потери тепла в %:

• q2 — с уходящими газами;
• q3 — из-за химического недожога горючих газов (СО, Н2, СН4);
• q4 — с механическим недожогом;
• q5 — от наружного охлаждения;
• q6 — c физическим теплом шлаков.

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.

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?

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой       и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.

Источник: ugnast.by

Подсчёт КПД газового котла отопления

Метод расчёта производительности осуществляется путём сравнения потраченной теплоэнергии на нагрев жидкости и фактического объёма всей теплоты, что была выделена в момент сжигания топлива. Вычисляется по такой формуле:

η = (Q/ Qобщ.)*100%

η — читается как “эта”;
Q1 — тепло, которое удалось аккумулировать и использовать для нагрева помещения;
Qобщ. — общее количество тепловой энергии, которое выделяется при сжигании топлива.

Однако эта формула не берёт в учёт многие нюансы, например, возможные тепловые потери, отклонения в рабочих параметрах системы и прочее. Расчёты дают возможность узнать только средний КПД самого котла от газа. Многие изготавливающие компании указывают именно это значение.

Тут же оценивают погрешности определения тепловой эффективности. Используют такую формулу:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Расчёты помогают проанализировать в соответствии с особенностями определённой отопительной системы.

Обозначение	Значение
q2	Тепловые потери в отходящих газах и продуктах сгорания
q3	Потери, связанные с неверными пропорциями газовоздушной смеси, по причине которых появляется недожог газа
q4	Тепловые потери, связанные с появлением на горелках и теплообменнике сажи, а также, механический недожог
q5	Теплопотери, в зависимости от наружной температуры
q6	Потери тепла при охлаждении топочной камеры во время очистки её от шлаков. Последний коэффициент относится только к твердотопливным устройствам, не учитывается при расчётах КПД оборудования, функционирующего на природном газе

Настоящий коэффициент полезного действия рассчитывают только на месте, в зависимости от правильно выполненной системы удаления дыма и качественного монтажа.

Больше всего на тепловую эффективность влияет температура отходящих газов, которая отмечена в формуле сокращением q2. Если интенсивность нагрева газов на 10-15 °С, то производительность повышается на 1-2 %. Поэтому наивысший КПД в конденсационных котлах, что относятся к низкотемпературной технике отопления.

Экономичный газовый котёл с высоким КПД

Как показывает практика, а также доказывает техдокументация, котлы зарубежных производителей имеют более высокий коэффициент полезного действия. Европейские организации акцентируют усилия на совершенствовании энергосберегающих технологий. Зарубежные котлы от газа характеризуются высокой производительностью, потому что их устройство подразумевает:

1. Модуляционную горелку. Котлы популярных компаний отличаются двухступенчатыми либо модулируемыми горелками, которые могут похвастаться автоматической приспособляемостью к фактическим рабочим параметрам отопительной системы. Остатков на выходе минимальное количество.
2. Нагрев жидкости. Хороший котёл – это оборудование, которое разогревает теплоноситель максимум до 70 °С, в то время как отходящие газы нагреваются не более 110 °С, это и даёт наилучшую тепловую отдачу. Однако при низкотемпературном нагреве жидкости присутствуют некоторые недостатки, такие как малая тяга и активное образование конденсата. Теплообменники в агрегатах от газа с высокой производительностью выполняются из качественной нержавейки и имеют особый конденсаторный блок, который необходим для отбора энергии от конденсата.
3. Нагрев подводящего газа и воздуха, что поступает в горелочное устройство. Подключение агрегатов закрытого типа происходит коаксиальному дымоходу. Воздух циркулирует в камеру сжигания через наружную полость трубы с двумя полостями, до этого подогреваясь, что способствует снижению нужных тепловых затрат на пару процентов. Горелочные устройства с предварительным изготовлением газовоздушной смеси тоже осуществляют подогрев газа перед подачей его на горелку.


4. Монтаж системы повторной циркуляции отходящих газов. В таком случае дым поступает не сразу в камеру сжигания, а циркулирует через дымоход, смешивается с чистым воздухом и оказывается опять в горелке.

Наивысший коэффициент полезного действия наблюдается при нагреве образования конденсата либо «точки росы». Агрегаты, функционирующие при низкотемпературном нагреве, называют конденсационными. Их отличие в небольшом количестве потребляемого газа и высокая тепловая эффективность, что очень видно при подсоединении к оборудованиям от баллонов с газом и газгольдеру.

Известно множество брендов конденсационных агрегатов, самыми популярными из них являются только некоторые. Газовые котлы с высоким КПД для дома вы можете выбрать из следующих марок:

• Виссман;
• Будерус;
• Вайлант;
• Бакси;
• Де Дитрих.

Как увеличить КПД газового котла своими руками?

Повысить коэффициент полезного действия самостоятельно, без помощи специалиста, возможно. Для этого необходимо соблюдать следующие пункты:

1. Настроить заслонку поддувала. Выполнить это можно путём эксперимента, установив, при какой позиции температура жидкости будет выше всего. Контроль осуществляется по термометру, который установлен в корпусе котла.


2. Проследить, чтобы трубопровод не зарастал изнутри, не появлялась накипь и скапливалась грязь. С трубами из пластика в этом плане в настоящее время проще, качество их известно. И всё же мастера советуют время от времени продувать отопительную систему.
3. Следить за качеством дымовой трубы. Смотреть, чтобы трубы не засорялись, а сажа не налипала на стенках. Любые образования способствуют сужению сечения трубы отвода и ослабеванию тяги котла.
4. Обязательно своевременно чистить камеру сгорания. Понятно, что газ коптит не так, как уголь либо поленья, однако нужно минимум раз в несколько лет мыть топочную камеру и удалять сажу.
5. Для повышения КПД газовых котлов стоит снижать тягу дымоходной трубы в сильные мороза. С этой целью можно применять ограничитель тяги, устанавливаемый на самом верхнем краю дымохода. Его функция – регулировать сечения самой трубы.
6. Сделать ниже химические теплопотери. Тут варианта два для достижения лучшего значения: установка ограничителя тяги (говорилось об этом выше) и проведения сразу после монтажа котла от газа качественной настройки техники. Это рекомендуется доверить специализированному работнику.
7. Ещё одним ответом, на вопрос, как повысить КПД газового котла, может служить следующее – установка турбулизатора. Это особые пластины, устанавливаемые между топочной камерой и теплообменником. Они делают площадь отбора теплоэнергии больше.

Это основной список, следуя ему, вы можете рассчитывать на повышение коэффициента полезного действия своего котельного оборудования. Безусловно, подобных возможностей не мало, но эти являются основными.

Источник: teplofan.ru

КПД твёрдотопливного котла

Мощность твердотопливного котла системы отопления, а значит способность обогревать помещение – это конечно важный параметр, но не настолько, чтобы ставить его во главу угла. Нужно обратить внимание ещё и на то, сколько он потребляет топлива для этого. Соотношение данных затрат к количеству полезного тепла, выделенного котлом для обогрева дома называется коэффициентом полезного действия, или сокращённо КПД.

От чего зависит КПД твёрдотопливного котла (а соответственно и мощность)? В первую очередь от потерь полезного тепла, которое может происходить из-за недожога выделяемых при горении газов (благодаря чему кстати образуется сажа), качественных характеристик топлива и степени выброса в трубу энергии тепла. Об этих и других факторах, снижающих показатель КПД, будет рассказано далее.

Почему не стоит доверять рекламе

При просмотре рекламных объявлений, относящихся к мощности твёрдотопливных котлов, часто можно увидеть предложения, обещающие от 90% КПД и выше. Однако если Вы запросите какой-нибудь официальный протокол или акт, подтверждающий этот показатель – Вам его не смогут предоставить, и вот почему.

Чтобы составить подобный документ, необходимо провести испытания, используя для этого соответствующим образом стандартизованное топливо. В отношении угля или дров получить такое топливо нельзя – потому что они по своим характеристикам и составу являются самыми нестабильными в мире. Как можно получить постоянный показатель, используя непостоянные составляющие?

Нестабильность твёрдого топлива

Рассмотрим, в чём же заключается нестабильность угля или дерева в качестве топлива. Начнём с угля.

Различных марок угля, предлагаемого на рынке, бесчисленное множество. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажностью. Может состоять как из крупных кусков, так и из мельчайших частиц, и все они могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД и мощность твердотопливного угля также будет разной.

Если говорить о дровах – то здесь ситуация точно такая же. Поленья обладают разными размерами, хранятся при различной влажности воздуха, а значит способность выделять тепло у них будет различная. Так, например, если при влажности дров, равной 15%, их теплотворность будет равна примерно 4.3 кВт*ч на килограмм, то при 20% она уже будет меньше 4 кВт*ч на килограмм. При большей влажности этот показатель будет ещё ниже.

Естественно, что при таких разбросах гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла, равный 90% — мягко говоря вводить в заблуждение.

Рассмотрим другие факторы, влияющие на показатель коэффициента полезного действия.

Неправильная подача воздуха

От того, сколько кислорода поступает в топку, сильно зависит работа пламени.
обы топливо нормально горело и отдавало максимальное количество тепла, ему необходимо строго определённое количество воздуха – не больше, не меньше. Если воздуха будет мало – углеводороды, выделяемые при горении, будут плохо окисляться, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а он, как правило, поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не успевают сгореть (оседая опять же сажей на трубах) и выделить тем самым полезное тепло. Стоит заметить, что в воздухе содержится влага, на испарение которой так же тратится тепло (вместо того, чтобы обогревать дом).

Большинство твёрдотопливных котлов, предлагаемых на рынке, работают по следующему принципу. В них установлен термостат, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома для его обогрева. Если вода становится слишком горячей – термостат уменьшает подачу воздуха в котёл (так регулируется мощность твердотопливного котла). Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД с мощность твердотопливного котла стало максимальным, а значит пламя стало нуждаться в большем количестве кислорода – термостат искусственно снижает КПД, ограничивая подачу воздуха.

После того, как температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но к тому моменту топливо уже догорает и ему не нужно столько кислорода. Эффективность обогрева опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов, о чём было сказано ранее.

Получается, что принцип действия большинства твёрдотопливных котлов абсолютно противоречит понятию высокого КПД.

Холодные стенки котла

Обычно вокруг твёрдотопливного котла смонтирована ёмкость с водой, которая, нагреваясь, циркулирует по дому. Наличие воды способствует охлаждению стенок котла. Это опять же приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Его остатки вылетают в трубу и оседают на ней в виде сажи, не принеся никакой пользы. Ситуация усугубляется довольно тесным пространством в топке, что так же снижает количество кислорода, и без того низкое.

Круглосуточная потеря тепловой энергии

Для поддержания нужной температуры в доме твёрдотопливный котёл должен работать 24 часа в сутки. Теперь представьте, сколько за это время полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов? КПД при такой работе никак не может быть 90%.

Здесь стоит упомянуть ещё такой тип котла, как пиролизный. В добавок к вышеуказанным недостаткам в его случае добавляется ещё два:

1. Круглосуточно работающий вентилятор потребляет электроэнергию.
2. Благодаря тому же вентилятору в котёл поступает избыточный кислород – снижается температура газов, они не успевают сгорать и улетают в трубу.

Ускоренное движение газов по трубе становится причиной снижения ещё одного параметра – КПД теплообмена. Из за особой конструкции котла пламя в нём не успевает догореть и поднимается в теплообменник, где и затухает, оставляя попутно сажу и выбрасывая в трубу не сгоревшие газы.

Источник: eurosantehnik.ru

Существует 2 метода определения КПД:

— по прямому балансу;

— по обратному балансу.

Определение КПД котла как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте топлива – это определение его по прямому балансу:

. (4.1)

КПД котла можно определить и по обратному балансу – через тепловые потери. Для установившегося теплового состояния получаем

. (4.2)

КПД котла, определяемый по формулам (1) или (2), не учитывает электрической энергии и теплоты на собственные нужды. Такой КПД котла называют КПД брутто и обозначают или .

Если потребление энергии в единицу времени на указанное вспомогательное оборудование составляет , МДж, а удельные затраты топлива на выработку электроэнергии в, кг/МДж, то КПД котельной установки с учетом потребления энергии вспомогательным оборудованием (КПД нетто), %,

. (4.3)

Иногда называют энергетическим КПД котельной установки.

Для котельных установок промышленных предприятий затраты энергии на собственные нужды составляют около 4% вырабатываемой энергии.

Расход топлива определяется:

. (4.4)

Определение расхода топлива связано с большой погрешностью, поэтому КПД по прямому балансу характеризуется низкой точностью. Данный метод используется для испытаний существующего котла.

Метод по обратному балансу характеризуется большей точностью, используется при эксплуатации и проектировании котла. При этом Q₃ и Q₄ определяется по рекомендации и из справочников. Q₅ определяется по графику. Q₆ – рассчитывается (редко учитывается), и по существу определение по обратному балансу сводится к определению Q₂, которое зависит от температуры уходящих газов.

КПД брутто зависит от типа и мощности котла, т.е. производительности, вида сжигаемого топлива, конструкции топки. На КПД влияет также режим работы котла и чистота поверхностей нагрева.

При наличии механического недожога часть топлива не сгорает (q₄), а значит не расходует воздуха, не образует продуктов сгорания и не выделяет теплоты, поэтому при расчете котла пользуются расчетным расходом топлива

. (4.5)

КПД брутто учитывает только тепловые потери.

Рисунок 4.1 — Изменение КПД котла с изменением нагрузки

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ В КОТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ

5.1 Потеря теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами Q_у.г возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов, покидающих котел, превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха и топлива.

Если пренебречь малым значением энтальпии топлива, а также теплотой золы, содержащейся в уходящих газах, потеря теплоты с уходящими газами, МДж/кг, подсчитывается по формуле :

Q₂ = J_ч.г — J_в ; (5.8)

,

где – энтальпия холодного воздуха при a=1;

100-q₄ – доля сгоревшего топлива;

a_у.г – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Если температура окружающей среды равна нулю (t_х.в=0), то потеря теплоты с уходящими газами равна энтальпии уходящих газов Q_у.г=J_у.г.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5-12 % располагаемой теплоты топлива, и определяется объемом и составом продуктов сгорания, существенно зависящих от балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов:

. (5.9)

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при a=1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нем балластных составляющих:

– для твердого и жидкого топлива: влаги W^Р и золы А^Р;

– для газообразного топлива: N₂, CO₂, O₂.

C увеличением содержания в топливе балластных составляющих и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах a_у.г , который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке a_Т и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разрежением

a_у.г = a_Т + Da . (5.10)

В котлах, работающих под давлением, присосы воздуха отсутствуют.

С уменьшением a_Т потеря теплоты Q_у.г снижается, однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери – от химической неполноты сгорания Q₃.

Оптимальное значение a_Т выбирается с учетом достижения минимального значения q_у.г + q₃.

Уменьшение a_Т зависит от рода сжигаемого топлива и типа топочного устройства. При более благоприятных условиях контактирования топлива и воздуха избыток воздуха a_Т, необходимый для достижения наиболее полного горения, может быть уменьшен.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q_у.г приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Важнейшим фактором, влияющим на Q_у.г , является температура уходящих газов t_у.г . Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздухоподогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и соответственно меньше температурный напор Dt между газами и нагреваемым рабочим телом, тем большая площадь поверхности Н требуется для такого же охлаждения газа. Повышение t_у.г приводит к увеличению потери с Q_у.г и к дополнительным затратам топлива DB. В связи с этим оптимальная t_у.г определяется на основе технико-экономических расчетов при сопоставлении годовых затрат для теплоиспользующих элементов и топлива для различных значений t_х.г.

На рис.4 можно выделить область температур (от до ), в которой расчетные затраты отличаются незначительно. Это дает основание для выбора в качестве наиболее целесообразной температуры , при которой начальные капитальные затраты будут меньше.

Существуют ограничительные факторы при выборе оптимальной :

а) низкотемпературная коррозия хвостовых поверхностей;

б) при ⁰C возможна конденсации водяных паров и соединение их с окислами серы;

в) выбор зависит от температуры питательной воды, температуры воздуха на входе в воздушный подогреватель и других факторов;

г) загрязнение поверхности нагрева. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи и к повышению .

При определении потери теплоты с уходящими газами учитывают уменьшение объема газов

. (5.11)

5.2 Потеря теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания Q₃ возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры котла и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих CO, H₂, CH₄, C_mH_n… Догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Химическая неполнота сгорания топлива может явиться следствием:

– общего недостатка воздуха;

– плохого смесеобразования;

– малых размеров топочной камеры;

– низкой температуры в топочной камере;

– высокой температуры.

При достаточном для полного сгорания топлива качестве воздуха и хорошем смесеобразовании q₃ зависит от объемной плотности тепловыделения в топке

. (5.12)

Оптимальное отношение , при котором потеря q₃ имеет минимальное значение, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от q₃ составляет 0÷2 % при q_v=0,1÷0,3 МВт/м³.

Для снижения потери теплоты от q₃ в топочной камере стремятся повысить температурный уровень, применяя, в частности, подогрев воздуха, а также всемерно улучшая перемешивание компонентов горения.

Источник: studopedia.org

Простая физика

 

В процессе передачи тепловой энергии ее часть теряется – при прохождении по механизму, обогреве большого помещения, разнице мощностей. Поэтому газовый котел с КПД, равным ста процентам – фантастика. Или он, подобно электрической силе, не обогревает ничего, кроме воды, но кому нужен такой котел? Завышенные цифры используют в качестве рекламы, ведь коэффициент полезного действия – один из главных факторов, говорящих за покупку котла. Но случается, что после приобретения факт расходится с планом и в квартире/офисе/доме не так тепло, как обещал производитель.

 

КПД газового котла высчитывается по формуле: теплоемкость топлива помножить на разность температур внутри котла и снаружи, затем помножить на расход продуктов сгорания. На этом этапе возникает понятие низшей теплотворной способности топлива – количество энергии, которую дает газ при сжигании. Реальный уровень КПД газовых котлов колеблется от 70 до 95 процентов и эти цифры вполне приемлемы. Полезное действие можно усилить, оборудовав надежную теплоизоляцию котла отопления и тех фрагментов труб, которые забирают на себя часть энергии.

 

Понятная химия

 

Котел не может постоянно поддерживать неизменную температуру воды и своих стенок. Нагрев жидкости происходит в верхней части резервуара, в то время как снизу находится более холодная вода. Разница составляет всего пару градусов, но в конечном итоге и она влияет на КПД газового котла.

 

Не стоит путать коэффициент полезного действия котла с общей эффективностью системы обогрева. В первом случае нужно остановить свой выбор на котле проверенной фирмы, заслужившей лестные отзывы, во втором – поработать над теплоизоляцией помещения, в котором будет установлен котел. Понятия тесно связаны: чем ниже эффективность системы, тем больше потерь в части КПД.

 

Качество топлива – еще один параметр, влияющий на величину КПД. Так, природный газ содержит метан, в сжиженном газе встречаются примеси пропана и бутана. Эти составляющие практически не выделяют тепла при сгорании, а значит, могут незначительно снизить уровень КПД.

 

Три Э: экономия, экология, эффект

 

Наука помогла определить, что это такое – КПД газового котла. Дело за малым: обрисовать прочие параметры, определяющие полезное действие чугунного (или стального) нагревателя.

 

• экономичность: нет особенных затрат на хранение и транспортировку газа, поступающего по коммунальным магистральным сетям. Потребитель несет невысокие расходы по эксплуатации данного топлива;
• эффективность: газ калориен, то есть при сгорании выделяет немалое количество теплоты. Потому именно газовые котлы находятся в приоритете у людей, желающих эффективно обогреть свое жилое или рабочее пространство;
• экологичность:  сгорая, газ почти не оставляет в окружающей среде вредных веществ. Так, при переработке пропана СН4 выделяется водяной пар, углекислый газ и тепло – все то, что не может нарушить экологического баланса и не считается губительным для человеческого организма.

Источник: www.teplocom-m.ru

Источник: otoplenie.site

Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в теплогенераторе, составляет его тепловой баланс. Целями составления теплового баланса котельного агрегата является определение всех приходных и расходных статей баланса; расчёт КПД котельного агрегата, анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие тепловых потерь.

В соответствии с законом сохранения энергии между приходом и расходом теплоты в котельном агрегате должно существовать равенство, т. е.

Для котельных установок тепловой баланс составляют на 1кг твёрдого или жидкого топлива или 1м³ газа, находящегося при нормальных условиях ( ). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м³ для газообразного и МДж/кг для твёрдого и жидкого топлива.

Поступившая в котельный агрегат теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой, её обозначают .В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

где низшая теплота сгорания твёрдого или жидкого топлива на рабочую массу, МДж/кг;

низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м³;

физическая теплота топлива;

физическая теплота воздуха;

теплота, вносимая в топку котла с паром.

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. В расчётах принимается низшая рабочая теплота сгорания в том случае, если температура продуктов сгорания, покидающих котёл, выше температуры конденсации водяного пара (обычно t_г = 110…120 ⁰С). При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, расчёты следует выполнять с учётом высшей теплоты сгорания топлива

Физическая теплота топлива равна:

где с_т – удельная теплоёмкость топлива, для мазута и для газа;

t_т – температура топлива, ⁰С.

При поступлении в котёл твёрдое топливо имеет обычно малую температуру, приближающуюся к нулю, поэтому Q_ф.т. невелика по значению, и ей можно пренебречь.

Мазут (жидкое топливо) для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80…120⁰С, поэтому его физическая теплота учитывается при выполнении расчётов. При этом теплоёмкость мазута может быть определена по формуле:

Учёт Q_ф.т. проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200…300 ⁰С). При сжигании газообразного топлива с высокой теплотой сгорания (например, природного газа) имеет место, повышенное соотношение массы воздуха и газа (примерно 10 1). В этом случае топливо – газ обычно не подогревают.

Физическая теплота воздуха Q_ф.в. учитывается лишь при подогреве его вне котла за счёт постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нём дополнительного топлива). В этом случае теплота, внесённая воздухом равна:

где отношение количества воздуха на входе в котёл (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому;

энтальпия теоретически необходимого подогретого перед воздушным подогревателем воздуха, :

,

здесь температура подогретого воздуха перед воздухоподогревателем котельного агрегата, ⁰С;

энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха, :

Теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распылении мазута учитывается в виде формулы:

где G_п – расход пара, кг на 1 кг топлива (при паровом распыливании мазута G_п = 0,3…0,35 кг/кг);

h_п – энтальпия пара, МДж/кг;

2,51 –примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

При отсутствии подогрева топлива и воздуха от посторонних источников располагаемая теплота будет равна:

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q_пол в котельном агрегате, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери , т.е.

,

,

где Q_у.г. – потери теплоты с уходящими газами;

Q_х.н., Q_м.н. – потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива;

Q_н.о. – потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q_ф.ш. – потеря с физической теплотой шлаков;

Q_акк. – расход (знак «+») и приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q_акк. = 0.

Итак общее уравнение теплового баланса котельного агрегата при установившемся тепловом режиме можно записать в виде:

Если обе части представленного уравнения разделить на и умножить на 100%, то получим:

где слагаемые расходной части теплового баланса, %.

 

3.1 Потери теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов покидающих котёл при температуре t_у.г., превышает физическую теплоту поступающих в котёл воздуха α_у.г. и топлива с_т t_т. Разница между энтальпией уходящих газов и теплотой, поступившей в котёл с воздухом из окружающей среды α_у.г. , представляет собой потерю теплоты с уходящими газами, МДж/кг или (МДж/м³):

.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5…12% располагаемой теплоты топлива. Эти потери теплоты зависят от температуры, объёма и состава продуктов сгорания, которые, в свою очередь, зависит от балластных составляющих топлива:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при α = 1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нём балластных составляющих (влаги W^р и золы А^р для твердого и жидкого топлива, азота N₂, диоксида углерода СО₂ и кислорода О₂ для газообразного топлива). С увеличением содержания в топливе балластных составляющих, и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α_у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разряжением:

Рис. 14.8. Определение оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла

С уменьшением потеря теплоты Qу.г. снижается (рис.14.8), однако при этом в связи с уменьшением количества воздуха, подаваемого в топочную камеру, возможно появление другой потери теплоты – от химической неполноты сгорания топлива Qх.н. . Поэтому оптимальное значение выбирается с учётом достижения минимального суммарного значения

Возможность уменьшения α, зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок и толочного устройства. При благоприятных условиях смешения топлива и воздуха избыток воздуха , необходимый для горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха принимают 1,1, при сжигании мазута =1,1…1,15.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в пределе могут быть сведены нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и гляделок затруднено и практически =0,15..0,3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q_у.г. приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Другим важнейшим фактором, влияющим на величину Q_у.г., является температура уходящих газов t_у.г. . Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности нагрева требуется для охлаждения продуктов сгорания.

Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q_у.г. и, следовательно, к дополнительным затратам топлива на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура t_у.г. определяется на основе технико-экономических расчётов при сопоставлении готовых капитальных затрат на сооружение поверхности нагрева и затрат на топливо (рис.3.).

Кроме того, при работе котла поверхности нагрева могут загрязняться сажей и золой топлива. Это приводит к ухудшению теплообмена продуктов сгорания с поверхностью нагрева. При этом для сохранения заданной паропроизводительности приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

 

3.2Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих – СО, H₂, СH₄, C_mH_n и др. догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

· общий недостаток количества воздуха;

· плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях горения топлива;

· низкая температура в топочной камере, особенно в зоне догорания топлива;

· недостаточное время пребывания топлива в пределах топочной камеры, в течении которого химическая реакция горения не может завершиться полностью.

При достаточном для полного сгорания топлива количестве воздуха и хорошем смесеобразовании потери зависят от объёмной плотности тепловыделения в топке, МВт/м³:

где В – расход топлива, кг/с;

V_т – объём топки, м³.

Рис. 14.9 Зависимость потери теплоты от химической неполноты сгорания qх.н, %, от объемной плотности тепловыделения в топке qv, МВт/м3.

Характер зависимости представлен на рис.4. . В области низких значений (левая часть кривой), т.е. при малых расходах топлива В, потери увеличиваются в связи со снижением температурного уровня в топочной камере. Увеличение объёмной плотности тепловыделения (с увеличением расхода топлива) приводит к повышению температурного уровня в топке и снижению

Однако по достижении определённого уровня при дальнейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) потери вновь начинают возрастать, что связано с уменьшением времени пребывания газов в объёме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение , при котором потери минимальны, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от химической неполноты сгорания составляет 0…2% при .

При обработке материалов испытания котельной установки потерю теплоты от химической неполноты сгорания определяют по формуле:

где объёмы горючих газов в продуктах горения топлива, м³/кг

теплоты сгорания соответственно СО, Н₂, СН₄

Объёмы горючих газов можно определить по выражениям:

где содержание горючих газов в продуктах сгорания, %;

объём сухих газов, м³.

при сжигании твёрдого и жидкого топлива:

при сжигании газообразного топлива:

При разработке мероприятий по снижению величины следует иметь в виду, что при наличии условий для появления продуктов неполного сгорания в первую очередь образуется CO как наиболее трудносжигаемый компонент, а затем Н₂ и другие газы. Из этого следует, что если в продуктах горения отсутствует СО, то в них нет и Н₂.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

Коэффициентом полезного действия котельного агрегата называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте котельного агрегата. Однако не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учётом этого различают КПД котельного агрегата 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.

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

КПД – брутто котельного агрегата можно определить или по уравнению прямого баланса или по уравнению обратного баланса.

По уравнению прямого баланса:

Например, при производстве водяного пара полезно используемая теплота равна (см. 2 вопрос) :

Тогда

Из представленного выражения можно получить формулу для определения необходимого расхода топлива, кг/с (м³/с):

По уравнению обратного баланса:

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

КПД – нетто определяется по выражению:

где расход энергии на собственные нужды, % .

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, которые составляют в среднем 3…5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.КПД котельного агрегата зависит от его нагрузки. Для построенияй зависимости нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е.

Источник: helpiks.org

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:

η_бр = 100 Q_пол / Q_р^р

где Q_пол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Q_р^р — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

η_бр = 100 — (q_у.г + q_х.н + q_н.о)

где q_у.г, q_х.н, q_н.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса:

η_нетто = η_бр — q_с.н

где q_с.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 η_к от его нагрузки (D/D_ном) 100

q_у.г, q_х.н, q_н.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. q_у.г, q_х.н, q_н.о. Как видно из рисунка, КПД отопительного котла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

Производственная компания «Спецгазпром» готова провести комплексную модернизацию Ваших котлов с установкой высокоэффективных экономичных газовых горелок SF, а также новейшей автоматики регулирования и безопасности котла.

Предварительный подбор газовых горелок SF на типоряд котлов

Источник: specgazprom.ru