Розрахунок ккд котельні. Тепловий баланс парового казана
Опалювальна техніка, що працює на твердому паливі, представлена сьогодні цілою групою апаратів. Кожен твердопаливний котел, що випускається сьогодні вітчизняними та зарубіжними компаніями-виробниками – це абсолютно нові високотехнологічні нагрівальні прилади. Завдяки впровадженню в конструкцію опалювальних приладів технічних нововведень та оснащенню пристроями автоматичного контролю вдалося значно підвищити ККД, оптимізувати роботу твердопаливних котлів.
У нагрівальних приладах цього виду використовується традиційний принцип дії, аналогічний добре знайомому нам варіанту пічного опалення. Основна дія обумовлена процесом генерації теплової енергії, що виділяється при згорянні в топці котла вугілля, коксу, дров та інших паливних ресурсів з подальшою передачею тепла теплоносію.
Як і інші пристрої, що забезпечують вироблення, передачу енергії, котельне обладнання має коефіцієнт корисної дії. Розглянемо більш детально, що є ККД агрегатів, що працюють на твердому паливі. Намагаємося знайти відповіді на питання, пов'язані з цими параметрами.
Що таке ККД опалювальних приладів
Для будь-якого нагрівального агрегату, завдання якого входить обігрів внутрішнього просторужитлових будівель та споруд різного призначенняважливим компонентом була, є і залишається ефективність роботи. Параметром, що визначає ефективність твердопаливних котлів, є коефіцієнт корисної дії. ККД показує відношення витраченої теплової енергії, що видається котлом у процесі горіння твердого палива до корисного тепла, яким постачається вся система опалення.
Виражається це співвідношення у відсотках. Чим краще працює котел, тим вищі відсотки. Серед сучасних твердопаливних котлів є моделі з високим ККД, високотехнологічні, ефективні та економічні агрегати.
Для довідки:як грубий приклад, слід оцінити тепловий ефект, що отримується при сидінні біля багаття. Теплова енергія, що виділяється при горінні дров, здатна обігріти обмежений навколо багаття простір і предмети. Більшість тепла від вогнища, що горить (до 50-60%), йде в атмосферу, не даючи ніякої користі, крім естетичного змісту, у той час як сусідні предмети і повітря отримують обмежену кількість кілокалорій. Коефіцієнт корисної дії у вогнища мінімальний.
Коефіцієнт корисної дії опалювальної техніки залежить від того, який вид палива використовується і які конструктивні особливостіпристрої. 
Наприклад: при горінні вугілля, дров або пелет виділяється різна кількість теплової енергії. Багато в чому ККД залежить від технології спалювання палива в камері згоряння та типу системи опалення. Іншими словами, кожен вид нагрівальних приладів (традиційні котли на твердому паливі, агрегати тривалого горіння, пелетні котли та апарати, що працюють за рахунок піролізу), має свої технологічні особливості конструкції, що впливають на параметри ККД.
Відбиваються на ефективності котлів так само умови експлуатації та якість вентиляції. Слабка вентиляція стає причиною нестачі повітря, необхідного для високої інтенсивності процесу спалювання паливної маси. Від стану димоходу залежить не тільки рівень комфорту внутрішніх приміщеннях, а й ККД обігрівальної техніки, працездатність усієї системи опалення.
Супровідна документація на опалювальний котел повинна мати заявлений виробником ККД обладнання. Відповідність реальних показників заявленої інформації досягається за рахунок правильного монтажуапарату, обв'язкою та подальшою експлуатацією.
Правила експлуатації котелень, дотримання яких впливає на величину ККД
Будь-який вигляд опалювального агрегатумає свої параметри оптимального навантаження, яке має бути максимально корисним, з технологічного та економічного погляду. Процес експлуатації твердопаливних котлів побудований таким чином, що більшість часу техніка працює в оптимальному режимі. Забезпечити таку роботу дозволяє дотримання правил експлуатації опалювального обладнання, яке працює на твердому паливі. В даному випадку необхідно дотримуватися та дотримуватися наступних пунктів:
- необхідно дотримуватися прийнятних режимів дуття та роботи витяжки;
- постійний контроль над інтенсивністю горіння та повноти згоряння палива;
- контролювати величину винесення та провалу;
- оцінка стану поверхонь, що нагріваються в процесі горіння палива;
- регулярне чищення котла.
Перераховані пункти є тим необхідним мінімумом, якого слід дотримуватися під час експлуатації котельного обладнання в опалювальний сезон. Дотримання простих і зрозумілих правил дозволить отримати заявлений у характеристиках ККД автономного казана.
Можна сказати, що кожна дрібниця, кожен елемент конструкції нагрівального приладу позначається на величині коефіцієнта корисної дії. Правильно сконструйований димохід, система вентиляції забезпечують оптимальний приплив повітря в камеру топки, що істотно відбивається на якості горіння паливного продукту. Робота вентиляції оцінюється величиною коефіцієнта надлишку повітря. Надмірне збільшення обсягу повітря, що надходить, призводить до перевитрати палива. Тепло інтенсивніше йде через трубу разом із продуктами горіння. При зменшенні коефіцієнта робота котлів значно погіршується, висока ймовірність виникнення в топці зон, обмежених киснем. При такій ситуації в топці починає утворюватися і накопичуватися в великих кількостяхсажа.
Інтенсивність та якість горіння у твердопаливних котлах потребують постійного контролю. Завантаження камери згоряння повинно виконуватися рівномірно, не допускаючи вогнищевих спалахів.
На замітку:вугілля або дрова рівномірно розподіляються по колосниках або решітці. Горіння повинне проходити по всій поверхні шару. Поступово розподілене паливо швидко підсихає і горить по всій поверхні, гарантуючи повне вигоряння твердих компонентів паливної маси до летючих продуктів горіння. Якщо ви правильно заклали паливо в топку, полум'я під час роботи котлів буде яскраво жовтого, солом'яного кольору.
Під час горіння важливо не допускати провалів паливного ресурсу, інакше доведеться зіткнутися із суттєвими механічними втратами (недопалом) палива. Якщо не контролювати положення палива в топці, великі фрагменти вугілля або дров, що впали в зольний ящик, можуть призвести до несанкціонованого загоряння залишків продуктів паливної маси.
Сажа та смола, що накопичилася на поверхні теплообмінника, зменшують ступінь нагрівання теплообмінника. Внаслідок усіх перерахованих порушень умов експлуатації зменшується корисний обсяг теплової енергії, необхідної для нормальної роботи системи опалення. Як наслідок, можна говорити про різке зниження ККД опалювальних котлів.
Чинники, від яких залежить ККД котлів
Котли з високим значенням ККД на сьогоднішній день представлені наступною опалювальною технікою:
- агрегати, що працюють на вугіллі та на іншому твердому викопному паливі;
- пелетні казани;
- апарати піролізного типу.
ККД нагрівальних приладів, у топку яких іде антрацит, кам'яне вугілля та торф'яні брикети, становить у середньому 70-80%. Значно більший коефіцієнт корисної дії пелетних пристроїв – до 85%. Завантажувані гранулами нагрівальні котли цього типу відрізняються високою ефективністю, що видаються під час горіння палива величезна кількість теплової енергії.
На замітку:одного завантаження цілком достатньо роботи апарата на оптимальних режимах до 12-14 годин.
Абсолютний лідер серед твердопаливного опалювального обладнання – піролізний казан. У цих приладах використовують дрова або відходи деревини. ККД такої техніки сьогодні становить 85% і більше. Агрегати також відносяться до високоефективних пристроїв тривалого горіння, але при дотриманні необхідної умови- вологість палива не повинна перевищувати 20%.
Важливим значення коефіцієнта корисної дії є тип матеріалу, з якого виготовлений опалювальний прилад. Сьогодні на ринку представлені моделі твердопаливних котлів, виконаних зі сталі та чавуну.
Для довідки:До перших відносяться сталеві вироби. Для зниження ринкової вартості агрегату компанії-виробники використовують основні елементи конструкції, виконані зі сталі. Наприклад, теплообмінник виготовляється із високоміцної жаростійкої чорної сталі товщиною 2-5 мм. Таким же чином виготовляються трубчасті нагрівальні елементи, що використовуються для нагрівання основного контуру.
Чим товстіша сталь, яка використовується в конструкції, тим вище теплообмінні характеристики обладнання. Відповідно зростає коефіцієнт корисної дії.
В апаратах зі сталі збільшення ККД досягається за рахунок установки спеціальних внутрішніх перегородок у вигляді труб – щаблів основного потоку та розсікачів диму. Заходи вимушені та часткові, що дозволяють трохи підвищити ефективність основного пристрою. Серед моделей сталевих твердопаливних котлів рідко можна зустріти прилади, що мають ККД понад 75%. Термін експлуатації таких виробів становить 10-15 років.
Зарубіжні компанії з метою підвищення ККД сталевих опалювальних котлів використовують у своїх моделях процес нижнього спалювання, з двома або з трьома тяговими потоками. У конструкції виробів передбачена установка трубчастих нагрівальних елементівдля покращення теплообміну. Подібна техніка має ККД в межах 75-80%, і може прослужити довше, в 1,5 рази.
На відміну від сталевих агрегатів, більшу ефективність мають чавунні твердопаливні апарати.
У конструкції чавунних агрегатів використовуються теплообмінники, виготовлені з чавунного сплаву особливої марки, що має високу тепловіддачу. Такі котли найчастіше використовують для відкритих опалювальних систем опалення. Вироби додатково оснащуються колосниками, завдяки яким здійснюється інтенсивний відбір теплової енергії безпосередньо від палива, що горить, розміщеного на колосниках.
ККД у таких нагрівальних приладів становить 80%. Слід враховувати величезні терміни експлуатації чавунних котлів. Термін працездатності подібної техніки становить 30-40 років.
Як підвищить ефективність опалювальної техніки, що працює на твердому паливі
Сьогодні багато споживачів, маючи у своєму розпорядженні твердопаливний котел, намагаються знайти найбільш зручний та практичний спосіб як підвищити ККД опалювального обладнання. Технологічні параметри нагрівальних приладів, закладені виробником, з часом втрачають номінальні значення, тому для підвищення ефективності котельної техніки вишукуються. різні способита засоби.
Розглянемо один із найбільш ефектних варіантів, встановлення додаткового теплообмінника. У завдання нової оснастки входить зняття теплової енергії з летких продуктів горіння.
На відео можна побачити, як зробити самостійно економайзер (теплообмінник)
Для цього нам попередньо необхідно дізнатися, яка температура диму на виході. Змінити її можна за допомогою мультиметра, що міститься безпосередньо в середину димоходу. Дані про те, скільки можна отримати додаткового тепла від продуктів горіння, що випаровуються, необхідні для розрахунку площі додаткового теплообмінника. Робимо такі дії:
- відправляємо в топку дрова певної кількості;
- засікаємо за скільки часу прогорить певну кількість дров.
Наприклад: дрова, у кількості 14.2 кг. горять 3,5 години. Температура диму на виході з казана становить 460 0 С.
За 1 годину ми згоріло: 14,2/3,5 = 4,05 кг. дров.
Для розрахунку кількості диму використовуємо загальноприйняте значення – 1 кг. дров = 5,7 кг. димових газів. Далі множимо кількість дров, що згоріли за одну годину, на кількість диму, що отримується при згорянні 1 кг. дров. У результаті: 4,05 х 5,7 = 23,08 кг. летких продуктів горіння. Ця цифра стане відправною точкою для подальших розрахунків кількості теплової енергії, яку можна використовувати додатково для нагрівання другого теплообмінника.
Знаючи значення теплоємності летких гарячих газів, як 1,1 кДж/кг., робимо подальший розрахунок потужності теплового потоку, якщо хочемо знизити температуру диму з 460 0 З до 160 градусів.
Q = 23,08 х 1,1 (460-160) = 8124 кДж теплової енергії.
В результаті отримуємо точне значення додаткової потужності, яку забезпечують леткі продукти горіння: q = 8124/3600 = 2,25 кВт, цифра велика, яка може істотно вплинути на підвищення ефективності опалювального обладнання. Знаючи про те, скільки енергії йде даремно, бажання оснастити котел додатковим теплообмінником цілком виправдане. За рахунок припливу додаткової теплової енергії для роботи з нагрівання теплоносія, підвищується не тільки ефективність системи опалення, але і сам ККД опалювального агрегату зростає.
Висновки
Незважаючи на безліч моделей сучасної опалювальної техніки, твердопаливні котлипродовжують залишатися одним з ефективних та доступних видом нагрівального обладнання. У порівнянні з електричними казанами, які мають ККД до 90%, агрегати на твердому паливі мають високий економічний ефект. Збільшення коефіцієнта корисної дії на нових моделях, дозволило цьому виду котельного обладнання наблизитися до електричних і газових котлів.
Сучасні апарати на твердому паливі здатні не тільки працювати тривалий час, використовуючи доступне за ціною природні паливні ресурси, але й мають високі експлуатаційні характеристики.
Теплоефективність котельного обладнання вказується в коефіцієнті корисної дії. ККД газового котла обов'язково прописується в технічній документації. Згідно з запевненнями виробників, у деяких моделей котлів коефіцієнт досягає 108-109%, інші працюють на рівні 92-98%.
Як розрахувати ККД котла опалення на газі
Методика розрахунку ефективності відбувається за допомогою порівняння витраченої теплової енергії для нагрівання теплоносія та фактичної кількості всієї теплоти, виділеної під час спалювання палива. У заводських умовах обчислення виконують за формулою:η = (Q1/Qri) 100%
У формулі розрахунків ККД водогрійного котла на газі зазначені значення означають:
- Qri – загальна кількість теплової енергії, що виділяється під час спалювання палива.
- Q1 – тепло, яке вдалося акумулювати та використовувати для нагрівання приміщення.
На місці проводиться оцінка похибки для визначення теплоефективності. Для обчислень застосовують ще одну формулу:
η=100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)
Розрахунки допомагають провести аналіз відповідно до особливостей конкретної системи опалення. Скорочення у формулі позначають:
- q2 – тепловтрати у газах і продуктах згоряння.
- q3 – втрати, пов'язані з неправильними пропорціями газоповітряної суміші, через які виникає недопал газу.
- q4 – теплові втрати, пов'язані з появою на пальниках та теплообміннику сажі, а також механічний недопал.
- q5 – тепловтрати, залежно від зовнішньої температури.
- q6 – втрати тепла під час охолодження топки під час очищення її від шлаків. Останній коефіцієнт відноситься виключно до твердопаливних агрегатів і не враховується при розрахунках ККД обладнання, що працює на природному газі.
Найсильніше впливає на теплоефективність, температура газів, що відходять, зазначена у формулі маркером q2. При зменшенні інтенсивності нагрівання відхідних градусів на 10-15 ° С, підвищується ККД на 1-2%. У зв'язку з цим найвищий ККД в конденсаційних котлах, що відносяться до класу низькотемпературного опалювального обладнання.
У якого газового котла найвищий ККД
Статистика та технічна документація ясно вказують, що котли імпортного виробництва мають найбільший ККД. Європейські виробники роблять особливий акцент на застосуванні енергозберігаючих технологій. Іноземний газовий котел, має високий ККД, тому що в його пристрої зроблено деякі модифікації:- Використовується модуляційний пальник– сучасні котли провідних виробників, оснащені плавнодвоступінчастими або повністю модульованими пальниками. Перевага пальників – автоматична пристосованість до фактичних робочих параметрів системи опалення. Відсоток недопалу знижується до мінімуму.
- Нагрів теплоносія– оптимальний котел, це агрегат, що розігріває теплоносій до температури не більше 70°С, при цьому гази, що відходять, нагріваються не більше 110°С, що й забезпечує максимальну тепловіддачу. Але при низькотемпературному нагріванні теплоносія спостерігається кілька мінусів: недостатня сила тяги, посилене конденсатоутворення.
Теплообмінники в газових котлахз найвищим коефіцієнтом корисної дії, виготовляються з нержавіючої сталі та постачаються спеціальним блоком-конденсатором, призначеним для відбору тепла, що знаходиться в конденсаті. - Температура газу, що підводить, і повітря, що надходить на пальник. Котли закритого типу підключаються . Повітря надходить у камеру згоряння через зовнішню порожнину двопорожнинної труби, попередньо підігріваючись, що знижує необхідні витрати на кілька відсотків.
Пальники з попереднім приготуванням газоповітряної суміші також підігрівають газ перед подачею його на пальник. - Ще один популярний варіант модифікації– установка системи рециркуляції газів, коли дим не відразу надходить у камеру згоряння, а проходить через ламаний димохідний канал і надходить після підмішування свіжого повітряназад на пальник.
Максимальне ККД досягається за температури конденсатоутворення або «точки роси». Котли, що працюють в умовах низькотемпературного нагрівання, називаються конденсаційними. Їх відрізняє мале споживання газу і висока теплоефективність, що особливо помітно при підключенні до і .
Конденсаційні котли пропонують кілька європейських виробників, серед яких:
- Viessmann.
- Buderus.
- Vaillant.
- Baxi.
- De Dietrich.
У технічній документації до конденсаційним котлам, зазначено, що ККД пристроївпри підключенні до низькотемпературних систем обігріву становить 108-109%.
Як збільшити ККД опалювального котла на газі
Існують всілякі хитрощі підвищення ККД. Ефективність способів залежить від початкової конструкції котла. Для початку використовують модифікації, що не вимагають змін у роботі котла:- Зміна принципу циркуляції теплоносія– будівля прогрівається швидше та рівномірніше, при підключенні циркуляційного насоса.
- Установка кімнатних терморегуляторів– модернізація котлів для підвищення ККД за допомогою датчиків, що контролюють не нагрівання теплоносія, а температуру в приміщенні, ефективний методпідвищення теплоефективності.
- Підвищення коефіцієнта використання газу в побутовому котлі приблизно на 5 -7% відбувається при заміні пальникового пристрою. Установка модуляційного пальника сприяє поліпшенню пропорцій газоповітряної суміші і відповідно зменшує відсоток недогару. Тип встановленого пальника, знаходиться в прямій залежності, щодо зменшення втрат тепла.
- Замість повної модифікації котла може знадобитися часткове перетворення конструкції та регулювання витрати палива. Якщо змінити положення пальників та встановити їх ближче до водяного контуру, вдасться збільшити ККД ще на 1-2%. Тепловий баланс котельного агрегату збільшиться у велику сторону.
ККД зменшується при забрудненні теплообмінника, тому що накип, що складається з сольових відкладень металів, має погану теплопровідність. З цієї причини спостерігається постійне збільшення витрати газу і згодом котел повністю виходить з ладу.
Спостерігається невелике збільшення ККД при згорянні зрідженого газу, що досягається за рахунок зниження швидкості надходження палива на пальник, що призводить до зменшення недогару. Проте теплоефективність збільшується незначно. Тому, природний газпродовжує залишатися найбільш економічним із усіх використовуваних традиційних типів палива.
Теплота, що виділяється при згорянні палива, не може бути повністю використана для пари або гарячої водичастина теплоти неминуче втрачається, розсіюючись у навколишньому середовищі. Тепловий баланс котлоагрегату є специфічним формулюванням закону збереження енергії, що затверджує рівність кількості теплоти, що вноситься в котельний агрегат, і теплоти, витраченої на виробництво пари або гарячої води з урахуванням втрат. Відповідно до «Нормативного методу» всі величини, що входять до теплового балансу, розраховуються на 1 кг палива, що згоріло. Прибуткова частина теплового балансу називається теплотою, що розташовується :
де Q- - нижча теплота згоряння палива, кДж/кг; c T t T - фізична теплота палива (з т – теплоємність палива, / т – температура палива), кДж/кг; Q B - теплота повітря, що надходить у топку при підігріві його поза агрегатом, кДж/кг; Q n - теплота, що вноситься в котельний агрегат з парою, що використовується для розпилювання мазуту, зовнішньої обдування поверхонь нагріву або подачі під грати при шаровому спалюванні, кДж/кг.
При використанні газоподібного палива розрахунок виконується щодо 1 м 3 сухого газу за нормальних умов.
Фізична теплота палива відіграє істотну роль тільки при попередньому підігріві палива поза котлоагрегатом. Наприклад, мазут перед подачею до пальників підігрівають, оскільки він має велику в'язкість за низької температури.
Теплота повітря, кДж/(кг топл.):
де а т - Коефіцієнт надлишку повітря в топці; V 0 H -теоретично необхідну кількість повітря, н.м3/кг; з в -ізобарна теплоємність повітря, кДж/(н.м 3 К); /х - температура холодного повітря, ° С; t B -температура повітря на вході в топку, °С.
Теплота, що вноситься з парою, кДжДкгтопл.):
де G n -питома витрата дутьової пари (на розпилювання мазуту витрачається приблизно 0,3 кг пари на 1 кг мазуту); /п = 2750 кДж/кг - приблизна величина ентальпії водяної пари при температурі продуктів згорання, що виходять з котлоагрегату (близько 130 °С).
У наближених розрахунках приймають 0 р ~ Q?через небагато інших складових рівняння (22.2).
Витратна частина теплового балансу складається з корисно використаної теплоти (отримання пари або гарячої води) суми втрат, кДжДкгтопл.):
де 0 2 - втрати теплоти з газами, що йдуть з котельного агрегату;
- 03 – втрати теплоти від хімічної неповноти згоряння палива;
- 04 - втрати теплоти від механічної неповноти згоряння палива;
- 0 5 - втрати теплоти через обмуровку у навколишнє середовище; 06 - втрати з фізичною теплотою шлаку, що видаляється з котельного агрегату.
Рівняння теплового балансу записується як
У відсотках від теплоти рівняння (22.6) можна записати:
Корисно використана теплота в паровому котлі з безперервним продуванням верхнього барабана визначається за рівнянням, кДжДкгтопл.):
де D -паропродуктивність котла, кг/с; D np -витрата продувної води кг/с; В -витрати пального, кг/с; /п, /пв, /кв - ентальпія пари, поживної та котлової води при тиску в котлі відповідно, кДж/кг.
Втрати теплоти з газами, що йдуть, кДж/(кг топл.):
де з гі з в- ізобарна теплоємність продуктів згоряння та повітря, кДж/(н.м 3 К); г - температура газів, що йдуть, °С; а ух - коефіцієнт надлишку повітря на виході газів із котлоагрегату; До 0 Г та V 0- теоретичний обсяг продуктів згоряння та теоретично необхідну кількість повітря, н.м 3 /(кгтопл.).
У газоходах котлоагрегату підтримується розрідження, обсяги газів при їх русі газовим трактом котла зростають через присоси повітря через нещільності в обмуровці котла. Тому дійсний коефіцієнт надлишку повітря на виході з котлоагрегату а ух більший за коефіцієнт надлишку повітря в топці а. Він визначається підсумовуванням коефіцієнта надлишку повітря в топці та присосів повітря у всіх газоходах. У практиці експлуатації котелень необхідно прагнути до зменшення присосів повітря в газоходах як до одного з найбільш ефективних засобівборотьби із втратами теплоти.
Таким чином, величина втрати Q 2визначається температурою газів, що йдуть, і величиною коефіцієнта надлишку повітря а ух. У сучасних казанах температура газів за казаном не опускається нижче 110 °С. Подальше зменшення температури призводить до конденсації пари води, що містяться в газах, і утворення при спалюванні сірковмісного палива сірчаної кислоти, що прискорює корозію металевих поверхонь газового тракту. Мінімальні втрати з газами становлять q 2 ~ 6-7%.
Втрати від хімічної та механічної неповноти згоряння є характеристиками топкових пристроїв (див. 21.1). Їх величина залежить від виду палива та способу спалювання, а також від досконалості організації процесу горіння. Втрати від хімічної неповноти згоряння у сучасних топках становлять q 3 = 0,5-5%, від механічної - q 4 = 0-13,5%.
Втрати теплоти у навколишнє середовище q 5 залежить від потужності котла. Чим вища потужність, тим менша відносна величина втрати q 5 . Так, при паропродуктивності котлоагрегату D= 1 кг/с втрат становлять 2,8%, при D= 10 кг/с q 5 ~ 1%.
Втрати теплоти з фізичною теплотою шлаку q b невеликі і зазвичай враховуються при складанні точного теплового балансу, %:
де а шл = 1 - а ун; а ун - частка золи у димових газах; з шл і? шл - теплоємність та температура шлаку; А г - зольність робочого стану палива.
Коефіцієнтом корисної дії (ККД) котлоагрегату називають відношення корисно використаної теплоти згоряння 1 кг палива на отримання пари в парових котлах або гарячої води у водогрійних до теплоти.
ККД котлоагрегату, %:
ККД котлоагрегатів істотно залежить від виду палива, способу спалювання, температури газів, що йдуть, і потужності. Парові котли, що працюють на рідкому або газоподібному паливі, мають ККД 90-92%. При шаровому спалюванні твердого палива ККД дорівнює 70-85%. Необхідно відзначити, що ККД котлоагрегатів істотно залежить від якості експлуатації, особливо від організації процесу топки. Робота котлоагрегату з тиском пари та продуктивністю менше номінальних знижує ККД. У процесі експлуатації котлів періодично повинні проводитися теплотехнічні випробування з метою визначення втрат та дійсного ККД котла, що дозволяє внести потрібні корективи в режим його роботи.
Витрата палива для парового котла (кг/с - для твердого та рідкого палива; н.м 3 /с - газоподібного)
де D - паропродуктивність котлоагрегату, кг/с; /п, /пв, /кв - ентальпія пари, поживної та котлової води відповідно, кДж/кг; Q p - наявна теплота, кДж/(кг топл.) - для твердого та рідкого палива, кДж/(н.м 3) - для газоподібного палива (часто в розрахунках приймають Q p ~ Q- зважаючи на їх незначну різницю); П – величина безперервного продування% від паропродуктивності; г| ка - ККД колоагрегату, частки.
Витрата палива для водогрійного котла (кг/с; н.м3/с):
де З - витрата води, кг/с; /, / 2 - початкова та кінцева ентальпії води в котлі, кДж/кг.
Створити затишну та комфортну атмосферу в заміському будинкуДосить просто – потрібно лише правильно обладнати систему опалення. Головним компонентом ефективної та надійної опалювальної системиє казан. У статті ми поговоримо про те, як порахувати ККД котла, які фактори на нього впливають і як підвищити ефективність опалювального обладнання в умовах конкретного будинку.
Як підібрати котел
Безумовно, щоб визначити, наскільки ефективним буде той чи інший водогрійний котел, необхідно визначити ККД (коефіцієнт корисної дії). Цей показник є відношенням використаного на обігрів приміщення тепла до загальної кількості згенерованої теплової енергії.
Формула розрахунку ККД виглядає так:
ɳ=(Q 1 ÷Q ri),
де Q 1 - Тепло, використане ефективно;
Q ri – загальна кількість тепла.
Яка залежність між ККД котла та навантаженням
На перший погляд, може здатися, що чим більше палива спалюється, тим краще працює котел. Проте це зовсім так. Залежність ККД котла від навантаження проявляється саме навпаки. Що більше палива спалюється, то більше виділяється теплової енергії. При цьому зростає і рівень тепловтрат, оскільки в димову трубу йдуть сильно розігріті димові гази. Відтак паливо витрачається неефективно.
Подібним чином ситуація розвивається і в тих випадках, коли опалювальний котел працює на зниженій потужності. Якщо вона не дотягує до рекомендованих значень більш ніж на 15%, паливо не згорятиме повністю, а кількість димових газів зросте. В результаті ККД котла досить сильно впаде. Ось чому варто дотримуватись рекомендованих рівнів потужності роботи котла – вони розраховані для експлуатації обладнання максимально ефективно.
Розрахунок ККД з урахуванням різних факторів
Наведена вище формула не дуже підходить для оцінки ефективності роботи обладнання, тому що розрахувати ККД котла точно з урахуванням лише двох показників дуже складно. На практиці в процесі проектування застосовують іншу, більш повну формулу, оскільки не все тепло використовується для прогріву води в опалювальному контурі. Певна кількість тепла втрачається під час роботи котла.
Точніший розрахунок ККД котла проводиться за такою формулою:
ɳ=100-(q 2 +q 3 +q 4 +q 5 +q 6), в якій
q 2 – тепловтрати з горючими газами, що виходять;
q 3 – втрати тепла внаслідок неповного згоряння продуктів горіння;
q 4 – тепловтрати через недопал палива та випадання золи;
q 5 – втрати, спричинені зовнішнім охолодженням приладу;
q 6 – тепловтрати разом з шлаком, що видаляється з топки.
Тепловтрати при видаленні горючих газів
Найбільш суттєві втрати тепла відбуваються внаслідок евакуації у димар горючих газів (q 2). Ефективність котла багато в чому залежить від температури горіння. Оптимальний температурний тиск на холодному кінці водонагрівача досягається при нагріванні до 70-110 ℃.
Коли температура горючих газів, що йдуть, падає на 12-15 ℃, ККД водогрійного котла зростає на 1 %. Тим не менш, щоб знизити температуру продуктів горіння, що йдуть, необхідно збільшити розмір поверхонь, що прогріваються, а, значить, і всієї конструкції в цілому. Крім того, при охолодженні чадних газів зростає ризик низькотемпературної корозії.
Крім іншого температура чадних газів залежить ще й від якості та типу палива, а також нагріву повітря, що надходить у топку. Значення температур повітря і вихідних продуктів горіння залежать від видів палива.
Для обчислення показника тепловтрат з газами, що йдуть, використовують таку формулу:
Q 2 = (T 1 -T 3) × (A 2 ÷ (21-O 2) + B), де
T 1 – температура евакуйованих горючих газів у точці за пароперегрівачем;
T 3 - температура повітря, що надходить в топку;
21 – концентрація кисню у повітрі;
O 2 - кількість кисню в продуктах, що йдуть горіння в контрольній точці;
A 2 та B – коефіцієнти із спеціальної таблиці, які залежать від типу палива.
Хімічний недопал як джерело тепловтрат
Показник q 3 використовується при розрахунку ККД газового котла опалення, наприклад, або у випадках, коли паливом служить мазут. Для газових казанів значення q 3 становить 0,1-0,2%. При незначному надлишку повітря при горінні цей показник дорівнює 0,15%, а при суттєвому надлишку повітря його не враховують зовсім. Однак, при спалюванні суміші з газів різної температури значення q 3 =0,4-0,5 %.
Якщо ж опалювальне обладнання працює на твердому паливі, враховують показник q 4 . Зокрема, для вугілля антрациту значення q 4 =4-6 %, напівантрацит характерно 3-4 % тепловтрат, а ось при згоранні кам'яного вугілляутворюється лише 1,5-2 % втрат тепла. При рідкому шлаковидаленні малореакційного вугілля, що спалюється, значення q4 можна вважати мінімальним. А ось при видаленні шлаку у твердому вигляді тепловтрати зростуть до максимальної межі.
Втрати тепла у зв'язку із зовнішнім охолодженням
Такі втрати тепла q5 зазвичай становлять трохи більше 0,5 %, а в міру зростання потужності опалювального обладнання вони ще більше скорочуються.
Цей показник пов'язаний з розрахунком паропродуктивності котельної установки:
- За умови паропродуктивності D в межах 42-250 кг/с значення втрат тепла q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
- Якщо значення паропродуктивності D перевищує 250 кг/с, рівень втрати втрати вважають рівним 0,2 %.
Кількість тепловтрат від видалення шлаку
Значення тепловтрат q6 має значення лише за рідкого шлаковидалення. А от у тих випадках, коли з камери згоряння видаляють шлаки твердого палива, тепловтрати q6 враховують при розрахунку ККД котлів опалення тільки у випадках, якщо вони складають більше 2,5Q.
Як порахувати ККД твердопаливного котла
Навіть за умови ідеально опрацьованої конструкції та якісного палива, ККД опалювальних котлів не може досягати 100%. Їхня робота обов'язково пов'язана з певними втратами тепла, викликаними як типом палива, що спалюється, так і низкою зовнішніх факторів і умов. Щоб зрозуміти, як на практиці виглядає розрахунок ККД твердопаливного котла, наведемо приклад.
Наприклад, втрати від видалення шлаків з паливної камери складуть:
q 6 =(А шл ×З л ×А р)÷Q ri ,
де А шл - відносне значення шлаку, що видаляється з топки до обсягу палива, що завантажується. При грамотному використанні котла частка відходів горіння у вигляді золи становить 5-20%, то це значення може дорівнювати 80-95%.
З л – термодинамічний потенціал золи при температурі 600 ℃ у звичайних умовах дорівнює 133,8 ккал/кг.
А р - зольність палива, яка розраховується на загальну масупалива. В різних видахпального показник зольності коливається від 5% до 45%.
Q ri – мінімальний обсяг теплової енергії, що генерується у процесі згоряння палива. Залежно від різновиду палива теплоємність коливається у межах 2500-5400 ккал/кг.
В даному випадку з урахуванням зазначених значень втрати q 6 становитимуть 0,1-2,3 %.
Значення q5 залежатиме від потужності та проектної продуктивності опалювального котла. Робота сучасних установок з малою потужністю, якими часто обігрівають приватні будинки, зазвичай пов'язана з тепловтратами даного виду в межах 2,5-3,5 %.
Тепловтрати, пов'язані з механічним недопалом твердого палива q 4 багато в чому залежать від його типу, а також від конструкційних особливостей котла. Вони коливаються не більше 3-11 %. Це варто враховувати, якщо ви шукаєте спосіб, як налагодити казан на більш ефективну роботу.
Хімічний недопал пального зазвичай залежить від концентрації повітря в суміші, що згоряється. Такі втрати q 3 , як правило, рівні 0,5-1%.
Найбільший відсоток тепловтрат q 2 пов'язаний з відходом тепла разом із горючими газами. На цей показник впливає якість та вид палива, ступінь розігріву горючих газів, а також умови експлуатації та конструкція опалювального котла. При оптимальному тепловому розрахунку 150 ℃ евакуйовані чадні газиповинні бути розігріті до температури 280 ℃. У такому разі дане значення тепловтрат буде дорівнювати 9-22%.
Якщо перераховані значення втрат підсумувати, отримаємо значення ефективності ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.
Це означає, що сучасний казан може працювати лише на 85-90% потужності. Решта йде на забезпечення процесу горіння.
Зверніть увагу, що досягти таких високих значень не так просто. Для цього потрібно грамотно підійти до підбору палива та забезпечити для обладнання оптимальні умови. Зазвичай виробники вказують, з яким навантаженням має працювати казан. При цьому бажано, щоб основну частину часу він був налаштований на економний рівень навантажень.
Для роботи котла з максимальним ККД його потрібно використовувати з урахуванням таких правил:
- обов'язкове періодичне чищення котла;
- важливо контролювати інтенсивність горіння та повноту згоряння палива;
- потрібно розрахувати тягу з урахуванням тиску повітря, що подається;
- потрібен розрахунок частки золи.
Як згоряння твердого палива позитивним чиномвідображається розрахунок оптимальної тяги з урахуванням тиску повітря, що подається в котел, та швидкості евакуації чадних газів. Тим не менш, при зростанні тиску повітря разом із продуктами згоряння в димар видаляється більше тепла. А ось дуже малий тиск і обмеження доступу повітря в паливну камеру призводить до зниження інтенсивності горіння та сильнішого золоутворення.
Якщо у вас вдома встановлений опалювальний котел, зверніть увагу на наші рекомендації щодо збільшення його ККД. Ви зможете не тільки заощадити на паливі, але і досягнете комфортного мікроклімату в будинку.
Різні типи котлів мають різний ККДдіапазоном від 85 до 110%. При виборі котельного обладнання багатьох покупців цікавить, як ККД може перевищувати 100 % і як він розраховується.
У випадку з електричними котлами ККД дійсно не може бути вищим за 100 %. Мати більший коефіцієнт можуть лише котли, що працюють на паливі.
Якщо згадати шкільний курс хімії, то виходить, що при повному згорянні будь-якого палива залишається СО 2 - вуглець і Н 2 О - водяна пара, що містить енергію. При конденсації енергія пари збільшується, тобто виробляється додаткова енергія. Виходячи з цього, теплотворна здатністьпалива поділяється на два поняття: найвища та нижча питома теплота згоряння.
Нижча- являє собою тепло, що отримується при згорянні палива, коли водяні пари, разом з енергією, що міститься в них, потрапляють у зовнішнє середовище.
Найвища теплота згоряння- Це теплота з урахуванням енергії, що міститься у водяній парі.
Офіційно (у будь-яких нормативних документах) ККД, як у Росії, і у Європі, розраховується за нижчою питомої теплотизгоряння. А якщо все-таки використовувати тепло, що міститься у водяній парі, а розрахунки вести за нижчою питомою теплотою згоряння, то в цьому випадку з'являються цифри, що перевищують 100%.
Котли, які використовують теплоту конденсації водяної пари, називаються конденсаційними. І саме вони мають ККД, що перевищує 100%.
Різниця між нижчою та найвищою теплотою згоряння палива становить близько 11 %. Ця величина — межа, якою можуть відрізнятися ККД котлів.
Основні параметри
ККД можна розраховувати за двома параметрами. У Європі ККД прийнято вважати за температурою газів, що відходять. Наприклад, при спалюванні кілограма палива виходить певна кількість кілокалорій тепла за умови рівності температури газів, що відходять, і температури довкілля.
Вимірюючи різницю між температурою навколишнього середовища і дійсною температурою газів, можна розрахувати по ній ККД котла .
Грубо кажучи, гази, що виходять в трубу, віднімаються зі 100%, і виходить дійсна цифра.
Розраховувати правильно
У СРСР, і потім у Росії, було прийнято принципово інший спосіб розрахунку — про « метод зворотного балансу». Він полягає в тому, що витрата тепла визначається за нижньою теплотою згоряння. Потім на трубу ставиться калорифер, і розраховується величина теплової енергії, що пішла в неї, тобто величина втрати енергії. Для розрахунку ККД втрати енергії вираховують із загальної кількості тепла.
Такий підхід при визначенні ККДдає більш точні показники. Він був прийнятий як методика розрахунку тому, що всі корпуси російських котлів були дуже погано теплоізольовані, через що через стінки котла назовні виходило до 40% енергії. За вимогами нормативних документів, у Росії досі прийнято вважати ККД методом зворотного балансу. Сьогодні цей метод можна успішно застосувати до котлів потужністю кілька мегават, які працюють на ТЕЦ, у яких ніколи не вимикаються пальники.
Переваги сучасних казанів
А ось до сучасних котлів ця методика абсолютно не застосовна, оскільки вони мають іншу схему роботи. Так як пальники у сучасних котлів функціонують в автоматичному режимі: 15 хвилин працюють, а потім на 15 хвилин зупиняються, доки не буде використане вироблене тепло. Чим температура на вулиці вища, тим довше пальник «стоятиме» і менше працюватиме. Звісно, у разі про зворотний баланс не може.
Ще одна відмінність сучасних котлів – у наявності теплоізоляції. Великі виробникивипускають найякісніші агрегати, з кращою теплоізоляцією. Втрати тепла через стінки такого котла становлять трохи більше 1,5-2 %. Про це часто забувають покупці, вважаючи, що казан також обігріватиме приміщення за рахунок виділення тепла при роботі. Купуючи сучасний котел, варто пам'ятати, що він не призначений для обігріву котельні, і, якщо це потрібно, - подбати про встановлення радіаторів опалення.
Сучасні технології збереження тепла
У хорошого сталевого котла ККД завжди вищий. Це пов'язано з тим, що з чавунних котлів, на відміну сталевих, завжди більше технологічних обмежень.
Крім того, завдяки ізоляції сучасні котли чудово зберігають тепло. Навіть через дві доби після його вимкнення температура корпусу котла падає всього на 20-25 градусів.
Найкращі зразки імпортного опалювального обладнання є котельними агрегатами, в яких грамотно враховані всі вимоги. Тому не варто намагатися винайти велосипед і збирати котел з підручних засобів. Адже перед вами вже є широкий вибірнайсучасніших, різноманітних і продуманих до дрібниць варіантів котлів, які працюватимуть довго і справно, з лишком виправдовуючи всі покладені на них очікування і, що особливо приємно, заощаджуючи ваші витрати!
Наші фахівці допоможуть підібрати котельне та супутнє обладнання, проконсультують з технічних питань!
Звертайтесь до комерційного відділу за телефонами:
