8 800 333-52-51

Бесплатный звонок по России

8 (812) 244-45-05

   

Расчет теплового баланса котла

Всем известно, что отопительные установки используют не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива. Потери тепла происходят сразу в несколько направлениях. Одна часть тепла уходит в окружающую среду, другая теряется через корпус котла, а третья (совсем небольшая) пропадает из-за химического или механического недожога.
Такой недожог включает в себя потерю тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами (та зола, которую мы с вами выгребаем из котла).
Тепловой баланс котла - это распределение тепловой энергии, которую котел делит на полезное тепло и теряемое. Полезное тепло - это та энергия, которая направляется на обогрев помещения.
За основную величину прихода тепла берется та, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего используемого в котле топлива.
Если вы применяете твердотопливный котел или котел на жидком топливе, то тепловой баланс вашего котла будет измеряться в килоджоулях на один килограмм потраченного топлива. Если же речь идет о газовом котле, то баланс будет измеряться в кубических метрах. Так же, тепловой баланс всегда можно измерить в процентах.
 
 

Уравнение теплового баланса 

Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:
 
QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
 
где QT — общее количество термического тепла, которое поступило в топку котла;
Q1 — полезное тепло, которое используется для нагрева теплоносителя или получения пара;
Q2 — потери тепла, которое уходит вместе с продуктами горения в атмосферу;
Q3 — потери тепла, связанные с неполным химическим сгоранием;
Q4 — потери тепла из-за механического недожога;
Q5 — потери тепла через стенки котла и труб;
Q6 — потери тепла из-за удаления золы и шлака из топки.
 
Из формулы мы видим, что при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют такие величины Q4 и Q6, так как они соответствуют только твердому топливу.
Если же вам будет проще тепловой баланс рассматривать в процентах от общей теплоты (QT=100%), то его определение будет осуществляться через следующую формулу:
 
100=q1+q2+q3+q4+q5+q6.
 
Если разделить каждый член уравнения теплового баланса из левой и правой части на QT и умножить его на 100, то получится тепловой баланс в процентах от общего поступившего количества тепла:
 
q1=Q1*100/QT;
q2=Q2*100/QT и т.д.
 
Если в котле использовано жидкое или газообразное топливо, то потери q4 и q6 отсутствуют, уравнение теплового баланса котла в процентах принимает вид:
 
100=q1+q2+q3+q5.
 
Теперь, давайте рассмотрим каждый вид тепла и их уравнения поподробнее. 

Полезное тепло (Q1) 

Если тепло используется напрямую для отапливания помещения или нагрева воды с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды, его называют полезным. Экономайзер способствует увеличению полезного тепла, так как он ориентирован на получение тепла из топлива в большей степени.
В период, когда котел работает, в нем усиливается упругость и давление пара, так же от работы котла зависит и конечная температура воды. Соответственно, стандартная температура кипения воды равняется 100°С, но, если перевести котел на усиленный режим работы, то температура кипения возрастет. При этом пар, который в этот момент находится в котле, будет называться насыщенным, а температура кипения у такой воды будет называться температурой насыщения.
Если при образовании пара, в нем не будут присутствовать капли воды, то такой пар принято называть сухим насыщенным паром. Его массовая доля во влажном паре, как правило, составляет от 0 до 0,1%. Если же этот показатель выше, то работа вашего котла осуществляется не в оптимальном режиме.
 
Энтальпия жидкости - это полезное тепло, расходуемое для нагрева одного литра воды от ее нулевой температуры до стандартной температуры кипения в 100°С при одном и том же давлении.
Скрытая теплота парообразования - это тепловая энергия, которая затрачивается для нагрева одного литра воды и перевода ее в пар. Именно сумма показателя энтальпии жидкости и скрытой теплоты парообразования составляет общее значение теплосодержания насыщенного пара.
 

Потери тепла с продуктами горения, уходящими в атмосферу (q2) 

Такие потери, если их перевести в процентное отношение, показывают разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, который поступает в котел.
В зависимости от видов топлива, применяется особая формула, которая позволяет определить степень эти потерь в процентах.
 
При использовании твердого топлива потери q2 составляют:
 
q2=(Iг-αг*Iв)(100-q4)/QT;
 
где Iг — энтальпия уходящих в атмосферу газов (кДж/кг), αг — коэффициент избытка воздуха, Iв — энтальпия воздуха, необходимого для горения, при температуре его поступления в котел (кДж/кг).
 
Показатель q4 вводится в формулу потому, что должно учитываться тепло, выделяемое при физическом сжигании 1 кг топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.
 
При использовании газообразного или жидкого топлива эта же формула имеет вид:
 
q2=(( Iг-αг*Iв)/QT)*100%.
 
В зависимости от типа вашего котла, а так же от того режима, в котором он работает, зависят потери тепла с уходящими газами. Например, если вы топливо в котел загружаете вручную, то тепла потеряете больше, так как оно будет расходоваться на периодический приток свежего воздуха из окружающей среды (из-за открытия дверцы).
Так же потери тепла в атмосферу, уходящие с дымом, растут, если увеличивается их температура и количество расходуемого воздуха. Однако, здесь важно найти баланс, так как и недостаточная температура уходящих продуктов горения тоже вредна, она может привести к образованию конденсата. А конденсат очень опасен для практически всех типов котлов.
 
Количество расходуемого воздуха так же зависит и от типа горелки, установленной на вашем котле и от ее режима работы. Соответственно, если у вас горелка работает на повышенном режиме, то и в уходящих газах будет содержаться большее количество воздуха, что так же приведет к частичной потере тепла. К сожалению, такие потери неизбежны, однако, их можно просто минимизировать.
К настоящему времени приняты стандартные коэффициенты расхода воздуха, которые не должны быть выше следующих значений: 1,08 - для горелок с полной инжекцией, 0,6 - для горелок с неполной инжекцией воздуха, 1,1 - для горелок с принудительной подачей и смешением воздуха и 1,15 - для диффузионных горелок с внешним смешением.
Если вы будете поддерживать расход воздуха на оптимальном уровне, то вы приведете его потери к самому минимальному значению. Чтобы это осуществить, необходимо соблюдать следующие условия:
  • чистить котел (как снаружи, так и внутри);
  • следить за тем, чтобы не появлялась накипь;
  • соблюдать требования к той воде, которая заливается непосредственно в котел;
  • следить за отсутствием повреждений в самом котле и в трубах - это поможет вам минимизировать количество свежего воздуха, который проникнет в систему.

Потери тепла от химического недожога топлива (q3) 

Если в отработанных газах наблюдается присутствие окиси углерода (относится только к твердому топливу) или окиси углерода и метана (относится только к газообразному топливу), это свидетельствует о неполном химическом сгорании топлива в системе.
Причины этого могут быть самые различные: нехватка воздуха, плохое смесеобразование топлива с воздухом, уменьшение температуры либо внутри самого котла, либо при соприкосновении огня со внутренними стенками котла.
Но, излишнее повышение кислорода не даст полной гарантии сжигания топлива и, дополнительно, может даже нарушить правильную работу котла.
Самое хорошее содержание окиси углерода в газах на выходе из топки при t=1400°С должно составлять 0,05%, не выше (в пересчете на сухие газы). При таком показателе теплопотери составят не более 7% (в зависимости от используемого в котле топлива). Потери тепла при нехватке кислорода могут доходить до 25%.
Самым лучшим будет полное отсутствие химического недожога. Этого можно достичь, обеспечив поступление воздуха в топку в нужном количестве, поддерживая температуру внутри котла на постоянной отметке и добиваясь тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом. Работа котла считается самой экономичной, если уровень содержания углекислого газа в продуктах горения, попадающего в атмосферу, находится в пределах 13-15% (в зависимости от типа топлива), не выше. Если ваша отопительная система работает в нормальном режиме, то потери q3 составят 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.
 
 

Потери тепла от физического недожога (q4) 

Такая потеря топлива происходит по тому, что его несгоревшие частицы проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в окружающую среду.
 
Если говорить о физическом недожоге, то его причинами могут служить:
  • конструкция котла;
  • место нахождение его колосников, а так же их форма;
  • уровень силы тяги;
  • состояние топлива и его спекаемости.
Больший недожог происходит именно из-за слоевого сжигания топлива (именно твердого), а так же очень сильной тяги, так как именно по этим причинам, с дымом уходит большое количество несгоревших частиц.
Особенно хорошо это видно, если вы в своем котле применяете неоднородное топливо, то есть то топливо, в котором чередуются мелкие и крупные куски. Конечно, горение таких слоев будет проходить неодинаково, мелкие куски будут сгорать намного быстрее крупных и уноситься с дымом. А в образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает еще горячие крупные куски. Такое топливо в котле покрывается шлаковой коркой и не выгорает полностью.
Потери тепла при механическом недожоге составляют обычно около 1% для пылеугольных топок и до 7,5% для слоевых топок.
 
 

Потери тепла непосредственно через стенки котла (q5) 

Они зависят от используемого котла, конструкции его топки, толщины и качества обмуровки котла и дымоотводных труб, наличия дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте, а так же наличия теплоизолирующего экрана. Если в помещении, где установлен котел, присутствуют сквозняки, то уровень потерь через стенки котла резко возрастет. Однако, если у вас обмуровка котла выполнена хорошо, а так же присутствует экономайзер - вы сможете существенно снизить потери тепловой энергии. Дополнительно, можно выполнить теплоизоляции тех труб, по которым отработанные газы выводятся на улицу. 

Потери тепла из-за удаления золы и шлака (q6) 

Такие потери могут быть только у твердотопливных котлов, в которых применяют кусковое или пылевидное топливо.Если у него происходит недожог, то частицы неостывшего топлива просто попадают в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепловой энергии. Такие потери напрямую зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.
Тепловой баланс котла - это необходимая величина, с помощью которой можно рассчитать оптимальность и экономичность работы вашего котла. По уровню этой величины, всегда можно будет составить список мер, которые помогут вам сэкономить топливо, одновременно с этим увеличив эффективность всех отопительных элементов.
 


Интересные статьи:


Котел настенный Logamax U054-24K
Котел Logano G124-20 WS "RU"
Котел Logano G124-24 WS "RU"
Котел Logano G124-28 WS "RU"
Котел настенный Logamax U054-24
Котел настенный Logamax U052-28K
Котел настенный Logamax U052-24
Котел настенный Logamax U052-24K
Котел настенный Logamax U052-28
Котел настенный Logamax U044-24K


Смотреть все предложения:
Котлы
Газовые котлы


Версия для печати
Версия для печати