8. Расчет прямого и обратного теплового балансов котла и отдельных их статей
Тепловой баланс котла, представляет собой равенство между количеством теплоты, внесенной в котел и количеством полезно использованной теплоты и ее потерь. Составляющие теплового баланса относят к единице массы или объема сжигаемого топлива.
Уравнение теплового баланса для котла при установившемся режиме имеет вид:
 = +∑ (16)
Где - теплота, внесенная в топку котла (располагаемая теплота), ккал/м;
- теплота, использованная на нагревание рабочей среды (воды, ) в котле, ккал/кг, ккал/м;
 - сумма потерь теплоты, ккал/кг, ккал/м3.
Располагаемая теплота, ккал/кг, ккал/м3:
= + + + (17)
где -низшая теплота сгорания топлива;
-физическая теплота топлива, учитываемая при предварительном подогреве топлива;
-теплота, вносимая в топку с форсуночным дутьем, для распыления жидкого топлива
- теплота, поступающая в топку с воздухом при подогреве его вне котельной установки (в калорифере).
При составлении теплового баланса для котлов малой и средней мощности, работающих на газовом топливе, как правило, составляющие теплового баланса , , не учитывают и формула приобретает вид: 
Низшая теплота сгорания топлива представляет количество тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы или объема топлива с образованием RО2(SО2+C02) и воды в парообразном состоянии.
Теплоту сгорания топлива можно определить в калориметрической бомбе или подсчитать по формуле.
Для жидкого топлива применяется формула Д.И. Менделеева:
= 81 +246  -26(- )-6 ,ккал/кг (19)
где  - содержание в рабочей массе топлива соответственно углерода, водорода, серы, кислорода, влажности, %.
Для газообразного топлива теплота сгорания:
Qн=30,2СО+25,8Н2+85,5СН4+152С2Н6+218С3Н6+283С4Н10+349С5Н12+141С2Н4+ +206С2Н8+271С4Н8+337С5Н10+56Н2, ккал/м3 (20)
где СО, Н2 и т.д. - содержание составляющих газообразного топлива, %.
Плотность газа кг/м:
ρ=0,01 (1,96С02+1,25N2+1,4302+1,25 CО+0,09H2+0,716СН4+1,34С2Н6+ +1,97С3Н8+2,5С4Н10) (21)
Низшая теплота сгорания и плотность подсчитаны по вышеприведенным формулам для температуры 0°С и давления 760 мм рт. ст. Для приведения их к +20°С в формулы надо ввести коэффициент
К= =0,932 (22)
Вместе с низшей существует понятие высшей теплоты сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей затратами теплоты на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при его сгорании. Для природного газа разность между высшей и низшей теплотой сгорания составляет порядка 1000 ккал/м3.
КПД котла может быть определен по прямому и обратному тепловым балансом. При прямом балансе:
-для водогрейного котла
 = (23)
Из приведенной формулы видно, что для определения КПД котла по прямому балансу необходимо измерить количество и теплоту сгорания сжигаемого топлива, а также, количество выработанной теплоты в горячей воды.
При определении КПД котла по обратному балансу необходимо вычислить величину потерь теплоты и по известной теплоте сгорания топлива найти КПД котла по формуле:
 =100- - - (24)
Потери теплоты с уходящими газами 02 возникают вследствие того, что температура уходящих газов выше температуры воздуха и топлива, поступающих в котел.
Потери теплоты от химической неполноты сгорания имеют место при недостаточном количестве воздуха, поступающего для горения, и при его некачественном смешении с топливом.
Потери q2 и qз могут быть подсчитаны по результатам измерений объема продуктов горения и их теплофизических характеристик (температуре, теплоемкости, теплоте сгорания продуктов химического недожога).
Однако с целью сокращения трудоемкости и упрощения анализов и расчетов при сжигании жидкого и газообразного топлива эти потери определяют по методике теплотехнических расчетов, предложенной проф. М.Б. Равичем [4].
Применение этой методики позволяет отказаться от подсчета теплоты сгорания топлива и основывается на использовании обобщенных характеристик продуктов горения, колеблющихся в весьма малых пределах.
К обобщенным характеристикам относятся:
жаропроизводительность топлива  - максимальная температура горения в °С, развиваемая при полном сгорании топлива в теоретически необходимом для горения количестве воздуха (α=1,0) при температуре топлива и воздуха 0°С (табл. 2);
соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения, Вох (табл. 2);
количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива при  =1 отнесенное к м3 сухих продуктов сгорания, Рох, ккал/м3 (табл.2);
коэффициент изменения объема сухих продуктов горения, hох - отношение действительного объема сухих продуктов горения к теоретическому объему сухих газов, получаемого при полном сгорании топлива при α=1;
-отношение теплоемкостей продуктов сгорания при α=1 в интервале температур от 0°С ДО tух к их теплоемкости в интервале температур от 0°С до tмаксС" ох (табл.7);
отношение объемной теплоемкости воздуха в интервале температур от 0°С до tyx к объемной теплоемкости продуктов горения при =1 в интервале температур от О С до tмакс Кох (таблица 2).
Таблица 2
Обобщенные теплотехнические характеристики и  газового топлива
Топливо
|
°С
|
Вох
|
|
Рох
|
Природный газ
|
2010
|
0,80
|
11,8
|
1000
|
Коэффициент изменения объема сухих продуктов горения в общем случае определяется по формуле:
 = (25)
где  -содержание  и  в сухих продуктах горения, %;
СО, СН4 – содержание СО, СН4 в сухих продуктах горения, %;
-максимально возможное содержание RO2 в сухих продуктах горения при α=1(табл.6)
 отсутствии в топливе сернистых соединений и полном сгорании топлива
= (26)
Значение  природных газов чисто газовых месторождений, состоящих в основном из метана, равно 11,8 %. Зная состав газового топлива С02акс можно определить по формуле:
=11,75+0,01(2С2Н6+4С3Н8+6С4Н10+8С3Н12+11СО2-1,5N2),
где 11,75 - значение при сжигании метана.
С увеличением содержания в газе азота, углекислого газа и уменьшением содержания метана возрастает и подлежит определению по составу продуктов его полного горения
= (27)
где  , О2 содержание , О2 в сухих продуктах горения, %;
Потери теплоты с уходящими газами подсчитывают по формуле:
= ( )100 (28)
Где  – температура уходящих газов, °С
 - температура холодного воздуха, поступающего на горение, °С
Приведенная формула (28) может быть применена для всех видов топлива и для совместного сжигания различных видов топлива.
При сжигании одного вида топлива с известными значениями Вох, С"ох, Кох формула будет иметь вид:
=0,01Z( ) (29)
где Z - величина, определяемая в зависимости от температуры уходящих газов
содержания в продуктах горения суммы углеродосодержащих газов СО2+СО+СН4.
Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива определяются по формуле:
= 100 (30)
При сжигании топлива с известной величиной максимального теплосодержания сухих продуктов сгорания Рох потери , могут определяться по формулам:
при сжигании газа с Рох=1000 ккал/м3
 (31)
при сжигании дизельного топлива с Рох=970 ккал/кг
 (32)
Потери тепла от наружного охлаждения котла определяют ориентировочно по нормативным графикам или принимают по данным заводских или исследовательских испытаний.
Для водогрейных котлов, 100при номинальной нагрузке определяется по формуле:
 = 100 (33)
где q=1000 ккал/ ч - тепловой поток от наружной поверхности котла к окружающему воздуху при номинальной нагрузке;
 - поверхность охлаждения котла, м;
 - номинальная теплопроизводительность котла, ккал/ч.
При нагрузке отличной от номинальной для котла определяется по формуле:
= 0,5%, (34)
где  - фактическая теплопроизводительность котла, ккал/ч.
При сравнении результатов расчетов КПД брутто котла по прямому и обратному балансам расхождение не должно превышать точность определения КПД в условиях проведения режимно-наладочных испытаний.
Теплопроизводительность подсчитывают по формулам, Гкал/ч:
-для водогрейного котла
 = ( ) (35)
Расход топлива определяют по формулам, м3/ч, кг/ч:
-для водогрейного котла
 100 (36)
Расход топлива, определенный по счетчику, приводят к давлению 760 мм рт. ст. и температуре +20°С по формуле:
 =В (37)
где  - температура газа, °С;
 - барометрическое давление в период измерения, мм рт. ст.;
 - избыточное давление газа, измеренное перед измерительным устройством, мм рт. ст.
где индексом «ф» обозначены фактические параметры, а индексом «р» параметры, принятые при расчете диафрагмы.
-
Определение удельных расходов тепла, топлива и электроэнергии
Расход натурального топлива на 1 Гкал выработанного котлом тепла, м3/Гкал
 = 100 (39)
Расход условного топлива на 1 Г кал выработанного котлом тепла, кг у.т./Гкал
 = 100 (40)
Удельные расходы электроэнергии, кВтч/Гкал:
-на дутье
 = , (42)
Где  и  - мощность, потребляемая электродвигателем дутьевого вентилятора котла, кВт.
КПД нетто котельной определяется как:
 ,%
где - теплопроизводительность котельной, Гкал/ч;
 - расход тепла на собственные нужды, Гкал/ч.
При определении расхода тепла на собственные нужды котельной учитывались:
расход тепла на отопление и бытовые нужды котельной;
- потери тепла трубопроводами и арматурой, водой внутри котельной.
Расход условного топлива на 1 Гкал отпущенного котельной тепла, кг у. т./Гкал
 100
10. Наладка систем автоматического регулирования работы котлов
Наладка систем автоматического регулирования работы котлов проводится в соответствии с «Методикой проведения наладочных работ средств автоматического регулирования и безопасности (КИП и А)», включающей, в частности, следующие разделы:
проверку работоспособности приборов;
технологию наладки систем автоматического регулирования;
стендовую проверку элементов систем и их настройку.
11. Наладка водно-химического режима котлов и оборудования химводоподготовки
Наладка водно-химического режима котлов и оборудования химводоподготовки проводится в соответствии с «Методикой проведения пуско-наладочных работ на оборудовании химводоподготовки и наладки водно-химического режима котлов».
12. Учет расхода энергоресурсов
12.1.Порядок проверки правильности монтажа средств измерения расхода энергоресурсов.
Средства измерений, входящие в комплект узлов учета, должны иметь сертификат Госстандарта России об утверждении типа и проверены в органах Государственной метрологической службы. Проверка правильности монтажа средств измерения расхода энергоресурсов производится в строгом соответствии с заводскими инструкциями по монтажу и эксплуатации средств измерения расхода энергоресурсов. При этом особое внимание следует уделять:
наличию прямых участков трубопровода до и после измерительного устройства необходимой длины;
правильному монтажу гильз под термометры (место врезки, глубина погружения), а также импульсных линий под манометры в соответствии с заводскими инструкциями;
наличию, при необходимости, предусмотренных заводом-изготовителем фильтров на входе в средства измерения расхода энергоресурсов.
12.2 Методика обработки показаний измерительных комплексов.
Методика обработки показаний измерительных комплексов должна строго соответствовать указаниям завода-изготовителя. Запрещается вносить изменения в программы заводские формулы расчетов для средств измерения расхода энергоресурсов.
-
Форма и порядок составления технического отчета
По результатам теплотехнических испытаний составляется технический отчет, являющийся документом, подтверждающим выполнение объема работ.
Технический отчет, с учетом требований органов Ростехнадзора к проведению наладочных работ на газоиспользующих установках, должен содержать следующие разделы:
Введение
Краткую характеристику оборудования, систем, приборов и средств автоматизации, топлива.
2. Программу проведения работ.
3. Результаты работ, включая режимные карты, графики, расчет экономической эффективности выполненных работ.
4. Анализ результатов испытаний.
5. Выводы и рекомендации
6. Акт об окончании наладочных работ.
Приложения
Введение
Здесь указывают:
номер и дату договора, в соответствии с которым выполнены работы; наименование предприятий, между которыми заключен договор;
наличие регистрации наладочного предприятия в инспекции Ростехнадзора (№ и дата регистрации);
-наличие разрешения инспекции Ростехнадзора на проведение наладочных работ на данном объекте;
- состав бригады, выполнявшей испытания;
- время проведения испытаний;
- тип, номера и количество испытанных котлов; место их установки; назначение котельной: (отопление, горячее водоснабжение, выработка технологического пара и т.д.);
-дата ввода в эксплуатацию котлов, перевода их на сжигание газа, последних теплотехнических испытаний;
- степень выполнения задач, поставленных в программе испытаний.
Краткая характеристика оборудования, систем, автоматизации, топлива
В этом разделе приводятся паспортные характеристики котлов, горелочных устройств, дутьевых вентиляторов, систем автоматизации котлов, топлива, установок химической и термической обработки воды.
Характеристика котла должна содержать следующие паспортные (расчетные) данные:
тип котла;
номинальную производительность;
температуру воды на входе и выходе из котла (для водогрейных котлов);
расход воды через котел (для водогрейных котлов);
площадь поверхности нагрева;
объем топочного пространства;
температуру продуктов горения за котлом и уходящих газов;
разрежение по газоходам котла (или величину наддува);
расчетный КПД котла.
Характеристика горелочного устройства должна содержать:
- тип горелки:
- номинальную тепловую мощность;
- номинальный расход топлива;
- номинальное давление топлива;
- номинальное давление воздуха;
- коэффициент избытка воздуха при номинальной тепловой мощности;
- коэффициент рабочего регулирования мощности;
Характеристика дутьевого вентилятора должны включать:
тип машины;
производительность;
напор;
мощность и частоту оборотов электродвигателя.
Также привести сведения о наличии, типе и работоспособности автоматики безопасности и регулирования работы котлов, установок химической и термической обработки питательной воды.
По топливу указывают теплоту сгорания, плотность и С02 макс по составу топлива и по составу продуктов сгорания.
Программа проведения работ
В этом разделе указывается:
цель и работ;
категория испытаний по сложности;
условия проведения испытаний;
количество и продолжительность опытов;
методика составления теплового баланса;
организационные указания.
Результаты работ
В разделе отражаются итоги окончательной обработки материалов, примененные методики расчетов. Кроме этого, раздел включает в себя:
расчет экономической эффективности выполненных работ;
режимные карты работы оборудования;
-графики зависимости параметров работы оборудования (КПД, расхода топлива, давления топлива и воздуха, потерь тепла с уходящими газами, потерь тепла в окружающую среду и т.д.)
график соотношения давления топлива и воздуха;
сводные ведомости результатов испытания, в которых приводится показатели работы оборудования до и после проведения наладки.
Анализ результатов испытаний
При анализе следует обращать внимание на следующие вопросы:
диапазон нагрузок, при котором обеспечивается надежная, экономичная работа котла;
причины, определяющие величины максимальной и минимальной нагрузок котла; качество работы горелок по смесеобразованию, длине факела, вибрации, нагреву конструкции, создаваемому шуму, удобству и надежности розжига, регулированию устойчивости работы;
результаты включения различного числа и различных комбинаций горелок;
-значение коэффициента избытка воздуха по газоходам;
- причины их завышенного значения: характер изменения коэффициента избытка воздуха с изменением производительности котла;
-значение КПД котлов и расхода топлива;
-причины отклонений КПД котлов от расчетных значений, а в случае расхождения более, чем на 1 % характер изменения КПД и расхода топлива с изменением производительности котла;
величину давления пара при испытаниях при отклонении ее от расчетного значения;
потребление теплоты на собственные нужды котельной;
значение удельных расходов топлива на выработанную и отпущенную теплоту.
- величину давления пара при испытаниях при отклонении ее от расчетного значения;
Выводы и рекомендации
В этом разделе следует указать:
-рекомендованные нагрузки котлов, в соответствии с графиком распределения нагрузок;
оценить достигнутые значения КПД котлов;
степень плотности топки и газоходов;
качество сжигания топлива;
оценить работу котла в целом, тягодутьевых и горелочных устройств; удобство управления и обслуживания котла.
На основании сравнения результатов «фотографии» работы котлов с показателями наладки и теплотехнических испытаний делают вывод о достигнутой экономичности работы котлов.
Приложения
В приложении приводится табличный и графический материал по результатам, полученным при испытаниях.
Графическую часть выполнят с соблюдением принятых масштабов.
В состав приложения входят следующие материалы:
акт о состоянии КИП котла (представляется владельцем котла);
-проверочный расчет горелок, диафрагм расходомеров по газу, пару (при необходимости);
схема измерений;
спецификации на средства измерений;
план-задание на подготовку котлов к испытаниям;
перечень работ по устранению выявленных замечаний;
таблица тарировки сечения;
- методика расчетов при теплотехнических испытаниях;
- таблица тепловых нагрузок;
- таблица оптимального распределения нагрузки между котлами;
- карта распределения нагрузки между котлами.
|
