У катлах, як і іншых ацяпляльных устаноўках, выкарыстоўваецца не ўсе цяпло, якое вылучаецца пры згаранні паліва. Даволі вялікая частка цяпла сыходзіць разам з прадуктамі гарэння ў атмасферу, частка губляецца праз корпус катла і невялікая частка губляецца з-за хімічнага або механічнага недапалу. Пад механічным недапал разумеюцца страты цяпла з-за правалу або вынасу зольных элементаў з несгоревшего часціцамі.
Цеплавой баланс катла - гэта размеркаванне цяпла, якое вылучаецца пры спальванні паліва, на карыснае цяпло, якое выкарыстоўваецца па прызначэнні, і на страты цяпла, якія адбываюцца пры працы цеплавога абсталявання.
Схема асноўных крыніц цепластрат.
У якасці эталоннай велічыні прыходу цяпла прымаюць тую велічыню, якая магла вылучыцца пры ніжэйшай цеплыні згарання за ўсё паліва.
Калі ў катле выкарыстоўваецца цвёрдае або вадкае паліва, то цеплавой баланс складаюць у килоджоулях адносна кожнага кілаграма выдаткаванага паліва, а пры выкарыстанні газу - адносна кожнага кубічнага метра. І ў тым, і ў іншым выпадку цеплавой баланс можа быць выяўлены ў працэнтных адносінах.
Раўнанне цеплавога балансу
Раўнанне цеплавога балансу катла пры спальванні газу можна выказаць наступнай формулай:
Параметры аптымальнай нагрузкі забяспечваюць высокую прадукцыйнасць ацяпляльнай сістэмы.
- QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6;
- дзе QT - агульная колькасць тэрмічнага цяпла, якое паступіла ў топку катла;
- Q1 - карыснае цяпло, якое выкарыстоўваецца для нагрэву цепланосбіта ці атрымання пара;
- Q2 - страты цяпла, якое сыходзіць разам з прадуктамі гарэння ў атмасферу;
- Q3 - страты цяпла, звязаныя з няпоўным хімічным згараннем;
- Q4 - страты цяпла з-за механічнага недапалу;
- Q5 - страты цяпла праз сценкі катла і труб;
- Q6 - страты цяпла з-за выдалення попелу і дзындры з топкі.
Як відаць з раўнання цеплавога балансу, пры спальванні газападобнага або вадкага паліва адсутнічаюць велічыні Q4 і Q6, якія характэрныя толькі для цвёрдага паліва.
Калі ж цеплавой баланс выказаць у працэнтах ад агульнай цеплыні (QT = 100%), то дадзенае раўнанне прымае выгляд:
- 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.
Калі падзяліць кожны член ўраўненні цеплавога балансу з левай і правай частцы на QT і памножыць яго на 100, то атрымаецца цеплавой баланс у працэнтах ад агульнага які паступіў колькасці цяпла:
- q1 = Q1 * 100 / QT;
- q2 = Q2 * 100 / QT і гэтак далей.
Калі ў катле выкарыстана вадкае або газападобнае паліва, то страты q4 і q6 адсутнічаюць, раўнанне цеплавога балансу катла ў працэнтах прымае выгляд:
- 100 = q1 + q2 + q3 + q5.
Варта разгледзець кожны выгляд цяпла і ўраўненні падрабязней.
Цяпло, якое было выкарыстана па прызначэнні (q1)
Схема прынцыпу працы стацыянарнага цеплагенератара.
Цяплом, якое выкарыстоўваецца для прамога прызначэння, лічыцца тое, які траціцца на нагрэў цепланосбіта, альбо атрыманне пара з зададзеным ціскам і тэмпературай, якая лічыцца ад тэмпературы паступіла ў эканамайзер катла вады. Наяўнасць эканамайзера значна павялічвае велічыню карыснага цяпла, так як дазваляе ў большай ступені выкарыстоўваць цяпло, якое змяшчаецца ў прадуктах гарэння.
Артыкул па тэме: Планіроўка 1-павярховага дома з трыма спальнямі - выбіраем праект па гусце
Пры працы катла павялічваецца пругкасць і ціск пара ўнутры яго. Ад гэтага працэсу залежыць і тэмпература кіпення вады. Калі ў звычайных умовах тэмпература кіпення вады роўная 100 ° С, то пры павышэнні ціску пара гэты паказчык павялічваецца. Пры гэтым пар, які знаходзіцца ў адным катле разам з кіпячай вадой, называюць насычаным, а тэмпература кіпення вады пры дадзеным ціску насычанай пары называецца тэмпературай насычэння.
Калі ж у пары адсутнічаюць кропелькі вады, то ён называецца сухім насычаным парай. Масавая доля сухога насычанай пары ў вільготным пары складае ступень сухасці пара, выяўленую ў працэнтах. У паравых катлах вільготнасць пара вагаецца ад 0 да 0,1%. Калі ж вільготнасць перавышае дадзеныя паказчыкі, кацёл працуе не ў аптымальным рэжыме.
Карыснае цяпло, якое выдаткоўваецца на нагрэў 1 л вады ад нулявы тэмпературы да тэмпературы кіпення пры сталым ціску, называецца Энтальпія вадкасці. Цёпла, выдаткоўванай на пераклад 1 л кіпячай вадкасці ў парападобным стан, называецца схаванай цеплынёй параўтварэння. Сума гэтых двух паказчыкаў складае агульнае теплосодержание насычанай пары.
Страты цяпла з прадуктамі гарэння, якія бяруць пачатак у атмасферу (q2)
Дадзены тып страт у працэнтных адносінах паказвае рознасць Энтальпія сыходзяць газаў і халоднага паветра, які паступае ў кацёл. Формулы вызначэньня гэтых страт адрозніваюцца пры выкарыстанні розных тыпаў паліўных рэчываў.
Спальванне мазуту прыводзіць да страт цяпла з-за хімічнага недапалу.
Пры выкарыстанні цвёрдага паліва страты q2 складаюць:
- q2 = (Iг-αг * Iв) (100-q4) / QT;
- дзе Iг - Энтальпія якія сыходзяць у атмасферу газаў (кДж / кг), αг - каэфіцыент лішку паветра, Iв - Энтальпія паветра, неабходнага для гарэння, пры тэмпературы яго паступлення ў кацёл (кДж / кг).
Паказчык q4 ўводзіцца ў формулу таму, што павінна ўлічвацца цяпло, якое выдаткоўваецца пры фізічным спальванні 1 кг паліва, а не для 1 кг паліва, які паступіў у топку.
Пры выкарыстанні газападобнага або вадкага паліва гэтая ж формула мае выгляд:
- q2 = ((Iг-αг * Iв) / QT) * 100%.
Страты цяпла з якія сыходзяць газамі залежаць ад стану самога ацяпляльнага катла і рэжыму працы. Да прыкладу, пры ручной загрузцы паліва ў топку страты цяпла гэтага тыпу значна павялічваюцца з-за перыядычнага прытоку свежага паветра.
Страты цеплавой энергіі з якія сыходзяць у атмасферу дымавымі газамі павялічваюцца пры павелічэнні іх тэмпературы і колькасці выдаткоўванага паветра. Да прыкладу, тэмпература якія сыходзяць у атмасферу газаў пры адсутнасці эканамайзера і воздухоподогревателя складае 250-350 ° С, а пры іх прысутнасці - усяго 120-160 ° С, што ў некалькі разоў павялічвае велічыню карысна выкарыстоўванага цяпла.
Схема абвязкі катла.
З іншага боку, недастатковая тэмпература якія сыходзяць прадуктаў гарэння можа прывесці да адукацыі кандэнсату вадзяных пар на паверхнях нагрэву, што таксама ўплывае на адукацыю ледзяных нарастаў на дымавых трубах у зімовы час.
Артыкул па тэме: Ці можна зрабіць балкон, калі яго няма: усе «за» і «супраць»
Колькасць выдаткоўванага паветра залежыць ад тыпу гарэлкі і рэжыму працы. Калі яно павялічана ў параўнанні з аптымальным значэннем, то гэта прыводзіць да высокага зместу паветра ў сыходзяць газах, які дадаткова выносіць частка цяпла. Гэта непазбежны працэс, які нельга спыніць, але можна давесці да мінімальных значэнняў. У сучасных рэаліях каэфіцыент расходу паветра не павінен перавышаць 1,08 для гарэлак з поўнай інжэкцыі, 0,6 - для гарэлак з няпоўнай інжэкцыі паветра, 1,1 - для гарэлак з прымусовай падачай і змешваннем паветра і 1,15 - для дыфузійных гарэлак з знешніх змешваннем. Да павелічэння страт цяпла з які сыходзіць паветрам прыводзіць наяўнасць дадатковых падсмоктванні паветра ў топцы і трубах катла. Падтрыманне расходу паветра на аптымальным узроўні дазваляе знізіць велічыню q2 да мінімуму.
Каб мінімізаваць значэнне q2, неабходна своечасова чысціць знешнюю і ўнутраную паверхню катла, сачыць за адсутнасцю шумавіння, якая зніжае перадачу цяпла ад спальванага паліва да цепланосбіта, выконваць патрабаванні да вады, якая выкарыстоўваецца ў катле, сачыць за адсутнасцю пашкоджанняў у катле і злучэннях труб, каб не дапусціць прытоку паветра. Выкарыстанне дадатковых электрычных паверхняў нагрэву ў газавым гасцінцы расходуе электраэнергію. Аднак эканомія ад аптымальнага расходу паліва будзе значна вышэй за кошт спажыванай электраэнергіі.
Страты цяпла ад хімічнага недапалу паліва (q3)
Дадзены выгляд схемы забяспечвае абарону сістэмы ацяплення ад перагрэву.
Галоўным паказчыкам няпоўнага хімічнага згарання паліва з'яўляецца наяўнасць у адпрацаваных газах вокісу вугляроду (пры выкарыстанні цвёрдага паліва) або вокісу вугляроду і метану (пры спальванні газападобнага паліва). Страты цяпла ад хімічнага недапалу роўныя таго цяпла, якое магло б вылучыцца пры спальванні гэтых рэшткаў.
Няпоўнае згаранне паліва залежыць ад недахопу паветра, дрэннага сумесеўтварэння паліва з паветрам, зніжэння тэмпературы ўнутры катла або пры судотыку полымі вогненнага паліва са сценкамі катла. Аднак залішняе павышэнне колькасці паступае кіслароду не толькі не гарантуе поўнае спальванне паліва, але можа парушыць працу катла.
Аптымальнае ўтрыманне вокісу вугляроду на выхадзе з топкі пры тэмпературы 1400 ° С павінна складаць не больш за 0,05% (у пераліку на сухія газы). Пры такіх значэння цепластраты ад недапалу складуць ад 3 да 7% у залежнасці ад паліва. Недахоп кіслароду можа давесці гэта значэнне да 25%.
Але неабходна дамагацца такіх умоў, каб хімічны недапал паліва адсутнічаў. Неабходна забяспечваць аптымальнае паступленне паветра ў топку, падтрымліваць пастаянную тэмпературу ўнутры катла, дамагчыся дбайнага мяшання паліўнай сумесі з паветрам. Найбольш эканамічная праца катла дасягаецца пры ўтрыманні вуглякіслага газу ў прадуктах гарэння, якія сыходзяць у атмасферу, на ўзроўні 13-15% у залежнасці ад віду паліва. Пры лішку паступлення паветра ўтрыманне двухвокісу вугляроду ў адыходзячым дыме можа знізіцца на 3-5%, аднак страты цяпла пры гэтым павялічацца. Пры нармальнай працы ацяпляльнага абсталявання страты q3 раўняюцца 0-0,5% для пылеугольных і 1% для слаёў топак.
Артыкул па тэме: Квадрацыкл сваімі рукамі
Страты цяпла ад фізічнага недапалу (q4)
Дадзены выгляд страт адбываецца з-за таго, што несгоревшего часціцы паліва правальваюцца праз каласнікі ў зольніка або выносяцца разам з прадуктамі гарэння праз трубу ў атмасферу. Страта цяпла ад фізічнага недапалу напрамую залежыць ад канструкцыі катла, размяшчэння і формы каласнікоў, сілы цягі, стану паліва і яго спекаемости.
Найбольш значныя страты ад механічнага недапалу пры слаёў спальванні цвёрдага паліва і залішне моцнай цязе. У такім выпадку вялікая колькасць дробных несгоревшего часціц выносіцца разам з дымам. Асабліва добра гэта праяўляецца пры выкарыстанні неаднароднага паліва, калі ў ім чаргуюцца дробныя і буйныя кавалкі паліва. Гарэнне кожнага пласта атрымліваецца неаднародным, бо дробныя кавалкі згараюць хутчэй і выносяцца з дымам. У якія ўтварыліся прамежкі паступае паветра, які астуджае вялікія кавалкі паліва. Яны пры гэтым пакрываюцца шлаковой скарынкай і не выгараюць цалкам.
Страты цяпла пры механічным недапал складаюць звычайна каля 1% для пылеугольных топак і да 7,5% для слаёў топак.
Страты цяпла непасрэдна праз сценкі катла (q5)
Дадзены выгляд страт залежыць ад формы і канструкцыі катла, таўшчыні і якасці абмуроўванні як катла, так і дымоотводных труб, наяўнасці цеплаізалюючая экрана. Акрамя таго, вялікі ўплыў на страты аказвае канструкцыя самой топкі, а таксама наяўнасць дадатковых паверхняў нагрэву і электрычных нагревателей ў дымавым тракце. Гэтыя страты цяпла павялічваюцца пры наяўнасці скразнякоў у памяшканні, дзе стаіць ацяпляльнае абсталяванне, а таксама ад колькасці і працягласці адкрыцця топкі і лючков сістэмы. Зніжэнне колькасці страт залежыць ад правільнай абмуроўванні катла і наяўнасці эканамайзера. Спрыяльна на зніжэнні страт цяпла адбіваецца цеплаізаляцыя труб, па якіх адпрацаваныя газы выводзяцца ў атмасферу.
Страты цяпла з-за выдалення попелу і дзындры (q6)
Дадзены тып страт характэрны толькі для цвёрдага паліва ў кусковых і пылападобнага стане. Пры яго недапал часціцы неостывшего паліва правальваюцца ў зольніка, адкуль выдаляюцца, выносячы з сабой частка цяпла. Гэтыя страты залежаць ад попельнасць паліва і сістэмы шлакоудаления.
Цеплавой баланс катла - гэта велічыня, якая паказвае аптымальнасць і эканамічнасць працы вашага катла. Па велічыні цеплавога балансу можна вызначыцца з мерамі, якія дапамогуць эканоміць спальванага паліва і павялічыць эфектыўнасць ацяпляльнага абсталявання.