Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата. В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, + Qвода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту. Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Q^р_р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆

где Q^p_p – теплота, которой располагают; Q₁ – использованная теплота; Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q₃ – потери теплоты от химического недожога; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ – потери теплоты в окружающую среду; Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ = 100%

q₁ =

q₁ = ŋ_ка

ŋ_ка =  , где

D - паропроизводительность котла, т/ч;

B - расход топлива, т/ч;

Q_н - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

Низшая теплота сгорания представляет собой высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты парообразования влаги, образующейся в результате сгорания топлива.

h_пп - энтальпия перегретого пара, кДж/(кг.К), (определяется по - диаграмме водяного пара;

h_пв - энтальпия питательной воды: h_пв = с. t_пв = 4,2 . t_пв

ŋ_ка = 65-95%

Потери: q₂ = 8-12% (для снижения устанавливают дополнительные поверхности нагрева);

          q₃ = 0,5-3% (зависят от вида топлива, процесса горения, устройства топки);

          q₄ = 0 (для газообразного и жидкого топлива), 2-12% (для твёрдого топлива;

          q₅ = 0,5-2% (с увеличением паропроизводительности эти потери уменьшаются).

Топливо также характеризуется следующими показателями:

Часовой расход условного топлива: В_усл =  , т.у.т/ч

Видимая испарительная способность топлива:  И =  , кг пара/кг у.т.

Топочные устройства.

Топка – один из основных элементов котельного агрегата. В ней происходит процесс горения, при котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, передаваемую далее жидкости и пару, находящимся в котле. Существующие топочные устройства можно разделить на слоевые и камерные.

Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке.

В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые. На рис.15.1 показаны схемы слоевого, факельного и вихревого способов сжигания топлива. При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух попадается к слою топлива через колосниковую решетку.

Задача 19. Сколько бурого угля необходимо отпустить хозяйству, чтобы удовлетворить его заявку на 100 тонн условного топлива. Низшая теплота сгорания 14 МДж/кг

              Дано :                                Решение :

       Вусл = 100 т.               

       Qн = 14 М Дж/кг          Вусл = В x   Qн

                                                                             29,3

               В - ?                            В =    Вусл. x 29,3__ = _100 x 29,3 = 209,3 т.

                                                                       Qн                 14

Задача № 20. Определить часовой расход условного топлива, его видимую испарительную способность, если низкая теплота сгорания 19,9 М Дж/кг, паропроизводительность котла 35 т/ч, расход топлива  5,5 т/ч.

   Дано :                                Решение :

Qн = 19,5 М Дж/кг       

D = 35 т/ч                       Вусл. = В x Q н = 5,5 x 19,5 = 3,66 т.у.т./ч

В = 5,5 т/ ч                                     29,3     29,3

                                      И = _D _ = _35_ = 9,56 кг пара

Вусл. - ?, И - ?                      Вусл. 3,66         кг у.т.

Задача № 21. Определить паропроизводительность котла, если его КПД 83%, давление пара 5 МПа, температура пара 500 ⁰С, низшая теплота сгорания топлива 23 МДж/кг, часовой расход его 8,5 т/ч. Температура питательной воды 165 ⁰С. Кроме того, для котельного агрегата определить часовой расход условного топлива                             и его видимую испарительную способность.

              Дано :                                                             Решение :

       η = 83% = 0,83                                              

       p = 5 МПа = 5 x 10³ кПа                         ηк.а. = D ( h п.п. - h п.в.)

       tп.п = 500 ⁰С                                                              В x Qн

       Qн = 23 МДж/кг = 23 x 10³ кДж/кг            

       В = 8,5 т/ч                                                        B * Q _н * η_ка

       tп.в. = 165 ⁰С                                            D = (h_n.n. – h_n.b.)

             D - ? , Вусл. - ?, И - ?                     h_n.в. = C t_n.в. = 4,2 * 165 = 693 кДж/кг

       Энтальпию перегретого пара определяем по h, S диаграмма водяного пара (прил.1) по известному давлению и температуре. Находим точку пересечения соответствующей изобара (5 x 10³ кПа) и изотермы (500 ⁰С). Из точки пересечения проводим перпендикуляр на ось h : hп.п. = 3410 кДж/кг.

             8,5 * 23 * 10³ * 0,83

       D =  (3410 – 693)     = 60 т/ч

                  В * Q_н          8,5 * 23  

       Вусл. = 29,3 =  29,3 = 6,6 т.у.т/ч

             D        60

       И = В_усл = 6,6 = 9,1 кг пара/кг у.т.