Тепловой баланс котла

Тепловой баланс котла — это следующее из закона сохранения энергии равенство количества располагаемой теплоты топлива, поступающего в котёл, сумме полезно используемой в нём теплоты и тепловых потерь (см. Определения). Сведение такого баланса позволяет оценить КПД котла и проверить тепловые расчёты. Выражается в величинах энергии, отнесённых к единице массы твёрдого или жидкого топлива или объёма газообразного топлива (обозначаются заглавными буквами Q) или в относительном виде, в процентах от располагаемой теплоты (обозначаются строчными буквами q, ):

Нумерация этих величин является общеупотребительной.

Располагаемая теплота топлива
Количество теплоты, поступающей в котёл на учётную единицу (массы или объёма) топлива;
,где  — теплота сгорания топлива в рабочем состоянии (обычно используют низшую теплоту сгорания );  — теплота вносимого в топку с воздухом, нагретым вне котла;  — энтальпия (физическая теплота) топлива;  — теплота пара, подаваемого на форсунки при паровом распылении жидкого топлива;  — теплота, затрачиваемая на разложение при горении топлива содержащихся в нём бикарбонатов. Всего в топку за единицу времени вносится энергия в количестве , где  — расход топлива.
Полезно используемая теплота
Тепловая энергия, сообщаемая рабочему телу (питательной воде, нагреваемой в водогрейном котле или преобразуемой в пар в паровом, пару промперегрева). В абсолютных величинах для парового котла она равна
,где , , , ,  — энтальпии свежего пара, питательной воды, продувочной воды и пара до и после промперегрева; , ,  — расходы свежего пара, пара промперегрева и продувки соответственно.
Потери теплоты с уходящими газами Равны разности энтальпий состояния газов на выходе и воздуха, входящего в котёл.,
где  — энтальпии уходящих газов на выходе из котла и теоретически необходимого на горение количества воздуха ненагретого,  — избыток воздуха в уходящих газах, в долях (на несгоревшее топливо воздуха не нужно).
Потери теплоты с химическим недожогом
Учитывают выход из котла горючих газообразных элементов (H2, CH4) или продуктов неполного сгорания (CO). При теплоте сгорания -го такого компонента и выходе на единицу топлива
.
Потери теплоты с механическим недожогом
Потери с твёрдым непрореагировавшим топливом, переходящим в состав золы (обычно это кокс, удельная теплота сгорания которого значительна). Состоит из потерь со шлаком (выпадающим в топке) и уносом (выносом топлива в систему золоулавливания и дымовую трубу), обычно учитываемых раздельно (поскольку содержание горючих в золе уноса и шлаке сильно отличается):
,
,
,
где  — теплота сгорания горючих (для углерода примерно 32,6 МДж/кг),  — доли удаления золы со шлаком и уносом,  — зольность рабочей массы топлива.
Потери теплоты в окружающую среду
Потери от охлаждения внешних поверхностей котла. Для данного котла абсолютная потеря на наружное охлаждение — почти постоянная величина (соответственно, ), она меньше для котлов большей мощности (с меньшей удельной поверхностью).
Потери теплоты со шлаком
Потери с физической теплотой шлака, удаляемого из топки. Принимается, что
,
где  — доля золы, улавливаемой в топке,  — зольность рабочей массы топлива,  — произведение теплоёмкости золы на её температуру (принимается 600 °C при твёрдом шлакоудалении или tC+100 °C при жидком).

Сведение теплового баланса позволяет получить коэффициент полезного действия котла брутто

.

При определении КПД котла нетто из величины дополнительно вычитают при расчётах затраты энергии на собственные нужды котла (работу дымососов, насосов, вентиляторов, мельниц и т. п.). Также уравнение теплового баланса позволяет узнать неизвестную величину, зная известные.

Борьба с потерямиПравить

Величину  , имеющую наибольшее значение, можно снижать, прежде всего снижая избыток воздуха в топке (огранично условиями полного сгорания топлива во избежание роста   и экологических проблем, а также снижением скорости горения) и температуру уходящих газов (но последнее требует увеличение поверхностей нагрева). С потерями от наружного охлаждения   борются, покрывая котёл теплоизоляцией (это необходимо и по условиям пребывания людей в котельной).