Как расчитать мощность котла для водяного отопления

Одной из задач при выборе котла, является задача определения тепловой можности отопительного оборудования. В идеале, котел должен эффективно возмещать тепло, которое теряют помещения в  тот период отопительного сезона, когда  наружная температура соотвествует  наиболее холодной пятидневке в данном населённом пункте. Например для Одессы эта температура составляет — минус 20 °C, для Киева — минус 25 °C .

• Для приблизительного расчета необходимой тепловой мощности загородного дома применяют соотношение:

Для отопления 10 кв.м. площади помещения необходим 1 кВт мощности, то есть  удельная мощность системы принимается равной 100 Вт/м²

Также, при грубом расчете прибавляем + 10% к конечной величине расчетной мощности в качестве запаса.

Такой грубый и приблизительный расчет применим для очень хорошо утепленного кирпичного дома с небольшими теплопотерями (при высоте потолков не более 3 метров, а металлопластиковые окна оснащены двойным стеклопакетом). Однако, наши дома и дачи в целом не так хорошо утеплены, поэтому окончательный расчет необходимо доверять профессионалам компании «Строй-Юг». При этом еще учитываются вид теплоизоляции дома, толщина стен, площадь остекления, есть ли неотапливаемые балконы, утеплен ли чердак, тип окон и др. факторы, которые влияют на тепловых характеристики дома. Однако, теоретическая удельная мощность не всегда соответствует  реальным условиям.

На рисунке ниже представлен график зависимости мощности системы отопления от площади дома.

График зависимости мощности системы отопления от площади дома

Необходимо заметить, что в реальности удельная мощность системы отопления дома увеличивается до значения 127 Вт/м² для домов небольшой площади (100-150 м²) и снижается до 85-80 Вт/м² для домов площадью 400-500 м², что  не соответствует принятой  шаблонной величине 100 Вт/м

2, которую обычно используют для предварительного подбора оборудования.

Это связано с тем, что в домах небольшой площади идет неэффективное расходование тепла с точки зрения теплотехники. С ростом общей площади дома появляются помещения, которые смежные с отапливаемыми, а также находятся внутри дома и не имеют наружных стен.  Исходя из этого, удельные теплопотери здания немного снижаются.

Далее представлена таблица основных вариантов расчета котла, составленная на основе теоретических и практических расчетов специалистов компании «Инж-Ин» (Россия).

Таблица основных вариантов расчета котла

Усредненные мощности стандартной системы радиаторного отопления для домов различной площади показана в таблице, в графе «Отопление, КВт». При этом тип отопительных приборов — конвекторы, плоские или трубчатые радиаторы не учитывается.

Что касается теплого пола

Теплые полы  любого типа будь то электрические и водяные получили распространение как дополнительное комфортное отопительное оборудование. Многие специалисты, проведя анализ технических и экономических характеристик систем теплого пола выявили, что, начиная с площади теплого пола в 5-10 кв. м, целесообразно использовать водяные теплые полы.

При внедрении системы теплого пола в качестве системы увеличивающей комфортность проживания, его рассчитываемая теплоотдача принимается не превышающая величину —  50 Вт/м2. Поэтому, в данном случае, теплый пол следует рассматривать как дополнение к основному радиаторному отоплению.

Особенность любой системы теплого пола (водяного или электрического) – это значительная продолжительность эксплуатации в течение года по сравнению с системой радиаторного отопления. Для некоторых помещений такой режим установлен как круглогодичный.

Этот график работы предполагает два вида подключения водяного теплого пола к системе теплоснабжения:

• при общей площади размещения теплого пола более 20-30 кв.м. целесообразно подключать теплый пол к отдельному насосно-смесительному контуру в котельной, который может иметь индивидуальный отопительный график;
• при небольшой площади теплых полов — до 20 кв. м. его контуры целесообразнее подключать к контуру  циркуляции горячего водоснабжения с применением спецузлов, которые ограничивают температуру теплого пола до требуемой величины. Это решение тем более оправдано, что в основном  теплые полы ставятся как раз в помещениях с точками вывода горячей воды – санузле и кухне.

При этом в двух случаях мощность теплого пола учитывается при подборе котла для системы индивидуального отопления. Усредненные данные по теплым полам приведены в таблице в графах 7 и 8.

Контур ГВС

Система горячего водоснабжения для бытовых нужд любого жилого дома в целом зависит от двух факторов:

• от количества людей, которые проживают в доме;
• от заданного уровня комфорта при использовании горячей воды.

При ограниченном числе точек вывода горячей воды оптимальное решение с экономической точки зрения будет применение двухконтурного газового котла с контуром ГВС, а значит и теплообменником проточного типа для этих целей. Однако, эта система имеет недостатки –  абсолютный приоритет получения горячей воды  и при этом организовать рециркуляцию горячей воды невозможно, а значит и теплых водяных полов на ее базе. При таком подходе теплые полы водяного типа могут быть заменены на кабельные и инфракрасные.

При ориентировочном расходе горячей воды свыше 10-12 л/мин, необходимо установить емкостной  бойлер ГВС. Большинство таких устройств снабжены дополнительными выводами для устройства специального контура рециркуляции горячей воды. Контур циркуляции увеличивает комфорт проживания в доме за счет отсутствия необходимости ожидания горячей воды для всех точек вывода независимо от их нахождения, а также за счет возможного устройства теплых полов водяного типа в отдельных помещениях.

В таблице выше, в графе 6 показана примерная емкость бойлера, который обеспечивает требуемый объем горячей воды оглядываясь именно на условия комфортного пользования. Также там приведена мощность, которую потребляет бойлер в режиме длительного водоразбора.

Стандартная автоматика большинства котлов имеет режим приоритета приготовления ГВС, а это позволяет уменьшить установленную мощность котла и оптимизировать расходы на систему отопления.

Итоги: Графа 10 выше представленной таблицы  показывает мощность котлов, которые необходимы для комфортной жизни в домах, оборудованных радиаторным отоплением, теплыми полами водяного типа и бойлерами ГВС косвенного нагрева с контуром рециркуляции.  Если планируется применение кабельных или инфракрасных электрических теплых полов, то мощность котла может быть снижена на величину мощности теплого пола. И в целом в данном случае может применяться двухконтурный котел с проточным теплообменником ГВС.

В графе 11 представлен стандартный модельный рад настенных, напольных котлов атмосферного типа и напольных котлов с вентиляторной горелкой.

P.S. Внимательно знакомьтесь с документацией на котел

Необходимо очень внимательно выбирать газовый или другой котел. В рекламных буклетах или в инструкциях котла дается номинальная тепловая мощность, которая справедлива при номинальном давлении природного газа (от 13 до 20 мбар). Хотя в реальности давление в украинских газовых сетях может составлять 10 мбар и ниже. Падение давления в магистральном трубопроводе может привести к тому, что котел мощностью  30 кВт может потерять   третью часть своей мощности. При этом он сможет обогреть дом площадью всего  200 кв.м, вместо расчетных 300.

 

За более детальными разъяснениями и расчетами мощности котлов, теплых полов обращайтесь к нашим специалистам по по тел. (067) 483-13-66, (048) 77-12-12-9, (094) 99-66-129, (063) 36-40-600, (066) 36-40-600, а также заказывайте расчет отопления через форму обратной связи на этой странице.

 

Расчет котла

Расчет котла

Реклама

14 февраля 2017•0 лайков•4,011 просмотров

Реклама

Реклама

Реклама

Вверх идет SlideShare

Расчет-проектирование котла 3

Загрузка в . .. 3

1 из 16

Верхний обрезанный слайд

14 февраля 2017 г. • 0 лайков • 4 011 просмотров

900 12 Скачать для чтения офлайн

Наука

котловые расчеты

Объявление

Объявление

Объявление

Расчеты котлов

1. Хельсинкский технологический университет Факультет машиностроения Публикации по энергетике и охране окружающей среды Электронная книга о технологии паровых котлов Эспоо 2002 Расчет котла Себастьян Тейр, Антто Кулла Хельсинкский технологический университет Департамент машиностроения Энергетика и защита окружающей среды
2. II Оглавление Диаграммы пар/вода, используемые в расчетах котлов ……………………………………………………………………..1 Диаграмма температура-тепло (T-Q)………………………………………………………………………………………………1 Диаграмма температура-энтропия (Т-с)…………………………………………… ……………………………………….2 Диаграмма давление-энтальпия (p-h) ………………………………………………………………………………………………….3 Энтальпийно-энтропийная (Молье, h-s) диаграмма…………………………………………………………………………….4 Определение параметров пара/воды …………………………………………………………………………..5 Заданные параметры ……………………………………………………………………………………………………………………..5 Потери давления…………………………………………………………………………………………………………………..5 Методика определения удельных энтальпий и массовых расходов………………………………….6 Пароперегреватели и промежуточные нагреватели…………………………………………………………………………………….. ……….7 Групповой массовый расход спрей-воды………………………………………………………………………………………..7 Расчет тепловой нагрузки…………………………………………………………………………………………………………………….8 Испаритель…………………………………………………………………………………………………………………………………8 Перегреватель…………………………………………………………………………………………………………………..9Подогреватель ……………………………………………………………………………………………………………………..9 Экономайзер ……………………………………………………………………………………………………………………..9 Предпусковой подогреватель воздуха ………………………………………………
   ……………………………………………………….9 Определение КПД котла………………………………………………………………………………………..10 Стандарты…………………………………………………………………………………………………………………..10 Основные потери тепла………………………………………………………………………………………………………10 Потери тепла с несгоревшими горючими газами …………………………………………………………….10 Потери тепла за счет несгоревшего твердого топлива…………………………………………………………………………….10 Потери тепла за счет сброса тепла с дымовыми газами …………………………………………………………………………..11 Потери тепла из-за потерь тепла в золе ……………………………………………………………………………. …. 11 Потери на теплопередачу (излучение) в окружающую среду……………………………………………………12 Потери продувочного, сажеобдувочного и распыляющего пара……………………………………………12 Внутреннее энергопотребление………………………………………………………………………………………..12 Расчет КПД котла………………………………………………………………………………………..12 Прямой метод…………………………………………………………………………………………………………………..13 Косвенный метод ……………………………………………………………………………………………………………………..13 Ссылки…………………………………………………………………………………………………………………………………14
3. 1 Диаграммы пар/вода, используемые в расчетах котлов Диаграмма температура-тепло (T-Q) Диаграмма T-Q является полезным инструментом для проектирования теплообменников. Его также можно использовать для представления характеристики теплопередачи существующего теплообменника или сети теплообменников. TQ Диаграмма состоит из двух осей: текущая температура потока по оси Y и количество тепло, переданное по оси абсцисс. Иногда потоки отмечены стрелками, чтобы уточнить направления потоков, но в этом нет необходимости: так как тепло не может двигаться от более холодного потока к более горячему потоку согласно второму закону термодинамики направления потоки определены явно: горячий поток передает свое тепло холодному потоку, таким образом, направление потока горячего потока в сторону более низкой температуры, а направление потока холодного поток направлен в сторону более высоких температур. По той же причине горячий поток всегда выше холодный поток на T-Q диаграмме (рис. 1). Рисунок 1: Примеры диаграмм T-Q для прямоточного теплообменника (слева) и счетчика (или перекрестно-проточный теплообменник (средний). Горячий поток отмечен красным цветом, а холодный – Синий цвет. При проектировании или рассмотрение жары обменные сети, Диаграмма T-Q становится полезной. Диаграмма T-Q поэтому применяется, когда проектирование котлов; особенно жара поверхность теплообменника договоренность может быть четко визуализируется с Диаграмма T-Q (рис. 2). 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Доля тепловой нагрузки [%] Температура [°С] Поток дымовых газов Поток воды/пара Воздушный поток печь Экономайзер пароперегревателя Предпусковой подогреватель воздуха Рисунок 2: Пример диаграммы T-Q, представляющей тепловые поверхности в котле PCF.
4. 2 Диаграмма температура-энтропия (T-s) Диаграмма T-s представляет различные фазы пара/воды с температура в зависимости от удельная энтропия. Он часто используется для визуализировать паросиловые процессы. Диаграмма T-s также широко используется для отображения обратимых процессов (или реальные процессы, упрощенные как обратимые процессы), которые в Т- s диаграмма выглядит как замкнутые кривые (петля). Левая граница, до критической точка, это граница, где жидкость насыщен (рис. 3). Это вода все еще жидкая и не содержит пар. Но если мы пойдем дальше вправо (увеличение энтропии), пузырьки пара начинает формироваться в воде. В других слова, насыщенная вода начинает кипеть при добавлении теплоты и энтропии повысился. Замкнутая область в середине область, где вода является смесью пара и жидкости. Пар, который содержит воду в любой форме, как мельчайшие капельки, туман или дымка называется влажный пар. Величина, называемая «х» в диаграмма Критическая точка р = константа р = константа р = постоянная р = постоянная v=константа v = постоянная Жидкостно-паровая область Насыщенный пар Насыщенная жидкость Х = 0,2 Х = 0,9Температура Энтропия Рисунок 3: Упрощенная T-s диаграмма пара/воды. представляет собой количество (в процентах по массе) сухого пара во влажной паровой смеси. Этот количество называется качеством пара. Например, если в паре содержится 10 % влаги, качество пара 90 % или 0,9. Температура влажного пара такая же, как и у сухого насыщенного. пара при том же давлении. Правая граница вниз от критической точки — это линия насыщения пара. Когда пар нагревается за эту границу, пар называется перегретым. Вода кипит при постоянной температуре и давлении, поэтому горизонтальная линия внутри замкнутого область представляет собой процесс парообразования на T-s диаграмме. Процесс нагрева пара/воды в котел, представленный схемой на рис. 2, можно изобразить и на Т-образной схеме (рис. 4), если предполагается, что давление в котле равно, например, 10 МПа.
5. 3 Рисунок 4: Подробная T-s диаграмма процесса пароводяного нагрева котла PCF с рисунка 2. (примечание: цвет технологической линии пара/воды изменен с синего на красный). Диаграмма давление-энтальпия (р-ч) Другой инструмент, используемый в котле расчет давление- диаграмма энтальпии для пар/вода (рис. 5). С p-h диаграммой это легко визуализировать частичное доли общей тепловой нагрузки на другом теплообменнике поверхности в котле: чертеж парового отопления процесс в котле на диаграмма p-h даст горизонтальная линия (если мы упростить процесс и установить потери давления равными нулю). На рис. 6 показано то же самое. котел пароводяной процесс с рисунка 4, нарисованного на p-h диаграмма пар/вода. 60°С 100°С 200°С 300 °С 400 °С 500 °С 600 °С 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 10 кПа 100 кПа 1 МПа 10 МПа 20 МПа 50 МПа Энтальпия [кДж/кг] Давление Критическая точка Насыщенный пар Насыщенная жидкость Рисунок 5: Упрощенная диаграмма p-h для пара/воды.
6. 4 Рис. 6: Подробная p-h диаграмма процесса пароводяного нагрева котла PCF (красная линия) от рисунок 4. Энтальпийно-энтропийная (Молье, hs) диаграмма Наиболее часто используемый инструмент для определения свойства пара – это, вероятно, энтальпия- диаграмма энтропии (hs), также называемая Молье диаграмма (рис. 7). Если два свойства известно состояние пара (например, давление и температура), остальные свойства для пара (энтальпия, энтропия, удельный объем и содержание влаги) можно узнать из диаграмма. Более подробная h-s диаграмма может быть находится на рисунке 8. Так как схема очень большой, диаграмма обычно встречается в виде двух версии, состоящие из увеличенных частей оригинал: один для свойств пара (рис. 7) и еще один для свойств воды. Критическая точка р = константа р = константа Т = постоянная Т = постоянная Жидкостно-паровая область Х = 0,96 Х = 0,90 Насыщенный пар Рисунок 7: Диаграмма Молье (h-s), упрощенная версия.
7. 5 Рисунок 8: Крупномасштабная диаграмма Молье h-s для пара. Определение параметров пара/воды Заданные параметры Обычно в задании на проектирование парового котла параметры, характеризующие острый (выходной) пар, например даны массовый расход, давление и температура. Если проектируемый паровой котел имеет цикла повторного нагрева, также указаны давление и температура повторного нагрева. Массовый расход промежуточного пара может быть также дано. Эти параметры используются для определения остальных параметров пара/воды. Потери давления Потери давления в теплообменных узлах котла оцениваются по следующие приближения: • Экономайзер: потеря давления составляет 5-10 % от давления питательной воды, поступающей в экономайзер. • Испаритель: Прямоточные котлы: в прямоточных котлах потери давления в испарителе от 5 до 30 %. Котлы с принудительной и естественной циркуляцией: перепад давления в испарительной части барабана- на базе котлов не влияет на потерю давления основного потока пара/воды через котел. Это означает, что насыщенный пар, выходящий из парового барабана, имеет то же давление, что и питательная вода поступает в паровой барабан. Потеря давления в испарителе должна быть преодолевать с помощью движущей силы (естественная циркуляция) или циркуляционного насоса (принудительная тираж).
8. 6 • Пароперегреватель: общий перепад давления во всех комплектах пароперегревателя составляет менее 10 % от давление перегретого пара. • Подогреватель: падение давления в подогревателе составляет около 5 % от давления повторно нагретого пара. Потери давления в соединительных трубках между различными поверхностями теплопередачи (например, между испарителя и пароперегревателя) в этих расчетах можно пренебречь. Методика определения удельных энтальпий и массового расхода ставки 1. Удельную энтальпию перегретого пара можно определить с помощью диаграммы h-s, если оба температура и давление пара известны. Таким образом, удельные энтальпии для можно рассчитать живой (перегретый) пар и повторно нагретый пар. 2. Должны быть выбраны общие потери давления ступеней пароперегревателя. Таким образом, давление в паровой барабан (барабанные котлы) или давление после испарителя (прямоточные котлы). рассчитывается путем прибавления потерь давления на ступенях пароперегревателя к давлению в перегретый пар. 3. Удельную энтальпию насыщенной воды и пара (в паровом барабане) можно определить по h-s диаграммы или паровые таблицы, так как известно давление в паровом барабане. В прямоточных котлах определение удельной энтальпии после испарителя основано на на температуру. Причиной этого является неясное состояние сверхкритического пара после испаритель с прямоточной циркуляцией. Температура после испарителя в прямоточном котлов обычно составляет от 400 до 450 ° C. 4. Для удаления минералов, сконцентрированных в паровом барабане, часть воды в паровом барабане удаляется в виде продувочной воды со дна парового барабана. Обычно массовый расход скорость продувки составляет 1-3 % от массового расхода питательной воды, поступающей в паровой барабан. 5. В принципе, питательная вода, поступающая в паровой барабан, должна быть насыщенной водой. Чтобы предотвратить питательной воды от закипания в транспортных трубах, температура питательной воды достигает температура парового барабана на 15-30°С ниже температуры насыщения. В этом случае питательная вода называется переохлажденные (в отличие от переохлажденных). Когда температура в паровом барабане и известно значение переохлаждения, можно определить температуру за экономайзером. давление воды после экономайзера можно принять равным давлению в паровой Барабан и удельная энтальпия после экономайзера могут быть считаны из диаграммы h-s. В прямоточных котлах давление после экономайзера можно рассчитать сложением потери давления в испарителе к давлению после испарителя. Температура после температура испарителя обычно составляет от 300 до 350 °C (можно выбрать). Зная давление и можно определить температуру, удельную энтальпию после испарителя. 6. Давление перед экономайзером можно рассчитать, добавив потери давления в экономайзере. экономайзере к давлению питательной воды после экономайзера. Температура питательной воды может быть указано в задании на проектирование котла. Если он не указан, его следует выбрать из диапазона 200-250 °С. Массовый расход перед экономайзером является массовым расходом продувки. добавляется к массовому расходу из парового барабана в пароперегреватели.
9. 7 Пароперегреватели и подогреватели Повторный нагрев обычно происходит в два этапа. Давление перед подогревателем соответствует повторному нагреву. давление пара, добавленное к потере давления в подогреватель. Пар проходит через высоко- турбина перед входом в подогреватель. В турбина высокого давления, удельная энтальпия пара убывает по изоэнтропической КПД турбины. Изэнтропическая эффективность обычно составляет от 0,8 до 0,9. Часть пар низкого давления, поступающий из высокого давления турбина продолжает работать в режиме высокого давления подогреватель питательной воды (закрытого типа утеплитель). Однако массовый расход перегретый пар еще 85-90 % от суммы живой пар. Перегрев часто применяют в три этапа. наличие групп распыления воды между собой для снижения температуры пара, когда это необходимо. Между подогревателями температура пара контролируется с помощью других средств. Распылительная вода групповое измерение обычно основано на я II III 354 410 435 475 505 535 t°С Тепловая нагрузка Рисунок 9: Пример доли тепловой нагрузки ступени пароперегревателя. снижение температуры пара на 15-40°С путем распыления воды. Брызги воды обычно возникают из линия питательной воды перед экономайзером. Таким образом, разница давлений есть потеря давления в поверхности теплопередачи между входом экономайзера и местом расположения форсунки распыляемой воды. Пример возможного распределения тепловой нагрузки между ступенями пароперегревателя показан на рис. 9.. Потери давления в пароперегревателях можно разделить на равные потери парциального давления, соответствующие каждой ступени пароперегревателя. Потерями давления в распылительных форсунках можно пренебречь. Повышение температуры по тому же принципу все пароперегреватели можно разделить на совершенно одинаковые части. Групповой массовый расход спрей-воды Обычно массовый расход перегретого пара (острый пар) известен. Таким образом, массовый расход Расчеты обычно начинают с расчета массового расхода оросительной воды до последней оросительной воды. группа (которая в данном примере находится между второй и третьей ступенью пароперегревателя). Массовый расход ставки могут быть решены с помощью уравнений баланса энергии и массы. С приведенными ниже уравнениями (уравнение 1), массовый расход пара после второй ступени пароперегревателя и массовый расход оросительной воды до последней группы распыляемой воды можно рассчитать. Массовый расход распыляемой воды на первый Группа оросительной воды может быть рассчитана по той же методике: 1,2, ШИИШИИСПРАЙСПРАЙИИШИИШИИ ШИИСПРАИИШИИ хммм М-м-м ⋅=⋅+⋅ =+ &&& &&& (1) где SHIIm& – массовый расход пара после второй ступени пароперегревателя [кг/с], SPRAYIIm& массовый расход спрей-воды во вторую группу спрей-воды, SHIIIm и массовый расход перегретый пар (острый пар), 2,SHIIh удельная энтальпия пара после второго пароперегревателя
10. 8 ступени [кДж/кг], SPRAYh удельная энтальпия распыляемой воды (питательной воды), а 1,SHIIIh удельная энтальпия пара перед третьей ступенью пароперегревателя. На рис. 10 показана блок-схема с символами визуализировано устройство котла, используемое в этой расчетной модели. Разогреть В Воздух В Уголь В Паровой HP ВНЕ Дымовые газы ВНЕ Пепел ВНЕ Питательная вода В Паровой HP ВНЕ ШИИ РХШИ ШИИ СПРАЙИ СПРАЙИ EVAP ЭКО 12 1212 12 1 2 АПХ 1 2 Рис. 10: Блок-схема компоновки котлов с ВДТ, используемая в данной модели расчета тепловой нагрузки. Расчет тепловой нагрузки Когда параметры пара и массовые расходы определены, тепловая нагрузка тепловой обменные единицы могут быть рассчитаны. Тепловая нагрузка – это тепло, передаваемое теплообменником. (рассчитывается в кВт). Испаритель Тепловая нагрузка испарительной части котла может быть рассчитана как: ( ) ( )22 ECOBDECOSHEVAP hhmhhm −′+−′′= &&φ (2) где SHm& — массовый расход пара перед пароперегревателем [кг/с], h — удельная энтальпия пароперегревателя. насыщенный пар при давлении в паровом барабане [кДж/кг], 2ECOh удельная энтальпия после экономайзера BDm& массовый расход продувочной воды из парового барабана, h′ удельная энтальпия насыщенная вода при давлении в паровом барабане [кг/с].
11. 9 пароперегреватель Обычно в большом котле перегрев происходит в три или четыре этапа. Этот расчет Пример основан на трехступенчатом перегреве. Тепловая нагрузка первой ступени пароперегревателя составляет ( )hhm ШИШШИ ′′−= 2, &φ (3) где 2,SHIh – удельная энтальпия пара после первой ступени пароперегревателя. В секунду ступени пароперегревателя добавленная тепловая нагрузка может быть рассчитана как: ( )1,2, SHIISHIISHIISHII hhm −= &φ (4) где SHIIm& – массовый расход пара перед вторым пароперегревателем [кг/с], 2,SHIIh – удельный энтальпия пара после второй ступени пароперегревателя [кДж/кг], а 1,SHIIh – удельная энтальпия пароперегревателя. пара перед второй ступенью пароперегревателя. Аналогично, добавленная тепловая нагрузка в третьем пароперегревателе стадия может быть рассчитана как: ( )1,2, SHIIISHIIISHIIISHIII hhm −= &φ (5) где SHIIIm& = массовый расход пара перед третьим пароперегревателем [кг/с], 2,SHIIIh удельная энтальпия пара после третьей ступени пароперегревателя [кДж/кг], а 1,SHIIIч – удельная энтальпия пара перед третьей ступень пароперегревателя [кДж/кг]. Подогреватель Тепловая нагрузка ступени подогревателя может быть рассчитана как: ( )12 RHRHRHRH hhm −= &φ (6) где RHm& — массовый расход пара в подогревателе [кг/с], 2RHh — удельная энтальпия пара после подогревателя [кДж/кг] , а 1RHh удельная энтальпия пара перед подогревателем. экономайзер Тепловая нагрузка экономайзера может быть рассчитана как: ( )12 ECOECOECOECO hhm −= &φ (7) где ECOm& – массовый расход питательной воды в экономайзере [кг/с], 2ECOh – удельный энтальпия питательной воды после экономайзера [кДж/кг], а 1ECOh удельная энтальпия питательной воды перед экономайзером. Предпусковой подогреватель воздуха Чтобы рассчитать тепловую нагрузку на подогреватель воздуха, нам необходимо знать массу воздуха для горения. расхода, температуры дымовых газов и поступающего воздуха. Воздух для горения подается в воздух подогреватель, взят из верхней части котельной. Температура воздуха для горения Таким образом, температура воздуха перед подогревателем воздуха составляет от 25 до 40°C (в финских условиях). Дымовые газы
12. 10 на выходе из котла, как правило, поддерживают при температуре выше 130-150 °C для предотвращения коррозии. Энтальпии можно взять из таблиц: ( )12 АФАФ ТОПЛИВО ВОЗДУХ ФУЭЛАФ чч м м м −⋅⋅= & & &φ (8) где FUELm& – массовый расход топлива, подаваемого в котел [кг/с], ТОПЛИВО ВОЗДУХ м м & & массовый расход воздуха для горения, деленный на массовый расход топлива, подаваемого в котел, 1APHh удельный энтальпия воздуха для горения перед подогревателем воздуха [кДж/кг], а 2APHh – удельная энтальпия воздух для горения после подогревателя воздуха. Определение КПД котла Стандарты Существует два основных стандарта, используемых для определения эффективности котла. Из них немецкий DIN 19Стандарт 42 использует более низкую теплотворную способность (LHV) топлива и широко используется в Европе. Американский стандарт ASME основан на более высокой теплотворной способности (HHV). Однако эта глава рассчитывает эффективность в соответствии со стандартом DIN 1942. [1] Следует отметить, что по стандарту DIN можно достичь КПД котла более 100 %, если утилизируется теплота конденсации дымовых газов. Основные потери тепла Потери тепла с несгоревшими горючими газами Типичными несгоревшими горючими газами являются монооксид углерода (CO) и водород (h3). В большом котлов, как правило, в дымовых газах в значительных количествах можно обнаружить только угарный газ. Предполагая, что дымовые газы содержат только эти два газа, потери [кВт] можно рассчитать как: 22 ,1 HlHCOlCOL HmHm ⋅+⋅= &&φ (9) где СОм& – массовый расход окиси углерода [кг/с], 2Нм& – массовый расход водорода, COlH , низшая теплотворная способность (НТС) монооксида углерода (10,12 МДж/кг), а 2,HlH низшая теплотворная способность (НТС) водорода (119,5 МДж/кг). Если соответствующее количество какого-либо другого дымового газа соединение может быть обнаружено в дымовых газах, его следует добавить в уравнение. Потери тепла из-за несгоревшего твердого топлива Несгоревшее топливо может выходить из печи, а также зольный остаток или летучая зола. Теплота сгорания золы могут быть измерены в специальном лабораторном тесте. Потери [кВт] несгоревшего твердого топлива могут быть рассчитывается как: ubslubsL Hm ,2 ⋅= &φ (10)
13. 11 где ubsm& – общий массовый расход несгоревшего твердого топлива (зольного остатка и золы-уноса в сумме) [кг/с], и ubslH , низшая теплотворная способность (LHV) несгоревшего твердого топлива (суммарно летучая зола и зольный остаток) [кДж/кг]. Некоторые оценки потерь с несгоревшим твердым топливом представлены в таблице 1: Таблица 1: Оценки потерь с несгоревшим твердым топливом. Тип котла Тепловые потери на тепловложение топлива Котел на жидком топливе 0,2 – 0,5 % Угольный котел, сухое золошлакоудаление 3 % Угольный котел, удаление расплавленной золы около 2 % Колосниковый котел 4-6 % Потери тепла из-за потерь тепла с дымовыми газами Дымовые газы выходят из печи при высокой температуре и, таким образом, несут значительное количество энергия от котлового процесса. Для снижения потерь дымовых газов температура дымовых газов на выходе должна быть уменьшилось. Однако кислая точка росы дымовых газов ограничивает температуру дымовых газов примерно до 130-150 °C для серосодержащих топлив. Потери, вызванные явным теплом дымовых газов, могут рассчитываться как: ∑ ⋅⋅= я я топливо я топлива, л ч м м м & & &3φ (11) где fuelm& – массовый расход топлива [кг/с], im& массовый расход компонента дымового газа, ih – массовый расход удельная энтальпия компонента дымовых газов (например, CO2) [кДж/кг]. Потери тепла из-за потерь тепла в золе Зола может выходить из печи либо в виде зольного остатка из нижней части печи, либо в виде летучей золы с дымоходом. газы. Потери, связанные с явным теплом золы, можно рассчитать как: fafapfababapbaL TcmTcm ∆⋅⋅+∆⋅⋅= ,4 &&ф (12) где bam& — массовый расход зольного остатка [кг/с], bapc — удельная теплоемкость зольного остатка. [кДж/(кгK)], baT∆ разность температур между температурой зольного остатка и эталонная температура [°C], fam& массовый расход золы-уноса, fapc , удельная теплоемкость золы-уноса, faT∆ разница температур между температурой летучей золы и эталонной температурой [°C]. Обычно эталонная температура составляет 25 °C. В котлах-утилизаторах зольный остаток удаляют в виде расплавленной золы при температуре около 700-800°С. Кроме того, количество золы, деленное на количество топлива, составляет около 40 %. Потери из Поэтому в котлах-утилизаторах большое значение имеет явная теплота золы.
14. 12 Потери на теплопередачу (излучение) в окружающую среду Основной формой передачи тепла от котла к котельной является излучение. Он пропорционален площадь внешней поверхности котла и обычно составляет 200-300 Вт/(м2К) для котла с хорошей изоляцией. с температурой наружной поверхности ниже 55 °C. Еще одна возможность определить тепло потери при передаче в окружающую среду заключается в использовании таблицы из стандарта DIN 1942, представленной в Таблица 2. Таблица 2: Оценки потерь теплопередачи на излучение. [1] Массовый расход пара [т/ч] Метод сжигания 10 20 40 60 80 100 200 400 600 800 Пылевидное сжигание – 1,3 1,0 0,90,75 0,7 0,55 0,4 0,35 0,3 Решетка 1,5 1,1 0,9 0,7 – – – – – -Потери [%] Котел жидкотопливный/газовый 1,3 0,9 0,7 0,6 0,55 0,4 0,3 0,25 0,2 0,2 Потери продувочного, сажеобдувочного и распыляющего пара Продувочная вода из парового барабана и пар сажеобдува (используется для удаления сажи из поверхности теплообменника внутри котла) используют часть пара, производимого котлом. Это снижает КПД котла. Кроме того, пар иногда также используется для распыления топлива в горелках. Потери можно рассчитать как: распылениераспылениеsbsbbdL hmhmhm ⋅+⋅+′⋅= &&&6φ (13) bdm& — массовый расход продувочной воды [кг/с], h′ — удельная энтальпия насыщенной воды (продувочная вода из парового барабана) [кДж/кг], sbm& – массовый расход сажеобдувочного пара, sbh – удельная энтальпия пара, используемого для сажеобдувки (на выходе из котла), распыления и т. д. массовый расход распыляющего пара, а распыление – удельная энтальпия пара, используемого для распыления топливо (на выходе из котла) [кДж/кг]. Внутреннее энергопотребление Сама электростанция потребляет часть вырабатываемой электроэнергии. Это обусловлено различными необходимое вспомогательное оборудование, такое как насосы питательной воды, циркуляционные насосы и воздуходувки/нагнетатели дымовых газов. В котлах с принудительной циркуляцией доля электроэнергии, потребляемой циркуляционным насосом, составляет около 0,5 % электроэнергии, производимой станцией. Обычно внутреннее энергопотребление составляет около 5 % электроэнергии, вырабатываемой электростанцией. растение. Поскольку используемая мощность является электрической (и берется из сети), внутренняя мощность доля потребления вычитается из конечного КПД котла в котловых расчетах. Расчет КПД котла Существует два различных способа расчета КПД котла: прямой метод и непрямой метод.
15. 13 Прямой метод В прямом методе КПД котла напрямую определяется полезной тепловой мощностью от котла и по топливной мощности котла: вход выход ф ф η = (14) где outputφ – полезная тепловая мощность котла, а inputφ – мощность топлива котла. Косвенный метод Косвенный метод определяет КПД котла по сумме основных потерь и топливная мощность котла: вход потери ф ф η −=1 (15) где потери φ – сумма основных потерь в котле, а вход φ – мощность топлива котла. котел. Косвенный метод позволяет лучше понять влияние индивидуальных потерь на КПД котла.
16. 14 Рекомендации 1. DIN 1942. “Abnahmeversuche an Dampferzeugern”.

Реклама

Расчет эффективности котла

Расчет эффективности котла КПД котла Упрощенные расчетыВ.Ганапати
Завод инженеры часто ищут упрощенные процедуры для оценки Эффективность использования полевых данных. На КПД котла в основном влияет следующие переменные:

Превышение воздух Выход температура газа Окружающая среда или эталонная температура Топливо тип и анализ

метод потери тепла, не рассматриваемый в ASME PTC 4.1, может использоваться для оценки КПД парогенераторов. Для быстрой оценки нефти и природных газовые парогенераторы, однако, могут быть использованы следующие уравнения. Эти уравнения были получены автором после проведения ряда вычислений.

Натуральный газ КПД, % HHV=89,4-(0,001123+0,0195xEA)(Tg-Ta) %НТС=99,0-(0,001244+0,0216xEA)(Tg-Ta) Нефтяное топливо-№ 2 и № 6 Эффективность, %HHV=92,9-(0,001298+0,0195xEA)(Tg-Ta) %LHV=99,0-(0,001383+0,0203xEA)(Tg-Ta) Tg,Ta=выход температуры газа и эталонного воздуха, F EA=избыток коэффициент воздуха-12% избыток воздуха означает EA=1,12 В по вышеприведенной формуле принят 1 % обсадной трубы плюс неучтенные потери. Эффективность на основе HHV и LHV можно связать по формуле: HHVxЭффективность на основе HHV=LHVxEfficiency на основе LHV Пример :А Котел, работающий на природном газе, с избытком воздуха 15 % имеет температуру выходящего газа 280 F, окружающая среда = 80 F. Определите эффективность на основе HHV и LHV. Эффективность-%HHV=89,4-(0,001123+0,0195×1,15)x(280-80)=84,64 % -%LHV=99,0-(0,001244+0,0216×1,15)X(280-80)=93,78%

Избыточный воздух из полевых данных Если % кислорода в пересчете на сухое вещество известно из полевых данных, избыток воздуха можно оценить как: EA=Kx21/(21-%O2) К=0,98 для природного газа и 1 для нефти Пример :Если % сухого кислорода в жидкотопливном котле 3, избыток воздуха EA=21/(21-18)=1,17 или 17%. Такое же значение кислорода в газовом котле будет означать около 0,98×1,17=1,15 или 15% избытка воздуха. Другая формула, которая используется: EA=100xO2/[.264N2-(O2-CO/2)] , где O2,CO,N2 взяты из анализа Orsat на сухой основа.

Нагрев корпуса Потери Диапазон от 0,3 до 1 % в зависимости от размер котла. Чем больше котел, тем меньше потери. Если сказать горячее лицо температура 366 F, скорость ветра = 100 футов в минуту и ​​температура окружающей среды = 70 F: Температура корпуса должна быть достигнута на основе методом проб и ошибок, однако здесь допустим, что это 86 F, если используется изоляция из минерального волокна толщиной 3 дюйма. Потери тепла через кожух: q=0,173×0,9x[5,46 4 -5,3 4 ]+0,296x(86-70) 1,25 x(169/69) 0,5 =30,5 БТЕ/фут 2 ч (0,9=коэффициент излучения корпуса – см. мои книги для деталей) Потери через изоляцию = 0,316x(366-86)/3=29,5 БТЕ/фут 2 ч, где 0,316 БТЕ дюйм/фут 2 чФ — среднее значение Значение K изоляции Если общая площадь поверхности котла, скажем, 1000 футов 2 , тогда общие потери = 30 000 БТЕ/ч. В котле, производящем 20 000 фунт/ч, пошлина составляет около 20 млн БТЕ/ч. Следовательно, потеря = (0,03/20) x 100 = 0,15 %. Один может добавить запас к этому значению.

 В приведенные выше выражения предполагают, что нет большого количества потерь из-за образования СО или неполного сгорания и всего корпуса, неучтенного потери=1 %. Потеря из-за СО составляет:
L=10160xCxCO/(CO+CO2)/HHV, где C=% углерода в топливе, CO, CO2, % объема газов. Если CO=1000 ppm,CO2=12,C=87%,HHV=19000 БТЕ/фунт, тогда L=(0,1/12,1)x10160x87/19000=0,38%. Обычно CO — это диапазон 100-200 частей на миллион в хорошо обслуживаемых котлах. Следовательно, потери CO очень низкие и обычно не рассчитывается и включается в поля.
Один можно также использовать программу, описанную в Книги,Программное обеспечение по котлам, котлам, котлам, паровым установкам Расчеты выполнить эти расчеты более точно. Эмпирическое правило состоит в том, что 40 F изменение температуры выходящего газа эквивалентно изменению КПД примерно на 1 %.
ЭКОНОМАЙЗЕР VS НАГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА
Завод инженерам всегда следует рассматривать возможность использования экономайзеров для улучшения работы котла. эффективность. Например, если температура дымовых газов составляет 550 F на 100 000 lb/h котел без экономайзера и скажем 300 F с экономайзером, приблизительное изменение КПД=(550-300)/40=6,25 % или около 7,5 млн БТЕ/ч экономия энергии или около 18,75 долл. США/ч при стоимости топлива 2,5 долл. США/млн БТЕ. Даже если экономайзер стоит 50 000 долларов, окупаемость меньше 2700 часов! К сожалению при принятии решений об энергопотреблении часто учитываются только первоначальные затраты. оборудование.
Обратите внимание, что воздушные отопители имеют несколько отрицательных сторон. по сравнению с экономайзерами в качестве оборудования для рекуперации тепла: они увеличивают температура, которая увеличивает образование NOx (не желательно) и газ/воздух боковые перепады давления значительно выше по сравнению с экономайзером, в результате в более высоком энергопотреблении вентилятора и большем размере вентилятора; воздухонагреватели могли быть дороже, а также занимать больше места. Следовательно, нынешняя тенденция использовать экономайзеры в блочных масляных, газовых парогенераторах. Нагреватели воздуха широко использовались в конструкциях, разработанных около 20-50 лет назад. Они может потребоваться в котлах, работающих на твердом топливе, для улучшения процесса сгорания.