Главная | Обратная связь

Тепловой баланс и КПД котла

 

Экономичность работы котла определяется степенью совершенствования организации процесса горения топлива и передачи теплоты от продуктов сгорания теплоносителю. Количество теплоты, которое может выделится при полном сжигании 1 кг или 1 м³ топлива называют располагаемой теплотой Q^р_р .

В ориентировочных расчетах принимают Q^р_р = Q^р_р. Количество теплоты, которое воспринимается в котле теплоносителем, в расчете на 1 кг или 1 м³ сжигаемого топлива называют полезно используемой теплотой Q₁.

Для установившегося режима работы котла уравнение теплового баланса сжигаемого топлива имеет вид:

или в процентах от Q^р_р

где ∑Q_ПОТ - энергетические потери в котле, кДж/кг или кДж/м³;

- удельные энергетические потери, %.

Энергетические потери ∑q_ПОТ складываются из потерь теплоты с уходящими газами q₂, химическими q₃ и механическими q₄ недожогами топлива, в окружающую среду q₅ и с физической теплотой шлаков q₆.

Коэффициент полезного действия брутто котла

Коэффициент полезного действия нетто котла

где ∆η_с - доля на собственные нужды котла, %.

Зная КПД котла брутто, можно определить расход натурального топлива на котел

пара на входе и выходе из промежуточного пароперегревателя, кДж/кг; В - расход топлива, кг/с или м³/с.

Для сопоставления экономичности работы энергетических установок, использующих различные топлива, применяется понятие «условное топливо», теплота сгорания которого принята 29,3 МДж/кг. Пересчет расхода В, т/г, используемого топлива с теплотой сгорания О^н_р кДж/кг, на условное топливо производится по формуле

где В_УСЛ -расход условного топлива, кг. у. т./с.

 

5.2 Системы теплоснабжения

 

Комплекс устройств, оборудование и коммуникации трубопроводов, предназначенные для производства тепловой энергии, ее транспортирования и потребления, принято называть системой теплоснабжения.

Централизованное теплоснабжение обеспечивает подачу теплоты (горячей воды или пара) многим потребителям, расположенным вне места ее выработки. Система централизованного теплоснабжения включает источник теплоты (котельная или ТЭЦ), трубопроводы (тепловые сети), подающие теплоту от источника к месту потребления, и потребители теплоты (абонентские установки). Узлы присоединения потребителей к сети называются абонентскими вводами или местными тепловыми пунктами (МТП). Иногда между источником теплоты и потребителем размещаются центральные тепловые пункты (ЦТП). Задачей тепловых пунктов является обеспечение, распределение, регулирование и учет расходуемой теплоты.

Системы теплоснабжения классифицируются:

• по роду теплоносителя (паровые и водяные);
• по типу источника теплоты (централизованные - от ТЭЦ или крупных котельных и децентрализованные - от местных или индивидуальных котельных);
• по способу подачи воды (открытое и закрытое горячее водоснабжение: открытое, если вода из сети непосредственно поступает к потребителю, закрытое, когда вода используется только как теплоноситель и из сети не отбирается);
• по числу трубопроводов (одно-, двух- и многотрубные).

Потребители теплоты определяют параметры и вид теплоносителя, режимы теплового потребления. Вид теплоносителя и его параметры обусловливают устройство тепловой сети. Эти обстоятельства в совокупности с концентрацией теплопотребления определяют устройство источников теплоснабжения. В настоящее время наиболее прогрессивным является централизованное теплоснабжение с использованием теплоты отработавшего пара теплофикационных электростанций на базе комбинированного производства электрической энергии и теплоты.

Распространенными теплоносителями в системах теплоснабжения являются водяной пар и горячая вода. Соответственно система теплоснабжения называются паровыми и водяными. Воду, циркулирующую в водяной системе теплоснабжения, называют сетевой. Выбор одного из этих двух теплоносителей определяется конкретными условиями их применения.

При использовании в качестве теплоносителя воды удается достичь более высокого КПД турбоустановки за счет уменьшения давления греющего пара и увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Водяные системы теплоснабжения позволяют организовать ступенчатый подогрев воды и этим еще увеличить выработку электрической энергии теплофикационным способом. Водяная система теплоснабжения обладает повышенной аккумулирующей способностью и большим по сравнению с паровой радиусом действия. Вода водяных тепловых сетей менее качественна, и ее потери обходятся значительно дешевле, чем потери конденсата. Основными недостатками воды как теплоносителя является большая чувствительность к авариям, так как утечки воды при этом в 20 - 30 раз больше, чем пара. Это приводит к необходимым отключениям тепловой сети, тогда как паровая тепловая сеть при аналогичных повреждениях могла бы некоторое время оставаться в работе.

Кроме воды и пара в качестве теплоносителей используются уходящие газы котлов и печей, горячий воздух и другие вещества. Уходящие газы являются высокотемпературными продуктами сгорания топлива. Они применяются в качестве теплоносителя в огнетехнических устройствах индивидуального теплоснабжения. Их основное достоинство - высокая температура, а недостаток - низкий коэффициент теплоотдачи, засоренность золой, невозможность транспортировки на большие расстояния.

Горячий воздух применяется в основном для отопления (путем непосредственной подачи его в отапливаемое помещение). Транспортируют воздух, как правило, на расстояние не более 50 - 80 м.

Выбор теплоносителя для каждого отдельного потребителя теплоты и предприятия в целом производится, прежде всего, в соответствии с требованиями Санитарных и противопожарных норм и правил. Важное значение при этом имеют также технико-экономическое обоснование, изучение режимов теплопотребления для рассматриваемой отрасли промышленности.

В системах централизованного теплоснабжения для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, как правило, применяется вода. Использование для предприятий в качестве единого теплоносителя пара для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения допускается только при техническо-экономическом обосновании.

Отопление- искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта для людей или требованиям технологического процесса. Под отоплением понимают также устройства (системы), выполняющие эту функцию. Условия теплового комфорта (условия благоприятные для жизни и деятельности человека) определяются температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха. Допустимые значения этих параметров устанавливаются Строительными нормами и правилами (СНиП). Например, для жилых и административных зданий температура воздуха в отапливаемых помещениях должна составлять 18 - 22°С, относительная влажность 65 %, а скорость движения воздуха не более 0,3 м/с.

При этом весьма важна равномерность распределения температуры в помещении в горизонтальном и вертикальном направлении. Она зависит от вида отопительных приборов и их расположения, а также от теплозащитных свойств наружных ограждений и возможности проникновения через них в помещение наружного воздуха.

Мощность отопительной системы должна обеспечить возмещение теплопотерь в помещениях при наружной температуре в отопительный период, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки в данном населённом пункте. Для Москвы, например, эта температура равна - 26°С, для Якутска - 52°С, для Ташкента - 13°С.

В производственных помещениях промышленных предприятий при постоянном выделении тепла от технологического оборудования мощность отопительного устройства может быть соответственно уменьшена. Физиологические процессы жизнедеятельности человеческого организма также связаны с образованием тепла и выделением его (преимущественно лучеиспусканием и конвекцией) в окружающую среду. Это тепло передаётся воздуху и ограждениям (стенам, полу, потолку), участвующим в создании микроклимата помещений. Все составляющие теплопотерь в помещениях, как и тепловыделение в них (от технологического оборудования, людей, электрического освещения, солнечной радиации и т. п.), непрерывно изменяются. Поэтому количество тепла, подаваемого в помещение системой отопления, должно регулироваться. Наибольший эффект регулирования подачи тепла даёт автоматизация отопительной системы, при которой учитываются не только выделяемое тепло и теплопотери в помещении, но и тепловая инерция. Регулирование осуществляется также с помощью регулировочных кранов, устанавливаемых на отопительных приборах.

Различают системы отопления центральные и местные. В системах центрального отопления тепло вырабатывается за пределами отапливаемых помещений (котельная, ТЭЦ), а затем транспортируется по трубопроводам в отдельные помещения, здания. Центральные системы отопления подразделяются по виду теплоносителя (водяное, воздушное, паровое и др.). Наибольшее распространение, преимущественно в жилых, общественных и в некоторой части промышленных зданий получило водяное отоплениес различными отопительными приборами. Также широко применяется воздушное отопление, существенное преимущество которого перед другими видами отопления - возможность совмещения его действия с вентиляциейи кондиционированием воздуха.

В системах водяного отопления, применяемых в жилых, общественных и промышленных зданиях, теплота в отапливаемые помещения передается через отопительные приборы, внутри которых циркулирует горячая вода. В жилых и общественных зданиях максимально допустимая температура поверхности нагрева отопительных приборов ограничивается санитарно-гигиеническими требованиями. На наружных поверхностях нагревательных приборов при температуре 65-70°С начинаются разложение и сухая возгонка органической пыли. При 80°С этот процесс протекает достаточно интенсивно. Поэтому температура теплоносителя в отопительных приборах ограничивается и не должна превышать 95°С - для жилых и общественных зданий; 85°С - для детских яслей и садов, больниц и т. п.; 150°С - для производственных помещений.

В жилых, общественных и некоторых видах промышленных зданий (с повышенными требованиями к чистоте воздуха) расширяется использование панельного отопленияи лучистого отопления.

Область применения парового отопления из-за присущих ему недостатков в современном строительстве значительно сократилась; при наличии пара как теплоносителя для отопления чаще используется комбинированное (пароводяное) отопление, при котором вместо отопительного котла устанавливается работающий на пару водонагреватель.

Температура воды при горячем водоснабжении должна быть не ниже 50-60°С в соответствии с требованиями комфортности и не выше 70°С по нормам техники безопасности.

Вентиляция предназначена для поддержания внутри помещения определенного состава воздуха, который регламентируется санитарными нормами, а также отвечает требованиям технологического процесса. Различают вентиляцию естественную через окна, двери, специальные вентиляционные отверстия, неплотности строительных конструкций и принудительную, осуществляемую специальными вентиляционными системами. В процессе вентиляции из помещения удаляется воздух с температурой, равной внутренней температуре помещения, а вместо него поступает холодный воздух с наружной температурой. Чтобы не вызвать снижения температуры внутри вентилируемого объема, холодный воздух подогревают в специальных устройствах - калориферах, затрачивая на это теплоту.

Тепловые технологические аппараты и устройства - это подогреватели для газообразных и твердых веществ, выпарные и ректификационные аппараты, сушилки для различных материалов и изделий, реакторы для осуществления химических реакций и др. Пар или вода в них могут использоваться как теплоносители, так и в качестве компонента для производства продукции. Для технологических процессов чаще всех применяется насыщенный или слабо перегретый пар с давлением 0,3 - 0,8 МПа и вода с температурой до 150°С. В некоторых случаях используется пар с давлением до 9 МПа.

В силовых технологических агрегатах, имеющих в качестве привода паровые машины или турбины (паровые молоты и прессы, ковочные машины, компрессионные машины для сжатия жидкостей и др.), теплоносителем и одновременно рабочим телом является водяной пар: для паровых машин - насыщенный или слабоперегретый до 200 - 250°С при давлении 0,8 - 1 МПа, а для паровых турбин - перегретый пар более высоких параметров.

Обеспечение теплотой с помощью теплоносителя систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и технологических потребителей называют теплоснабжением.

 

Тепловые сети

Тепловая сеть – это система трубопроводов (теплопроводов) для транспортирования и распределения теплоносителя (горячей воды или пара) при централизованном теплоснабжении.

Различают магистральные и распределительные тепловые сети. Потребители подсоединяются к распределительным сетям через ответвления.

По способу прокладки тепловые сети подразделяют на подземные и надземные (воздушные). В городах и посёлках наиболее распространены подземная прокладка труб в каналах и коллекторах (совместно с другими коммуникациями) и так называемая бесканальная прокладка - непосредственно в грунте. Надземная прокладка (на эстакадах или специальных опорах) обычно осуществляется на территориях промышленных предприятий и вне черты города.

Для сооружения тепловых сетей применяют главным образом стальные трубы диаметром от 50 мм (подводка к отдельным зданиям) до 1400 мм (магистральные сети).

Температура теплоносителя в тепловых сетях изменяется в широких пределах. Для компенсации температурных удлинений трубопроводов применяют компенсаторы – обычно гибкие (П-образные) для трубопроводов небольшого диаметра (до 300 мм) и осевые (сальниковые и линзовые) для трубопроводов большого диаметра.

Снижение тепловых потерь в трубопроводах тепловых сетей достигается их теплоизоляцией. В каналах и при надземной прокладке для тепловой изоляции используются преимущественно изделия из минеральной ваты; при бесканальной прокладке применяют изоляционные материалы, наносимые на трубопровод в заводских условиях (пенобетон, битумоперлит и др.), а также сыпучие, укладываемые в траншею в процессе монтажа тепловой сети (например, асфальтоизол). Тепловая изоляция используется также для защиты наружной поверхности теплопровода от коррозии. С этой целью на теплоизоляционную оболочку наносят слой водонепроницаемого материала. Применяют и специальные покрытия (из изола, стеклоэмалевые, эпоксидные и др.), наносимые непосредственно на поверхность трубопровода.

Для защиты от коррозии внутренней поверхности трубопровода и предотвращения образования на ней накипи вода, заполняющая тепловую сеть, проходит водоподготовку.

Схемы магистральных сетей могут быть радиальными (тупиковыми) или кольцевыми. Во избежание перерывов в снабжении теплом предусматривается соединение отдельных магистральных сетей между собой, а также устройство перемычек между ответвлениями. При большой длине магистральных сетей на них устанавливают подкачивающие насосные подстанции.

На трассе сети и в местах ответвлений оборудуют подземные камеры, в которых размещают запорно-регулировочную арматуру, сальниковые компенсаторы и пр.