Расчет кпд котлов. Из чего складывается КПД котла? Газовые котлы с самым высоким КПД

15.03.2020

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА

(Boiler efficiency) - отношение количества теплоты, переданной воде котла для превращения ее в пар при сжигании 1 кг топлива, к величине теплотворной способности топлива, т. е. количеству тепла, которое выделяется при полном сжигании 1 кг топлива. К. П. Д. котлов достигает величины порядка 0,60-0,85.

Самойлов К. И. Морской словарь. - М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР , 1941

Смотреть что такое "КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА" в других словарях:

коэффициент полезного действия котла - 3.9 коэффициент полезного действия котла ηK: Отношение теплопроизводительности Q к теплопотреблению QB: Источник …

коэффициент полезного действия - 3.1 коэффициент полезного действия: Величина, характеризующая совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной энергии к подведенной. [ГОСТ Р 51387, приложение А] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Отношение полезно затрачиваемой работы или получаемой энергии ко всей затраченной работе или соответственно потребляемой энергии. Напр., К. п. д. электродвигателя отношение механ. мощности, им отдаваемой, к подводимой к нему электр. мощности; К.… … Технический железнодорожный словарь

Запрос «КПД» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Коэффициент полезного действия (КПД) характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно… … Википедия

коэффициент полезного действия h - 3.7 коэффициент полезного действия h , %: Отношение полезной выходной мощности к подводимой теплоте. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 54442-2011: Котлы отопительные. Часть 3. Газовые котлы центрального отопления. Агрегат, состоящий из корпуса котла и горелки с принудительной подачей воздуха. Требования к теплотехническим испытаниям - Терминология ГОСТ Р 54442 2011: Котлы отопительные. Часть 3. Газовые котлы центрального отопления. Агрегат, состоящий из корпуса котла и горелки с принудительной подачей воздуха. Требования к теплотехническим испытаниям оригинал документа: 3.10… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- «Феликс Дзержинский» Паровоз ФД21 3125 Основные данные … Википедия

Феликс Дзержинский … Википедия

ГОСТ Р 54440-2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка - Терминология ГОСТ Р 54440 2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка оригинал документа: 3.11 аэродинамическое сопротивление газового… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Создать уютную и комфортную атмосферу в загородном доме довольно просто – нужно только правильно оборудовать систему отопления. Главным компонентом эффективной и надежной отопительной системы является котел. В статье далее мы поговорим о том, как посчитать КПД котла, какие факторы на него влияют и как повысить эффективность отопительного оборудования в условиях конкретного дома.

Как подобрать котел

Безусловно, чтобы определить, насколько эффективным будет тот или иной водогрейный котел, необходимо определить его КПД (коэффициент полезного действия). Этот показатель представляет собой отношение использованного на обогрев помещения тепла к общему количеству сгенерированной тепловой энергии.

Формула расчета КПД выглядит так:

ɳ=(Q 1 ÷Q ri),

где Q 1 – тепло, использованное эффективно;

Q ri – общее количество выделенного тепла.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

ɳ=100-(q 2 +q 3 +q 4 +q 5 +q 6), в которой

q 2 – теплопотери с выходящими горючими газами;

q 3 – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q 4 – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q 5 – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q 6 – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q 2). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

Q 2 = (T 1 -T 3) × (A 2 ÷ (21-O 2) + B), где

T 1 – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T 3 – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O 2 – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A 2 и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q 3 используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q 3 составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q 3 =0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q 4 . В частности, для угля антрацита значение q 4 =4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Потери тепла в связи с внешним охлаждением

Такие потери тепла q5 обычно составляют не более 0,5 %, а по мере возрастания мощности отопительного оборудования они еще больше сокращаются.

Данный показатель связан с расчетом паропроизводительности котельной установки:

При условии паропроизводительности D в пределах 42-250 кг/с, значение потерь тепла q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
Если значение паропроизводительности D превышает 250 кг/с, уровень теплопотери считают равным 0,2 %.

Количество теплопотерь от удаления шлака

Значение теплопотерь q6 имеет значение только при жидком шлакоудалении. А вот в тех случаях, когда из топочной камеры удаляют шлаки твердого топлива, теплопотери q6 учитывают при расчете КПД котлов отопления только в случаях, если они составляют более 2,5Q.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

q 6 =(А шл ×З л ×А р)÷Q ri ,

где А шл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

З л – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

А р – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Q ri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q 6 будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q 4 , во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q 3 , как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q 2 связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия. Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

обязательна периодическая чистка котла;
важно контролировать интенсивность горения и полноту сгорания топлива;
нужно рассчитать тягу с учетом давления подаваемого воздуха;
необходим расчет доли золы.

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

Коэффициент полезного действия (КПД) котельного агрегата определяют как отношение полезной теплоты, пошедшей на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте (теплоте, поступившей в котельный агрегат). На практике не вся полезная теплота, выбранная котлоагрегатом, направляется потребителям. Часть теплоты расходуется на собственные нужды. В зависимости от этого различают КПД агрегата по теплоте, отпущенной потребителю (КПД нетто).

Разность выработанной и отпущенной теплоты представляет собой расход на собственные нужды котельной. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления и т.д.), поэтому расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

КПД брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД нетто - коммерческую экономичность.

КПД брутто котельного агрегата ŋ бр , %, можно определить по уравнению прямого баланса

ŋ бр = 100(Q пол /Q р р)

или по уравнению обратного баланса

ŋ бр = 100-(q у.г +q х.н +q м.н +q н.о +q ф.ш) ,

где Q пол полезно используемая теплота, затраченная на выработку пара (или горячей воды); Q р р - располагаемая котельным агрегатом теплота; q у.г +q х.н +q м.н +q н.о +q ф.ш - относительные потери теплоты по статьям расхода теплоты.

КПД нетто по уравнению обратного баланса определяется как разность

ŋ нетто = ŋ бр -q с.н,

где q с.н - относительный расход энергии на собственные нужды, %.

КПД по уравнению прямого баланса применяется преимущественно при составлении отчетности за отдельный период (декада, месяц), а КПД по уравнению обратного баланса - при испытании котельных агрегатов. Определение КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива, особенно при сжигании твердого топлива.

Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды. Поэтому сравнение экономичности работы различных котельных агрегатов в конечном счете следует проводить по их КПД нетто.

В целом КПД котельного агрегата изменяется в зависимости от его нагрузки. Для построения этой зависимости нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата S q пот = q у.г +q х.н +q м.н +q н.о , которые зависят от нагрузки.

Как видно из рисунка 1.14, КПД котельного агрегата при определенной нагрузке имеет максимальное значение, т. е. работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

Рисунок 1.14 - Зависимость КПД котла от его нагрузки: q у.г, q х.н , q м.н, q н.о, S q пот - потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потери

Значение составляет от 0,3 до 3,5 % и уменьшается с увеличением мощности котла (от 3,5 % для котлов производительностью 2 т/ч до 0,3 % для котлов производительностью более 300 т/ч).

Потеря с физической теплотой шлаков возникает потому, что при сжигании твердого топлива удаляемый из топки шлак имеет высокую температуру: при твердом шлакоудалении = 600 °С, при жидком - = 1400 - 1600 °С.

Потери теплоты с физическим теплом шлаков, %, определяются по формуле:

где - доля шлакоулавливания в топочной камере; - энтальпия шлака, кДж/кг.

При слоевом сжигании топлив, а также при камерном сжигании с жидким шлакоудалением = 1 – 2 % и выше.

При камерном сжигании топлива с твердым шлакоудалении потеря учитывается только для многозольных топлив при > 2,5 %∙кг/МДж.

КПД котельного агрегата (брутто и нетто).

КПД котельного агрегата называется отношение полезной теплоты, пошедшей на выработку пара (горячей воды), к располагаемой теплоте (теплоте, поступившей в котельный агрегат). Не вся полезная теплота, выработанная котлом, направляется потребителям, часть ее расходуется на собственные нужды (привод насосов, тягодутьевых устройств, расходы теплоты на подогрев воды вне котла, ее деаэрации и др.). В связи с этим различают КПД агрегата по выработанной теплоте (КПД брутто) и КПД агрегата по теплоте, отпущенной потребителю (КПД нетто).

КПД котла (брутто), %, может быть определен по уравнению прямого баланса

или уравнению обратного баланса

КПД котла (нетто), %, по обратному балансу определяется как

где - относительный расход энергии на собственные нужды, %.

Тема 6. Слоевые топочные устройства для сжигания топлива в плотном и кипящем (псевдоожиженном) слое

Топки для сжигания топлива в плотном слое: принцип действия, область применения, достоинства и недостатки. Классификация топок для сжигания топлива в плотном слое (немеханизированные, полумеханические, механические). Забрасыватели топлива. Механические топки с движущимися колосниковыми решетками: принцип действия, область применения, разновидности. Слоевые топочные устройства для сжигания топлива в кипящем слое: принцип действия, область применения, достоинства и недостатки.

Слоевые топочные устройства для сжигания топлива в плотном слое.

Слоевые топки, предназначенные для сжигания твердого кускового топлива (размером от 20 – 30 мм), просты в эксплуатации и не требуют сложной дорогостоящей системы топливоприготовления.

Но так как процесс сжигания топлива в плотном слое характеризуется невысокой скоростью горения, инерционностью (и, следовательно, его сложно автоматизировать), пониженной экономичностью (сжигание топлива происходит с большими потерями от механического и химического недожога) и надежностью, то слоевое сжигание экономически целесообразно применять для котлов паропроизводительностью до 35 т/ч.

Слоевые топки применяются для сжигания антрацитов, каменных углей с умеренной спекаемостью (длиннопламенных, газовых, тощих), бурых углей с небольшой влажностью и зольностью, а также кускового торфа.

Классификация слоевых топок.

Обслуживание топки, в которой топливо сжигается в слое, сводится к следующим основным операциям: подача топлива в топку; шурование (перемешивание) слоя топлива с целью улучшения условий подвода окислителя; удаление из топки шлака.

В зависимости от степени механизации указанных операций слоевые топочные устройства можно разделить на немеханизированные (все три операции выполняются вручную); полумеханические (механизированы одна или две операции); механические (механизированы все три операции).

Немеханизированные слоевые топки представляют собой топки с ручной периодической подачей топлива на неподвижную колосниковую решетку и ручным периодическим удалением шлака.

Полумеханические топочные устройства отличаются механизацией процесса подачи топлива на решетку с применением различных забрасывателей, а также использованием специальных шлакоснимателей и поворотных или качающихся колосников.

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:
по уравнению прямого баланса:

η бр = 100 Q пол / Q р р

где Q пол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Q р р — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

η бр = 100 - (q у.г + q х.н + q н.о)

где q у.г, q х.н, q н.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса:

η нетто = η бр - q с.н

где q с.н — расход энергии на собственные нужды, %.

Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

Зависимость КПД котла η к от его нагрузки (D/D ном) 100

q у.г, q х.н, q н.о — потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потер.

Таким образом, для повышения эффективности отопительного котла недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3...5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.

Изменение КПД отопительного котла зависит от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис.) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е. q у.г, q х.н, q н.о. Как видно из рисунка, КПД отопительного котла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.