Энергия-М Котельное оборудование в Москве. Кпд котлов

КПД котла: формула эффективности водогрейного оборудования

Оглавление: [скрыть]

• Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки
  • КПД котлов с различными типами топлива
• Потери тепла в отопителе
  • Потеря тепла с отходящими газами
  • Потеря тепла из-за химического недожога
  • Потери тепла от наружного охлаждения
  • Потери тепла при удалении шлаков
• Расчет эффективности котла на твердом топливе

При строительстве собственного загородного дома особое внимание нужно уделить системе отопления, которая принесет тепло и уют вашему дому. Важным критерием эффективной системы отопления является отопительное оборудование, в частности — отопительный котел. Выбор водогрейного котла зависит от многих параметров, главными из которых являются используемое топливо и эффективность оборудования для ваших условий.

Отопительный котел — основа эффективной системы отопления для тепла и уюта.

Главным показателем эффективности отопительного котла является коэффициент полезного действия (КПД). Определение КПД котла происходит посредством соотношения полезно использованной теплоты и всей теплоты, которая выделилась при сжигании топлива. В идеальном случае расчет КПД производится по формуле:

η = (Q1/ Qri)100%, где Q1 — это теплота, использованная в полезных целях, а Qri — общая теплота.

Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки

Схема современного отопительного агрегата бытового назначения.

Повышение тепловой нагрузки, то есть увеличение количества сжигаемого топлива, не всегда приводит к положительным результатам. Одновременно с увеличением тепловой отдачи самого котла растет и потеря теплоты, которая уходит с дымовыми газами, так как их температура пропорциональна балансу температуры оборудования. Эффективность отопительного оборудования при этом уменьшается. Аналогично происходит и при эксплуатации отопителя на пониженной мощности. Если мощность будет ниже эксплуатационной более чем на 15%, это приведет к неполному сгоранию топливного вещества, а, соответственно, к прямому увеличению объема дымовых газов, что также снизит КПД отопительного оборудования. Поэтому важно точно соблюдать мощность котла, чтобы эксплуатировать его в оптимальном состоянии с наибольшей эффективностью.

Вернуться к оглавлению

КПД котлов с различными типами топлива

Расчет КПД котла, приведенный выше, применим только для грубых расчетов и редко используется при проектировании системы отопления. Он не применим для точных расчетов, так как не все тепло, получаемое при сжигании, расходуется на нагрев теплоносителя. Некоторая часть тепла теряется. Поэтому более точный расчет эффективности водогрейного оборудования производится по формуле:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где q2 — потеря теплоты с уходящими продуктами горения; q3 — потери из-за недожога горючих газов; q4 — потери, связанные с механическим недожогом и золообразованием; q5 — потери из-за наружного охлаждения; q6 — потеря тепла со шлаками при очистке топки.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла в отопителе

Вернуться к оглавлению

Потеря тепла с отходящими газами

Потери тепла с уходящими продуктами горения (q2) являются самыми весомыми. Температура продуктов горения напрямую влияет на эффективность отопительного котла.

Нормальный температурный напор на холодном конце воздухонагревателя обеспечивается при температуре 70-110°С.

Основные источники теплопотерь.

При уменьшении температуры уходящих газов на 12-15°С КПД котла увеличивается примерно на 1%. Однако охлаждение уходящих газов требует увеличения размеров поверхностей нагрева, что увеличивает размеры всей конструкции. Кроме того, при уменьшении температуры отработанных газов есть риск возникновения низкотемпературной коррозии.

Эта температура зависит от температуры поступающего воздуха и вида топлива. Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для различных видов сжигаемого топлива и различной температуры входящего воздуха приведены в таблице ниже.

Чтобы произвести расчет потерь тепла, связанных с уходящими продуктами горения, применяется формула:

q2 = (T1 — T3) (A2/(21 — O2) + B), где Т1 — температура уходящих продуктов горения в контрольной точке за пароперегревателем; Т3 — температура входящего воздуха; 21 — концентрация кислорода в воздухе; О2 — концентрация кислорода в уходящих продуктах горения, ее определение происходит в контрольной точке; А2 и В — коэффициенты, которые зависят от сжигаемого топлива, приведены в таблице ниже.

Вернуться к оглавлению

Потеря тепла из-за химического недожога

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

Данный вид потери (q3) учитывается, если в качестве топлива используются газообразные вещества или мазут. Для современных газовых котлов он составляет 0,1-0,2%. Если процесс сжигания идет с небольшим избытком воздуха, то потерю следует принимать равной 0,15%, а при большом избытке воздуха — равной нулю. Если же используется смесь газов с разной температурой сгорания, то q3=0,4-0,5%.

Данный вид потерь (q4) характерен для твердых видов топлива. К примеру, для антрацита он равен 4-6%, для полуантрацита — 3-4%, а для каменного угля — 1,5-2%. Малореакционные виды угля необходимо сжигать с жидким шлакоудалением, тогда q4 будет минимальным из приведенных значений, при твердом же шлакоудалении принимается верхняя граница теплопотерь.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла от наружного охлаждения

Данный вид потерь (q5) весьма невелик (составляет менее 0,5%) и уменьшается с ростом мощности отопительного агрегата. Такие потери соответствуют прямому расчету паропроизводительности котла:

• при паропроизводительности D от 42 до 25 кг/с потери равны q5=(60/D)0,5/lgD;
• при паропроизводительности D более 250 кг/с потери принимаются равными 0,2%.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла при удалении шлаков

Потери, связанные с физическим теплом шлаков, (q6) учитываются при жидком шлакоудалении. Если же шлак из топки удаляется твердым методом, то потеря тепла учитывается только если она составляет более 2,5Q.

Вернуться к оглавлению

Расчет эффективности котла на твердом топливе

Любой отопительный котел был бы идеальным, если бы его эффективность составляла 100%, однако, как уже говорилось ранее, такое невозможно из-за различного рода теплопотерь, зависящих как от сжигаемого топлива, так и от окружающих условий. Приведем пример расчета КПД отопительного устройства, работающего на твердом топливе:

Схема подключения котлов на твердом топливе.

• потери, связанные с физическим удалением шлаков q6= (Ашл*Зл*Ар)/Qri, где Ашл — доля шлака, которое определяется по балансу уноса золы из топки относительно объема топлива . При условии, что доля уноса золы при правильно организованном процессе горения составляет обычно 5-20%, то доля шлака составляет от 80 до 95%;
• Зл — энтальпия золы при температуре 600°С. Зл равняется 133,8 ккал/кг при нормальном тепловом расчете;
• Ар — зольность, рассчитанная на рабочую массу. В зависимости от вида топлива Ар колеблется от 5 до 45%;
• Qri — минимальное количество теплоты, выделяемое при сгорании. Данный параметр зависит от вида топлива и изменяется в пределах от 2500 до 5400 ккал/кг.

Исходя из вышеприведенных параметров, q6 колеблется в пределах от 0,1 до 2,3%.

Потери q5 зависят от номинальной производительности котла и вырабатываемой мощности. Для современных отопительных котлов малой мощности, которые применяются для обогрева частных домов, потери тепла от наружного охлаждения составляют 2,5-3,5%.

Потери от механического недожога (q4) в большей степени зависят от устройства самого котла и применяемого топлива. Теплопотери при этом составляют от 3 до 11%. Потери от химического недожога (q3) зависят от полноты смешивания горючего с поступающим воздухом. В обычных условиях такие потери равняются 0,5-1%.

Основной вид теплопотерь (q2), связанный с температурой уходящий газов, зависит от используемого топлива, температуры уходящих продуктов горения, организации процесса сгорания и особенностей конструкции оборудования. Для достижения нормы теплового расчета в 150°С минимальная рекомендованная температура уходящих газов при сжигании угля должна равняться 280°С. Потери тепла при этом составляют 9-22%.

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

Суммируя все потери, получаем максимальный коэффициент, который может быть получен в современном отопительном котле, равный 100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9%. Достижение подобного показателя может быть только при грамотном монтаже теплового оборудования, наладке высшей эффективности в зависимости от окружающих условий и подборе оптимального топлива. Эффективность отопительной системы зависит от оптимальной нагрузки, которая рекомендована производителем. Работа устройства должна быть организована так, чтобы большую часть времени он работал в экономичном режиме нагрузки.

Основные правила эксплуатации котлов для достижения максимального КПД:

• контроль стабильности горения и максимальной полноты сгорания;
• контроль состояния поверхности нагрева и очистка котла;
• расчет оптимальной тяги и давления поступающего воздуха;
• расчет доли золы.

Правильный расчет тяги, соответствующий балансу давления поступающего воздуха и скорости исходящих газов, положительным образом сказывается на полноте сгорания. Однако чрезмерное повышение давления поступающего воздуха влияет на увеличение потерь тепла с уходящими газами. Если же, наоборот, ограничить поступающий воздух, то это приведет к недостатку кислорода, а значит и к снижению процесса горения и увеличению золообразования.

Соблюдение данных рекомендаций позволит эксплуатировать отопительный котел в оптимальном режиме с максимальным КПД, что снизит затраты на отопление. Тепла вашему дому!

1poteply.ru

КПД газовых котлов отопления – выбор оптимального варианта

Использование газовых котлов это распространенный способ автономного отопления. Производители предлагают большое количество моделей, при выборе которых основное внимание уделяется мощности и цене устройства, но тенденции в развитии приборостроения уже направлены в сторону энергоэффективности, поэтому далеко не в последнюю очередь смотрят еще и на КПД. От него зависит, какое количество тепла прибор отопления сможет извлечь из единицы объема газа.

Маркетинговые уловки – по законам физики КПД не превышает 100%

Из чего складывается КПД

Чтобы понять, на чем реально выиграть (сэкономить), представляют алгоритм работы системы – на первый взгляд он прост. Когда в доме становится холодно, то включается система – насос прокачивает теплоноситель по трубам, в котле открывается подача газа и зажигается горелка, которая через теплообменник нагревает воду (или что использовано как теплоноситель). Когда в помещении становится тепло, то все выключается.

Выбирая оборудование отопления, держат эту схему в голове, чтобы понимать, какая комплектация нужна для максимального КПД системы.

Утепление окон и дверей

Этот шаг непосредственно не относится ни к котлам, ни к системе, но на результативность работы влияет напрямую. Если открыть помещение всем ветрам, то тепло в нем будет, только если сидеть с котлом в обнимку и про энергоэффективность можно забыть. Правильно же утепленное помещение оставит отданное радиаторами тепло внутри себя, котел не придется лишний раз запускать и газа израсходуется меньше.

Подготовка к зиме дома с установленным газовым прибором отопления ничем не отличается – это установка пластиковых окон, а если они уже есть, то перевод в зимний режим. В обычных оконных рамах щели затыкаются и проклеиваются лентой.

Все начинается с утепления

Вентиляция помещений

Отдельное внимание стоит уделять проверке вентиляции – от нее зависит, насколько хорошо в котел поступает воздух, и насколько меньше жильцам останется угарного газа. От первого зависит качество сгорания газа (что непосредственно влияет на КПД), а от второго здоровье владельцев котла.

Это справедливо для котлов с «внутренней» тягой, когда воздух в топку подается непосредственно из помещения, в котором установлен котел.

Во втором случае, когда воздух для горения берется с улицы, необходима регулярная чистка канала и заслонок, потому что КПД котлов отопления сбивается от недостатка и избытка поступающего кислорода. Да и если воздуховод полностью забьется, то хорошего от этого ничего не выйдет.

Работа датчиков тепла

Включать котел, когда холодно и выключать, когда жарко – не способствующая экономичности идея, так как часто получается, что запуск сделан раньше, а остановка позже, чем надо. Благо, в комплектацию современных моделей входят датчики тепла, которые отслеживают температуру в помещении. Когда она опускается до определенного предела, то котел отопления включается, а как воздух прогреется, то питание прерывается.

Уже само присутствие датчиков повышает КПД системы, а уменьшает его неправильная настройка устройств или же неверное их размещение.

Кроме слежения за температурой, есть датчики систем самоконтроля, следящих за состоянием котла — например, отключить подачу газа, если затухнет огонь в горелке.

Датчики различных типов

Пуск котла

Выполняется двумя способами:

• Возле горелки постоянно горит отдельный огонек. Когда котел эксплуатируется, то открывается соответствующий кран и поджигается «зажигалка», от которой загорается поступающий в основную горелку во время работы котла газ. Зажигалка горит постоянно и хоть пламя небольшое, но за сезон пару кубов газа она таки сожжет.
• Экономнее в плане КПД пьезозажигалка – когда в камеру сгорания поступает газ, она срабатывает, выдавая искру, достаточную для розжига пламени. Иногда первый вариант предпочтителен, но это зависит от индивидуальных особенностей размещения котла и привычек хозяев.

Сгорание газа

Этот процесс превращает входящий газ в тепло для нагревания теплоносителя. При правильно организованной вентиляции повлиять на эффективность процесса уже нельзя – все зависит от модели котла и горелки. Самые экономные (не сами по себе, а в связке с другими узлами котла отопления) это горелки цилиндрического типа. Чтобы понимать, как увеличить КПД, надо знать, куда расходуется энергия, полученная в результате сгорания газа:

• Прогрев теплообменника, который нагревает теплоноситель.
• Испарение воды непосредственно из камеры сгорания котла – она там появляется вследствие химической реакции горения.
• Потери выбрасываемые «в трубу» — если на улицу выбрасываются нагретые продукты сгорания (тот же водяной пар), то это значит, что часть теплоты израсходована не по назначению.

Общая схема работы котла

Чем качественнее котел, тем большая часть полученной от сжигания энергии расходуется на первый пункт, а остальные сводятся к минимуму. В котлах отопления последних моделей значения КПД достигают 90-98%.

Теплообмен внутри системы

Горящий газ нагревает емкость с водой (теплоносителем), которая в свою очередь прогревает радиаторы. Последняя на КПД котла влияет только насколько быстро и без потерь энергия передастся теплоносителю. Самая удачная форма теплообменника для этого – цилиндрическая, внутри которого располагается такая же горелка. Теплоноситель двигается вокруг них по спирали, гарантированно успевая нагреться до необходимой температуры.

Материал теплообменника разный – от стали до чугуна и зависит от модели котла, каждая из которых рассчитывается по своему.

Принцип работы конденсационного котла на видео ниже:

Вывод продуктов горения

Последние внедренные способы экономии касаются этого пункта. Логика решения – если на выходе из дымохода температура продуктов сгорания была 200-250 °С, то почему не использовать их для подогрева теплоносителя? Для этого на пути отработанных газов устанавливают дополнительные теплообменники из стали или чугуна (с большой инерцией нагревания).

Дополнительно идет работа по извлечению теплоты из испаренной воды, полученной в результате реакции горения – это делают «конденсационные» котлы, которые ставят рекорды в плане КПД – температура выбрасываемых газов около 50 °С, а количество используемой по назначению теплоты достигает 98%.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

kotlyhouse.ru

Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии

Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии. Н.Д. Денисов-Винский, В.А. Афанасьев Журнал "Теплоэнергоэффективные технологии".№1-2 (65 - 66) | Июнь, 2012 год | стр. 64 - 67 | УДК 643.82.621.182

   статья

   Любой энергетический баланс (энергобаланс) состоит из приходной и расходной частей. Приходная часть энергобаланса содержит количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей (природный газ, вода, воздух, электрическая энергия). Расходная часть энергобаланса определяет расход энергии всех видов во всевозможных её проявлениях: потери при преобразовании энергии одного вида в другой, при её транспортировке, а также при преобразовании её в энергию, накапливаемую в специальных устройствах. При этом приходная и расходная часть энергобаланса должны быть равны. Таким образом, энергетический баланс показывает соответствие, с одной стороны, суммарной подведённой энергии и, с другой стороны, суммарной полезно используемой энергии и её потерями.

   Суммарной подведённой энергии является теплота сгорания использованного топлива – Q сг.т. Суммарной полезной используемой энергией – тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть – Q отп.ТС. Потери тепловой энергии в котельной можно разбить на две группы: потери в котлоагрегатах при выработке тепловой энергии, и затраты на собственные нужды котельной – Q пот.КА и Q СН. Тогда уравнение теплового баланса в котельной в математическом виде может быть записано в виде уравнения:

   где 

Q сг.т. - тепловая энергия сгоревшего топлива;

Q отп.ТС. - тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть;

Q пот.КА. - тепловые потери в котлоагрегатах;

Q СН - тепловая энергия на собственные нужды.

   Для оценки эффективности работы любой технической системы используется обобщённый физический показатель – коэффициент полезного действия (КПД) системы, физический смысл которого есть отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной работе (энергии). Так, применительно к котельной: полезная энергия – тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть – Q отп.ТС, затраченная энергия – теплота сгоревшего топлива – Q сг.т. Тогда коэффициент полезного действия котельной – η кот можно вычислить, используя выражение:

   В настоящее время на каждой котельной, использующей в качестве топлива природный газ, установлены счётчики расхода – расходомеры потребляемого газа и теплосчётчики для определения величины отпускаемой тепловой энергии в сеть. Таким образом, Q отп.ТС определяется в результате прямого измерения тепловой энергии теплоносителя посредством применения теплосчётчика. Величина теплоты сгоревшего топлива может быть определена косвенным путём – через теплотворную способность топлива Qн и его расход – объём использованного топлива Bт:

   Таким образом, вычислить среднее значение η кот для наперёд заданного периода времени: сутки, месяц, отопительный период, год при организации соответствующего учёта показаний используемых приборов не составляет труда. Коэффициент полезного действия котельной полностью определяют две величины – коэффициент полезного действия котлоагрегата и затраты энергии на собственные нужды. Наглядно это можно показать, преобразовав выражение (1). Разделим все его части на величину Q сг.т. Получим:

   При учёте соответствующих обозначений получаем выражение:

   где

η кот - КПД котельной;

К пот.КА - коэффициент потерь котлоагрегатов;

К СН - коэффициент затрат тепла на собственные нужды.

   Таким образом, для определения КПД котельной достаточно определить величину потерь в котлоагрегатах и количество тепла, которое идёт на собственные нужды. Однако вычисление потерь в котлоагрегатах представляет определённые трудности. Уравнение теплового баланса котлоагрегата имеет вид:

   где

Q выр. - тепловая энергия, выработанная котлоагрегатами;

Q пот.КА - тепловые потери в котлоагрегатах.

   Разделив обе части уравнения (8) на Q сг.т. - теплоту сгоревшего топлива и сделав преобразования, получим следующее выражение:

   Из уравнения 9 следует, что коэффициент потерь в котлоагрегатах и КПД котлоагрегатов однозначно взаимосвязаны. Вычислив один показатель, мы вычисляем и второй.

   Основным документом, определяющим порядок эксплуатации котлоагрегата является режимная карта, которая составляется организацией, имеющей на то полномочия, после проведения режимно-наладочных испытаний. В соответствии с «Правилами эксплуатации теплоэнергетических установок» периодичность проведения таких испытаний для газовых котельных составляет 3 года. На рисунке №1 в качестве примера представлена режимная карта парового котла, установленного в одной из котельных, где проводилось энергетическое обследование.

Рисунок №1. Режимная карта котла ДКВр-6,5/13.

   В режимной карте котла приводятся значения основных параметров котлоагрегата для работы на различных уровнях мощности при максимальной эффективности. В процессе эксплуатации мощность котла (котельной) должна изменяться в соответствии с изменением температуры наружного воздуха. Изменять мощность котла можно путём изменения количества сжигаемого газа, т.е. изменяя расход газа. При изменении расхода газа также меняется и КПД котлоагрегата. Для того, чтобы определить КПД котлоагрегата при его работе на определённой мощности, а значит и с определённом расходом топлива, можно воспользоваться данными режимной карты. Для удобства следует найти функциональную зависимость между расходом топлива и КПД котлоагрегата. Зависимость для режимной карты котла ДКВр-6,5/13, изображённой на рисунке №1, изображена на рисунке 2. 

Рисунок №2. Зависимость КПД котлоагрегата 

от расхода газа для котла ДКВр-6,5/13.

   Если организован периодический (с периодом, например, 1 час) учёт потребляемого газа, то вопрос определения K пот.КА и η КА решён.

   Приведённые рассуждения относятся к одному котлу. В котельной же устанавливается несколько котлоагрегатов, как минимум 2. Однако при этом в котельной устанавливается общий расходомер потребляемого природного газа. Возникает вопрос, как определить количество газа, потреблённого каждым котлом. При наличие расходомера для каждого котла (что бывает очень и очень редко) вопрос решается, как и для одного котла. 

   При наличии одного общего расходомера задача определения и для каждого котельного агрегата может быть решена при применении данных давления газа перед горелками котельного агрегата. Суть методики заключается в определении доли потребления природного газа каждым котлом за заданный промежуток времени согласно данным режимной карты и суточной ведомости котлов при их параллельной работе и последующим фактическим определением количества природного газа, потреблённым каждым котлов за тот же промежуток времени.  

Рисунок №3. Функциональная зависимость между давлением газа перед горелками

и расходом топлива котла.

   По данным, которые приведены в режимной карте котла, а именно давление газа перед горелками и расход природного газа для соответствующих режимов работы котла, необходимо найти функциональную зависимость. Она приведена на рисунке №3 и описывается следующим уравнением:

   Следующим шагом к определению доли потребления природного газа каждым котлом за заданный промежуток времени является вычисление среднего значения давления газа перед горелкой для каждого котла согласно суточным ведомостям работы котлов. 

   Рассмотрим суточные ведомости котельной, где установлены котлы, чья режимная карта приведена на рисунке №1. Здесь следует ввести основное ограничение описываемой методики, которое заключается в том, что все приведённые выводы справедливы для котлов, у которых режимные карты в первом приближении совпадают. В таблице №1 приведены данные из суточных ведомостей двух параллельно работающих котлов. 

Таблица №1. Данные из суточных ведомостей 

двух параллельно работающих котлов.

   Среднее значение давления за указанный промежуток времени для первого котла составляет 73,9 кгс/м², для второго котла 86,9 кгс/м². Согласно этим величинам и уравнению 10 мы можем найти средний удельный расход природного газа через каждый котёл в единицу времени. Тогда для первого котла этот расход равен 551,27 м³/час, соответственно для второго – 598,3 м³/час. 

   После того, как был найден удельный расход природного газа через каждый котёл в период времени с 9:00 до 18:00, найдём, сколько всего природного газа было потреблено котлами за заданный промежуток времени – т.е. с 9:00 по 18:00. Для этого умножим соответствующие данные на количество часов – на 10 часов. Тогда получим для первого котла 5 512,7 м³, для второго котла 5 983 м³. По этим данным можно найти долевое потребление природного газа каждым котлом: 

   Таким образом, согласно вычислениям, первый котёл за период времени от 9:00 до 18:00 потребил , а второй от всего природного газа, израсходованного котельной за заданный промежуток времени. Зная общее - фактическое (по счётчику) количество потреблённого природного газа котельной за заданный промежуток времени, можно найти, сколько фактически за этот промежуток времени потребил каждый котёл. Для данной котельной в период с 9:00 по 18:00 при работе двух котлов в параллельном режиме было потреблено 10 114 м³ природного газа. Тогда первый котёл потребил за этот промежуток времени 4 849,6 м³ природного газа, а второй котёл потребил 5 264,3 м³. Зная, какое количество теплоты было получено при работе каждого котла за заданный промежуток времени, а также зная теплотворную способность природного газа, можно определить КПД работы каждого котла за заданный промежуток времени. 

   Другой способ определения КПД работы котла можно определить по режимной карте. Для этого необходимо перейти к фактическому расходу природного газа через каждый котёл, разделив фактическое потребление каждого котла за заданный промежуток времени, на величину этого промежутка. Для первого котла получим 484,96 м³/час, для второго – 526,43 м³/час. На рисунке №2 дана зависимость между КПД котла и расходом природного газа согласно данным режимной карты. Таким образом для первого котла КПД в период с 9:00 по 18:00 равен 89,7%, а для второго котла 90,5%. 

   Для определения КПД работы котлов в параллельном режиме, необходимо учитывать долевое «участие» работы каждого котла при генерации тепловой энергии. Таким образом, общий КПД работы котлов равен 90,11%. Точность определения КПД работы котлов, как по отдельности, так и вместе, зависит, главным образом, от временного периода.

   После определения КПД работы котлов не составляет трудности определить коэффициент потерь в котлоагрегатах, а уже после затраты тепла на собственные нужды. Таким образом, составив тепловой баланс котельной для заданного промежутка времени можно определить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и в дальнейшем осуществлять энергосберегающие мероприятия.

© Н.Д. Денисов-Винский

www.denisov-vinskiy.ru

КПД котла: формула эффективности водогрейного оборудования

Оптимальная эксплуатация обогревательного котла

При строительстве собственного загородного дома особое внимание нужно уделить системе отопления, которая принесет тепло и уют вашему дому. Важным критерием эффективной системы отопления является отопительное оборудование, в частности — отопительный котел. Выбор водогрейного котла зависит от многих параметров, главными из которых являются используемое топливо и эффективность оборудования для ваших условий.

Отопительный котел — основа эффективной системы отопления для тепла и уюта.

Главным показателем эффективности отопительного котла является коэффициент полезного действия (КПД). Определение КПД котла происходит посредством соотношения полезно использованной теплоты и всей теплоты, которая выделилась при сжигании топлива. В идеальном случае расчет КПД производится по формуле:

η = (Q1/ Qri)100%, где Q1 — это теплота, использованная в полезных целях, а Qri — общая теплота.

Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки

Схема современного отопительного агрегата бытового назначения.

Повышение тепловой нагрузки, то есть увеличение количества сжигаемого топлива, не всегда приводит к положительным результатам. Одновременно с увеличением тепловой отдачи самого котла растет и потеря теплоты, которая уходит с дымовыми газами, так как их температура пропорциональна балансу температуры оборудования. Эффективность отопительного оборудования при этом уменьшается. Аналогично происходит и при эксплуатации отопителя на пониженной мощности. Если мощность будет ниже эксплуатационной более чем на 15%, это приведет к неполному сгоранию топливного вещества, а, соответственно, к прямому увеличению объема дымовых газов, что также снизит КПД отопительного оборудования. Поэтому важно точно соблюдать мощность котла, чтобы эксплуатировать его в оптимальном состоянии с наибольшей эффективностью.

КПД котлов с различными типами топлива

Расчет КПД котла, приведенный выше, применим только для грубых расчетов и редко используется при проектировании системы отопления. Он не применим для точных расчетов, так как не все тепло, получаемое при сжигании, расходуется на нагрев теплоносителя. Некоторая часть тепла теряется. Поэтому более точный расчет эффективности водогрейного оборудования производится по формуле:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где q2 — потеря теплоты с уходящими продуктами горения; q3 — потери из-за недожога горючих газов; q4 — потери, связанные с механическим недожогом и золообразованием; q5 — потери из-за наружного охлаждения; q6 — потеря тепла со шлаками при очистке топки.

Потери тепла в отопителе

Потеря тепла с отходящими газами

Потери тепла с уходящими продуктами горения (q2) являются самыми весомыми. Температура продуктов горения напрямую влияет на эффективность отопительного котла.

Нормальный температурный напор на холодном конце воздухонагревателя обеспечивается при температуре 70-110°С.

Основные источники теплопотерь.

При уменьшении температуры уходящих газов на 12-15°С КПД котла увеличивается примерно на 1%. Однако охлаждение уходящих газов требует увеличения размеров поверхностей нагрева, что увеличивает размеры всей конструкции. Кроме того, при уменьшении температуры отработанных газов есть риск возникновения низкотемпературной коррозии.

Эта температура зависит от температуры поступающего воздуха и вида топлива. Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для различных видов сжигаемого топлива и различной температуры входящего воздуха приведены в таблице ниже.

Чтобы произвести расчет потерь тепла, связанных с уходящими продуктами горения, применяется формула:

q2 = (T1 — T3) (A2/(21 — O2) + B), где Т1 — температура уходящих продуктов горения в контрольной точке за пароперегревателем; Т3 — температура входящего воздуха; 21 — концентрация кислорода в воздухе; О2 — концентрация кислорода в уходящих продуктах горения, ее определение происходит в контрольной точке; А2 и В — коэффициенты, которые зависят от сжигаемого топлива, приведены в таблице ниже.

Потеря тепла из-за химического недожога

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

Данный вид потери (q3) учитывается, если в качестве топлива используются газообразные вещества или мазут. Для современных газовых котлов он составляет 0,1-0,2%. Если процесс сжигания идет с небольшим избытком воздуха, то потерю следует принимать равной 0,15%, а при большом избытке воздуха — равной нулю. Если же используется смесь газов с разной температурой сгорания, то q3=0,4-0,5%.

Данный вид потерь (q4) характерен для твердых видов топлива. К примеру, для антрацита он равен 4-6%, для полуантрацита — 3-4%, а для каменного угля — 1,5-2%. Малореакционные виды угля необходимо сжигать с жидким шлакоудалением, тогда q4 будет минимальным из приведенных значений, при твердом же шлакоудалении принимается верхняя граница теплопотерь.

Потери тепла от наружного охлаждения

Данный вид потерь (q5) весьма невелик (составляет менее 0,5%) и уменьшается с ростом мощности отопительного агрегата. Такие потери соответствуют прямому расчету паропроизводительности котла:

• при паропроизводительности D от 42 до 25 кг/с потери равны q5=(60/D)0,5/lgD;
• при паропроизводительности D более 250 кг/с потери принимаются равными 0,2%.

Потери тепла при удалении шлаков

Потери, связанные с физическим теплом шлаков, (q6) учитываются при жидком шлакоудалении. Если же шлак из топки удаляется твердым методом, то потеря тепла учитывается только если она составляет более 2,5Q.

Расчет эффективности котла на твердом топливе

Любой отопительный котел был бы идеальным, если бы его эффективность составляла 100%, однако, как уже говорилось ранее, такое невозможно из-за различного рода теплопотерь, зависящих как от сжигаемого топлива, так и от окружающих условий. Приведем пример расчета КПД отопительного устройства, работающего на твердом топливе:

Схема подключения котлов на твердом топливе.

• потери, связанные с физическим удалением шлаков q6= (Ашл*Зл*Ар)/Qri, где Ашл — доля шлака, которое определяется по балансу уноса золы из топки относительно объема топлива . При условии, что доля уноса золы при правильно организованном процессе горения составляет обычно 5-20%, то доля шлака составляет от 80 до 95%;
• Зл — энтальпия золы при температуре 600°С. Зл равняется 133,8 ккал/кг при нормальном тепловом расчете;
• Ар — зольность, рассчитанная на рабочую массу. В зависимости от вида топлива Ар колеблется от 5 до 45%;
• Qri — минимальное количество теплоты, выделяемое при сгорании. Данный параметр зависит от вида топлива и изменяется в пределах от 2500 до 5400 ккал/кг.

Исходя из вышеприведенных параметров, q6 колеблется в пределах от 0,1 до 2,3%.

Потери q5 зависят от номинальной производительности котла и вырабатываемой мощности. Для современных отопительных котлов малой мощности, которые применяются для обогрева частных домов, потери тепла от наружного охлаждения составляют 2,5-3,5%.

Потери от механического недожога (q4) в большей степени зависят от устройства самого котла и применяемого топлива. Теплопотери при этом составляют от 3 до 11%. Потери от химического недожога (q3) зависят от полноты смешивания горючего с поступающим воздухом. В обычных условиях такие потери равняются 0,5-1%.

http://youtu.be/HwwsipMpddk

Основной вид теплопотерь (q2), связанный с температурой уходящий газов, зависит от используемого топлива, температуры уходящих продуктов горения, организации процесса сгорания и особенностей конструкции оборудования. Для достижения нормы теплового расчета в 150°С минимальная рекомендованная температура уходящих газов при сжигании угля должна равняться 280°С. Потери тепла при этом составляют 9-22%.

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

Суммируя все потери, получаем максимальный коэффициент, который может быть получен в современном отопительном котле, равный 100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9%. Достижение подобного показателя может быть только при грамотном монтаже теплового оборудования, наладке высшей эффективности в зависимости от окружающих условий и подборе оптимального топлива. Эффективность отопительной системы зависит от оптимальной нагрузки, которая рекомендована производителем. Работа устройства должна быть организована так, чтобы большую часть времени он работал в экономичном режиме нагрузки.

Основные правила эксплуатации котлов для достижения максимального КПД:

• контроль стабильности горения и максимальной полноты сгорания;
• контроль состояния поверхности нагрева и очистка котла;
• расчет оптимальной тяги и давления поступающего воздуха;
• расчет доли золы.

Правильный расчет тяги, соответствующий балансу давления поступающего воздуха и скорости исходящих газов, положительным образом сказывается на полноте сгорания. Однако чрезмерное повышение давления поступающего воздуха влияет на увеличение потерь тепла с уходящими газами. Если же, наоборот, ограничить поступающий воздух, то это приведет к недостатку кислорода, а значит и к снижению процесса горения и увеличению золообразования.

http://youtu.be/VCC5GL4aPHs

Соблюдение данных рекомендаций позволит эксплуатировать отопительный котел в оптимальном режиме с максимальным КПД, что снизит затраты на отопление. Тепла вашему дому!

teplomonster.ru

КПД котельной установки

КПД котельной установки

При рассмотрении составляющих баланса тепла котельной установки КПД брутто, т. е. КПД котельной установки без учета служебных расходов энергии на дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные насосы и тому подобные расходы, определяется из формулы (94):

КПД котельной установки меньше, так как необходимо учитывать расход тепла и энергии на собственные нужды установки. Повышая эффективность работы КПД котельной установки путем установки дутьевых вентиляторов и дымососов, механизируя трудоемкие процессы топливоподачи и золоудаления, одновременно следует стремиться уменьшать служебные расходы путем рационального проектирования установки в целом и правильной ее эксплуатации.

КПД котельной установки может быть подсчитан следующим образом:

Qсл подсчитывается в ккал/час, причем, если затрачивается электроэнергия, то ее переводят в расходуемую эквивалентную тепловую с учетом к. п. д. электростанции, для чего, подсчитывая Σ N квт-ч служебных расходов, их умножают на удельный расход тепла на 1 квт-ч выработанной электроэнергии.

Пример. Под чугунным водогрейным секционным котлом ВНИИСТО системы "Универсал" сжигался подмосковный уголь. Топка работала на вентиляторном дутье. В период 6-чаоового "балансового" теплотехнического испытания производились необходимые замеры расхода воды и топлива, измерялись: температура входящей в котел воды и выходящей из его, температура отходящих газов, замерялись разрежения в топке и за котлом, а также давление воздуха в поддувале. Анализ отходящих газов производился приором Орса. Также производился отбор пробы топлива и выгреба из топки шлаков и золы.

Результаты испытания приводятся ниже. Требуется определить к п д., а также и остальные составляющие теплового баланса установки.

Поверхность нагрева котла Як = 24,6 м2.

Площадь колосниковой решетки R = 0,625 м2.

Объем топочного пространства ly =0,685 м3.

Топливо

Род топлива - подмосковный уголь марки РМ.

Низшая теплотворная способность рабочего топлива Qpн в ккал/кг - 2475

Длительность испытания z в час - 6

Количество сожженного топлива за опыт zB в кг - 613

Количество сожженного топлива за 1 час В в кг - 102

Тепловое напряжение колосниковой решетки Q/R в тыс. ккал/м2 час - 401

Напряжение топочного пространства Q/V в тыс. ккал\м3 час - 370

Вода

Средний часовой расход воды D в кг - 16600

Температура воды, входящей в котел, t’кв град., - 47,36

Температура воды, выходящей из котла, t”K в град. - 58,40

Нагрев воды в котле Δt в град. - 11,04

Теплопроизаодительность котла QK в ккал/час - 183264

Тепловое напряжение поверхности нагрева QK/Hк в ккал/м2 час - 7450

Отходящие газы

Средняя температура газов за котлом Тк=Ту в град. - 210

Средний состав газов за котлом (%):

RO2 -11,7

RO2 + O2 - 19,5

Решение. 1. Величины К и β находятся по формулам (24) и (54):

2. Величины СО, 02 и N2 определяются по формулам (53) и (60):

3. Определение αу и L0 производится по формулам (63), (23) и (25):

4. Количество уноса GVH в кг/час подсчитывается по золовому балансу (114):

5. Определение потери от механического недожога (Q4, q4) формулы от (109) до (113):

6. Поправочный множетель на механический недожог равен

7. Потеря от химической неполноты сгорания

8. Потеря тепла с отходящими газами

Q2=Iy - Iв.к.

Теплосодержание отходящих газов вычисляется так (121):

Дутье вентиляторное, поэтому Wф = 0.

Физическое тепло топлива в заданных условиях также не учитывается, i1 = 0.

Вычисление средних теплоемкостей сухих газов и водяных паров производится следующим образом.

Пользуясь табл. 20, находят средние теплоемкости в пределах от 0 до 210°.

Для трехатомных газов (по С02) С02103 = 0,4308 ккал/нм3 град.

"двухатомных газов (по сухому воздуху)С02102 = 0,3125"

Средняя теплоемкость сухих тазов, состоящих из смеси трехатомных и двухатомных газов, находится как средняя взвешенная величина:

Для водяных паров С0210= 0,364 ккал/нм3 град.

При подсчетах, когда температура газов не превышает 300°, можно среднюю объемную теплоемкость сухих газов брать равной 0,33 и водяных паров 0,36.

В дальнейшем, подставляя полученные значения теплоемкостей в уравнение теплосодержания отходящих газов, определяют iу:

Влагосодержание воздуха в котельной во время испытания не определялось, поэтому следует принять обычную цифру d=10 г/кг. Теплосодержание воздуха равно (122):

9. Физическое тепло, потерянное с удаляемыми из топки золой и шлаками (134):

10. Тепло, полезно использованное в установке:

11.Потеря в окружающую среду котельной установки определяется пй разности из баланса тепла как единственно неизвестная величина

Другой вариант подсчетов составляющих теплового баланса выполнен при условии, что известной является потеря тепла котлом в окружающую среду Qк3 = 10000 ккал/час.

Искомой величиной в таком случае будет являться потеря от укоса Qун4 ккал/кг.

Первые три пункта первого варианта решения остаются без изменений. Далее определяются Q1, Q2, Q3, Q5 и Qшлфиз - причем Q2 и Q3 -без учета поправки на механический недожог.

kotel-kvr.su

Смотрите также

• 
  Стальной котел
• 
  Котел стальной
• 
  Регулировка котла
• 
  Рейтинг котлов
• 
  Горелка котла
• 
  Характеристика котла
• 
  Фалезский котел
• 
  Черкасский котел
• 
  Вагонный котел
• 
  Белостокский котел
• 
  Котлы кострзева