- Коэффициент использования тепла или экономичность котла (далее «КИТ» котла) в зависимости от температуры выхлопных газов (продуктов сгорания)
- КИТ котла при разной температуре поступающего в него теплоносителя
- КИТ котла в зависимости от соотношения массы газа к массе воздуха для сгорания.
- КИТ котла в зависимости от температуры поступающего в него для горения воздуха.
- КИТ котла в зависимости от времени непрерывной работы котла (отсутствию «тактования» котла).
- Использование бОльшей доли лучистого тепла в отопительных приборах.
- Общая характеристика котельного агрегата, котельной установки. элементы, входящие в состав котельного агрегата. тракты котла. состав и параметры продуктов сгорания. тепловой баланс котла, страница 12
- Приложение 2
- Расчет выбросов от котельной на газе. образец для использования!
Коэффициент использования тепла или экономичность
котла (далее «КИТ» котла) в зависимости от температуры выхлопных газов
(продуктов сгорания)
В некоторых источниках и рекламе КИТ совершенно напрасно называют КПД
(коэффициентом полезного действия), так как с точки зрения законов физики, КПД
не может быть равен или больше, чем 100%. Даже не специалист в теплотехнике, видя в технических
характеристиках котлов КПД более 100% начинает думать, что его обманывают.
Действительно
КПД не может быть равен 100% или тем более выше 100%. Выше 100% может быть
только коэффициент использования тепла относительно «низшей» теплоты сгорания
топлива, так как традиционно сложилось в Европе и постсоветском пространстве считать теплоту сгорания по «низшей».
Думаю нужно пояснить. При расчете теплоты сгорания топлива различают «высшую» (полную) и «низшую» теплоту
сгорания топлива.
«Низшая» теплота сгорания топлива не учитывает количество тепла, которое образуется при
конденсации водяных паров. Эти водяные пары образуются при сгорании газового
топлива в результате химической реакции присоединения атомов кислорода (из
воздуха) к атомам водорода (из углеводородов газового топлива) с образованием
всем известного Н2О или попросту паров воды.
КИТ неконденсационных котлов может достигать в теории 92% (но в реальности ориентировочно не более 80%) от
«низшей» теплоты сгорания газового топлива (природного газа или сжиженного
пропан-бутана).
КИТ конденсационных
может достигать в реальности ориентировочно до 90-93% от «низшей» теплоты сгорания (в высокотемпературном режиме 80/60 градусов), или 108% от «низшей» теплоты сгорания
газового топлива в низкотемпературном режиме ( 50/30 градусов).
Чем меньше температура выхлопных газов, тем соответственно бОльшее количество
тепла удалось из них получить и направить с систему отопления дома. Соответственно потратить меньше газа на
получение того же нужного количества тепла в дом.
Но есть ограничение на минимальную температуру выхлопных газов для
«атмосферных» котлов. При недостаточной утепленности выхлопной трубы, в
выхлопной трубе может исчезать тяга, а также происходить образование кислотного
конденсата (разрушающего неконденсационные котлы).
В связи с этим приходится часто применять более дорогостоящий многослойный
дымоход из нержавейки с утеплителем внутри (так называемый «сэндвич»), а также дорогостоящий
специальный сифон для удаления кислотного конденсата из дымохода, чтобы
конденсат не стекал в котёл.
Самая низкая температура выхлопных газов у конденсационного котла, работающего
в низкомпературном режиме (режим конденсации) – около 40 градусов. Поэтому у
большинства конденсационных котлов предусмотрено принудительное удаление
продуктов сгорания (турбокотлы) посредством воздушного компрессора (турбины).
КИТ котла
при разной температуре поступающего в него теплоносителя
Чем меньшей температуры в котел поступает теплоноситель, тем больше
разность температур на разных сторонах перегородки теплообменника котла, и тем
эффективнее тепло переходит из выхлопных газов (продуктов сгорания) в
теплоноситель через стенку теплообменника.
Приведу пример с двумя одинаковыми
чайниками, поставленными на одинаковые конфорки газовой плиты. Одна конфорка
включена на максимальное пламя, а другая на среднее. Закипит быстрее тот
чайник, который стоит на максимальном пламени. А почему? Потому, что разность
температур между продуктами сгорания под этими чайниками и температурой воды
для этих чайников будет разная. Соответственно скорость теплообмена при бОльшей
разнице температур будет бОльшей.
Применительно к котлу отопления, мы не можем увеличивать температуру сгорания,
так как это приведет к тому, что большАя часть нашего тепла (продуктов сгорания
газа) будет вылетать через выхлопную трубу в атмосферу. Но мы можем так
спроектировать нашу систему отопления (далее СО), чтобы понизить температуру
теплоносителя, поступающего в котёл, а следовательно, понизить и среднюю
температуру теплоносителя циркулирующего через котёл.
Как правило, наиболее экономичным тепловым режимом работы неконденсационного
котла считают режим 75/60. Т.е. с температурой теплоносителя на подаче (выходе
из котла) 75 градусов, а на обратке (входе в котел) 60 градусов Цельсия.
Ссылка на этот тепловой режим есть в паспорте котла, при указании его КПД
(обычно указывают режим 80/60). Т.е. в другом тепловом режиме, КПД котла будет
уже ниже заявленного в паспорте.
Поэтому современная система отопления должна работать в проектном (например 75/60)
тепловом режиме весь отопительный период, вне зависимости от уличной
температуры, кроме случаев использования уличного датчика температуры (смотрите
ниже). Регулирование же теплоотдачи отопительных приборов (радиаторов) в период
отопительного периода должно осуществляться не посредством изменения
температуры теплоносителя, а посредством изменения величины протока
теплоносителя через отопительные приборы (применение термостатических вентилей
и термоэлементов, т.е. «термоголовок»).
Во избежание образования кислотного конденсата на теплообменнике котла, для
неконденсационного котла температура теплоносителя в его обратке (входе) не
должна быть ниже 58 градусов Цельсия (принимают обычно с запасом, как 60
градусов).
Оговорюсь, что на образование кислотного конденсата также существенное значение оказывает соотношение поступающего в камеру сгорания воздуха и газа. Чем больше избыток воздуха, поступающего в камеру сгорания — тем меньше кислотного конденсата. Но не стоит этому радоваться, так как избыток воздуха приводит к большому перерасходу газового топлива, что в конечном итоге «бьёт нас по карману».
Приведу для примера фото, показывающее, как разрушает теплообменник
котла кислотный конденсат. На фото теплообменник настенного котла Вайлант,
проработавшего всего один сезон в неверно спроектированной системе отопления.
Видна довольно сильная коррозия со стороны обратки (входа) котла.
Для конденсационных же
, кислотный конденсат не страшен. Так как
теплообменник конденсационного котла изготавливается из специальной
качественной легированной нержавеющей стали, которая «не боится» кислотного
конденсата. Также и конструкция конденсационного котла устроена так, что
кислотный конденсат стекает через трубочку в специальную емкость для сбора
конденсата, но не попадает ни на какие электронные узлы и компоненты котла, где
он мог бы повредить эти узлы.
Некоторые конденсационные котлы умеют сами изменять температуру теплоносителя
на своей обратке (входе) за счет плавного изменения процессором котла мощности
циркуляционного насоса. Тем самым увеличивая,
экономность сжигания газа.
Для дополнительной экономии газа, используют подключение датчика уличной
температуры к котлу. Большинство настенных котлов имеют возможность автоматически
менять температуру теплоносителя в зависимости от уличной температуры.
Делается
это для того, чтобы при уличной температуре, которая теплее, чем температура
холодной пятидневки (самые сильные морозы), автоматически понижать температуру
котловой воды. Как писалось выше, это уменьшает расход газа. Но при
использовании неконденсационного котла, важно не забывать о том, что при
изменении температуры котловой воды, температура теплоносителя на обратке
(входе) котла не должна падать ниже 58 градусов, иначе будет образовываться
кислотный конденсат на теплообменнике котла и разрушать котёл.
Для этого при пуско-наладке котла, в режиме
программирования котла, выбирается такая кривая зависимости температуры
теплоносителя от уличной температуры, при которой бы температура теплоносителя
в обратке котла не приводила бы к образованию кислотного конденсата.
Хочу сразу предупредить, что при использовании неконденсационного котла
и пластиковых труб в системе отопления, устанавливать датчик уличной
температуры практически беЗсмысленно. Так как мы можем проектировать для долговременной
службы пластиковых труб температуру на подаче котла не выше 70 градусов ( 74 в
период холодной пятидневки), а во избежание образования кислотного конденсата,
проектировать температуру на обратке котла не ниже 60 градусов.
Эти узкие
«рамки» и делают применение погодозависимой автоматики беЗполезным. Так как такие рамки требуют температуры теплоносителя в интервале 70/ 60. Вот уже при
применении медных или стальных труб в системе отопления, уже появляется смысл
использовать погодозависимую автоматику в системах отопления даже при
использовании неконденсационного котла.
КИТ котла
в зависимости от соотношения массы газа к массе воздуха для сгорания.
Чем полнее сгорает газовое топливо в камере сгорания котла, тем больше
тепла мы сможем получить от сжигания килограмма газа. Полнота же сгорания газа
зависит от соотношения массы газа к массе поступающего в камеру сгорания
воздуха для горения. Это можно сравнить с настройкой карбюратора в двигателе
внутреннего сгорания автомобиля. Чем лучше настроен карбюратор, тем меньше
расход топлива при одной и той же мощности двигателя.
Для регулировки соотношения массы газа к массе воздуха в современных котлах
используется специальное устройство, дозирующее количество подачи газа в камеру
сгорания котла. Его называют газовой арматурой или электронным модулятором
мощности. Основное назначение этого устройства – автоматическое модулирование
мощности котла.
Для этого, при пуско-наладке котла, нужно вручную, настроить давление газа по
дифференциальному манометру на специальных контрольных штуцерах газового
модулятора. Настраивается два уровня давления. Для режима максимальной
мощности, и для режима минимальной мощности.
Методика и инструкция по
проведению настройки изложена обычно в паспорте котла. Дифференциальный
манометр-же можно не покупать, а изготовить из школьной линейки и прозрачной трубочки
от гидроуровня или системы переливания крови. Давление газа в газовой
магистрали очень малое (15-25 мБар), меньше, чем при выдохе человека, поэтому
при отсутствии рядом открытого огня проведение такой настройки безопасно.
К
сожалению, далеко не все сервисники котлов при проведении пуско-наладки котла
производят процедуру настройки давления газа на модуляторе (от лени). Но если
Вам нужно получить максимально экономную по расходу газа работу Вашей системы
отопления, то такую процедуру Вам нужно обязательно произвести.
Также при пуско-наладке котла, нужно по методике и таблице (приводится в паспорте котла) настроить сечение диафрагмы в воздуховодных трубах котла в зависимости от мощности котла и конфигурации (и длины) труб выхлопа и забора воздуха для горения. От правильности выбора этого сечения диафрагмы, также зависит правильность соотношения объема воздуха подаваемого в камеру сгорания к объему подаваемого газа.
Правильное это соотношение обеспечивает наиболее полное сгорание газа в камере сгорания котла. А, следовательно, и сводит к необходимому минимуму потребение котлом газа. Приведу (для примера методики правильной установки диафрагмы) скан из паспорта котла Бакси Нувола 3 Комфорт —
П.С. Некоторые из конденсационных котлов, умеют помимо управления количеством подачи газа в
камеру сгорания, также управлять и количеством воздуха для сгорания. Для этого
в них применяется турбокомпрессор (турбина) мощностью которой (оборотами) управляет процессор
котла. Такое умение котла, даёт нам дополнительную возможность экономить расход газа помимо всех вышеперечисленных мер и способов.
КИТ
котла в зависимости от температуры поступающего в него для горения воздуха.
Также экономность расходования газа зависит от температуры воздуха,
поступающего в камеру сгорания котла. Приведенный в паспорте КПД котла,
справедлив для температуры воздуха поступающего в камеру сгорания котла 20
градусов Цельсия. Это объясняется тем, что при поступлении в камеру сгорания
более холодного воздуха, часть тепла уходит на разогрев этого воздуха.
Котлы бывают «атмосферные», которые забирают воздух для горения из окружающего
пространства (из помещения в котором они установлены) и «турбокотлы» с закрытой
камерой сгорания, в которую воздух поступает принудительно с помощью
турбокомпрессора, расположенного в котле.
Если с «атмосферным» котлом все понятно, то с «турбокотлом» возникают вопросы,
откуда лучше забирать воздух в камеру сгорания. «Турбокотел» устроен так, что
приток воздуха в его камеру сгорания, можно организовать из помещения в котором
он установлен, а можно сразу с улицы (посредством коаксиального дымохода, т.е.
дымохода «труба в трубе»).
К сожалению, у обоих этих способов есть и плюсы и
минусы. При поступлении воздуха из внутренних помещений дома, температура воздуха
для сгорания выше, чем при заборе с улицы, но вся пыль, образующаяся в доме,
прокачивается через камеру сгорания котла, засоряя её. Особенно забивается
пылью и грязью камера сгорания котла при проведении отделочных работ в доме.
Не забывайте, что для безопасной работы «атмосферного» или «турбокотла» с
забором воздуха из помещений дома, необходимо организовать правильную работу
приточной части вентиляции. Например, должны быть установлены и открыты приточные
клапаны на окнах дома.
Также при удалении продуктов сгорания котла вверх через крышу, стоит учесть
стоимость изготовления утепленного дымохода с конденсатоотводчиком.
Поэтому наибольшую популярность (в том числе по финансовым соображениям) приобретают
системы коаксиального дымохода «через стену на улицу». Где по внутренней трубе
выбрасываются выхлопные газы, а по наружной трубе закачивается с улицы воздух
для горения.
КИТ котла
в зависимости от времени непрерывной работы котла (отсутствию «тактования»
котла).
Современные котлы сами подстраивают свою вырабатываемую тепловую мощность,
под тепловую мощность потребляемую системой отопления. Но пределы
автоподстройки мощности ограничены. Большинство неконденсационных котлов могут
модулировать свою мощность примерно от 45 до 100% номинальной мощности.
Если же при этом температура на улице намного теплее, чем в холодную
пятидневку, то может быть ситуация, когда теплопотери дома меньше, чем
минимально возможно вырабатываемая котлом мощность. Например, теплопотери дома
5 кВт, а минимально модулируемая котлом мощность 10 кВт.
Это приведет к
периодическому отключению котла по превышению заданной температуры на его
подаче (выходе). Может случиться так, что котел будет включаться и выключаться
каждые 5 минут. Частое включение/выключение котла называют «тактованием» котла.
Тактование помимо того, что снижает срок службы котла, еще и существенно
повышает расход газа. Сравню расход газа котлом в режиме тактования с расходом
бензина автомобилем. Считайте, что расход газа при тактовании – это езда в
городских пробках по расходу топлива. А непрерывный режим работы котла – это
езда по свободной автотрассе по расходу топлива.
Дело в том, что в процессор котла заложена программа, которая позволяет котлу
при помощи встроенных в него датчиков косвенным образом измерять потребляемую
системой отопления тепловую мощность. И подстраивать вырабатываемую котлом
мощность под эту потребность.
Но на это котлу требуется от 15 до 40 минут в
зависимости от емкости системы. И в процессе подстраивания своей мощности котёл
работает не в оптимальном по расходу газа режиме. Сразу после включения котел
модулирует максимальную мощность и только с течением времени, постепенно методом
аппроксимации выходит на оптимальный расход газа.
Для устранения тактования котла устанавливается комнатный термостат. Его лучше
установить на первом этаже посередине дома и, если в помещении где он
установлен имеется отопительный прибор, то ИК излучение этого отопительного
прибора должно попадать на комнатный термостат в минимуме. Также на этом
отопительном приборе не должен быть установлен термоэлемент (термоголовка) на
термостатическом вентиле.
Многие котлы уже комплектуются выносной панелью управления. Внутри этой панели
управления и расположен комнатный термостат. Причем он электронный и
программируемый по часовым зонам суток и по дням недели. Программирование
температуры в доме по времени суток, по дням недели, и когда уезжаете на несколько
дней, также позволяет очень существенно сэкономить на расходе газа.
Вместо
съемной панели управления на котел устанавливается декоративная заглушка. Для
примера приведу фото съемной панели управления котлом Baxi Luna 3 Komfort,
установленной в холле первого этажа дома, и фото этого же котла установленного
в пристроенной к дому котельной с установленной декоративной заглушкой вместо
панели управления.
Использование бОльшей доли лучистого тепла в отопительных приборах.
Также можно экономить любое топливо, а не только газовое, применяя
отопительные приборы с бОльшей долей лучистого тепла.
Объясняется это тем, что у человека нет возможности чувствовать именно
температуру окружающей среды. Человек может чувствовать только баланс между
получаемым и отдаваемым количеством тепла, но не температуру. Пример. Если мы возьмём руки
алюминиевую болванку с температурой 30 градусов, нам она будет казаться
холодной. Если же мы возьмём в руки кусок пенопласта с температурой -20
градусов, то он будет нам казаться тёплым.
Применительно же к среде, в которой человек находится, при отсутствии
сквозняков, человек не чувствует температуру окружающего воздуха. А только
температуру окружающих его поверхностей. Стен, пола, потолка, мебели. Приведу
примеры.
Пример 1. Когда Вы спускаетесь в
погреб, то через несколько секунд Вам становиться зябко. Но это не от того, что
температура воздуха в погребе, например, 5 градусов (ведь воздух в неподвижном
состоянии является лучшим теплоизолятором, и Вы не могли замерзнуть от
теплообмена с воздухом). А от того, что изменился баланс взаимообмена лучистого
тепла с окружающими поверхностями (Ваше тело имеет температуру поверхности в
среднем 36 градусов, а погреб имеет температуру поверхностей в среднем 5
градусов). Вы начинаете отдавать лучистого тепла намного больше, чем получаете.
Поэтому Вам и становиться холодно.
Пример 2. Когда Вы находитесь в
литейном или сталеплавильном цеху (или просто у большого костра), то Вам
становится жарко. Но это не от того, что высока температура воздуха. Зимой, при
частично выбитых окнах в литейном цеху температура воздуха в цеху может быть
-10 градусов. Но Вам всё равно очень жарко. Почему? Конечно же, температура
воздуха здесь ни причём. Высокая температура поверхностей, а не воздуха
изменяет баланс лучистого теплообмена Вашего тела и окружающей среды. Вы
начинаете получать намного больше тепла, чем излучаете. Поэтому люди,
трудящиеся в литейных и сталеплавильных цехах, вынуждены надевать на себя
ватные штаны, ватники и шапки ушанки. Для защиты не от холода, а от слишком
большой величины лучистого тепла. Чтобы не получить тепловой удар.
Отсюда делаем вывод, который не осознают многие современные специалисты по
отоплению. Что нужно нагревать поверхности окружающие человека, но не воздух.
Когда мы греем только воздух, то сначала воздух поднимается к потолку, а только
потом, опускаясь, воздух нагревает стены и пол за счет конвективного круговорота воздуха в
помещении. Т.е. сначала тёплый воздух поднимается под потолок, нагревая его,
затем по дальней стороне комнаты спускается на пол (и только тогда начинает
нагреваться поверхность пола) и далее по кругу. При таком чисто конвективном способе отопления помещений, возникает некомфортное распределение температуры по помещению. Когда самая высокая температура в помещении на уровне головы, средняя на уровне пояса, и самая низкая на уровне ног. Но Вы наверняка помните пословицу: «Держи голову в холоде, а ноги в тепле!».
Не случайно в СНИПе указано,
что в комфортном доме, температура поверхностей наружных стен и пола не должна
быть ниже средней температуры в помещении более, чем на 4 градуса. Иначе
возникает эффект, что одновременно жарко и душно, но в то же время зябко (в том
числе по ногам). Получается, что в таком доме нужно жить «в трусах и валенках».
Вот так издалека был вынужден привести Вас к осознанию того, какие отопительные
приборы лучше использовать в доме, не только для комфортности, но и для
экономии топлива. Конечно же отопительные приборы, как Вы уже и догадались,
нужно использовать с наибольшей долей лучистого тепла. Давайте посмотрим, какие
отопительные приборы дают нам наибольшую долю лучистого тепла.
Пожалуй, к таким отопительным приборам можно отнести так называемые «тёплые
полы», а также «тёплые стены» (приобретающие всё бОльшую популярность). Но и
среди обычно наиболее распространенных отопительных приборов можно выделить по
наибольшей доле лучистого тепла стальные панельные радиаторы, трубчатые
радиаторы и чугунные радиаторы. Вынужден считать, что наибольшую долю лучистого
тепла дают стальные панельные радиаторы, так как производители таких радиаторов
указывают долю лучистого тепла, а производители трубчатых и чугунных радиаторов
хранят это в тайне. Так же хочу сказать, что получившие в последнее время
алюминиевые и биметаллические «радиаторы» вовсе не имеют права называться
радиаторами. Их так называют только потому, что они такие же секционные, как и
чугунные радиаторы. То есть называют их «радиаторами» просто «по инерции». Но
по принципу своего действия алюминиевые и биметаллические радиаторы нужно
относить к классу конвекторов, а не радиаторов. Так как доля лучистого тепла у
них менее 4-5%.
У панельных же стальных радиаторов доля лучистого тепла варьируется от 50% до
15% в зависимости от типа. Наибольшая доля лучистого тепла у панельных
радиаторов типа 10, у которых доля лучистого тепла 50%. У типа 11 доля
лучистого тепла 30%. У типа 22 доля лучистого тепла 20%. У типа 33 доля
лучистого тепла 15%. Есть еще стальные панельные радиаторы, производимые по так
называемой технологии Х2, например фирмы Керми. Она представляет собой
радиаторы типа 22, в которых теплоноситель проходит сначала по лицевой плоскости
радиатора, а уже только потом по тыльной плоскости. За счет этого увеличивается температура лицевой плоскости радиатора относительно тыльной плоскости, а следовательно и доля
лучистого тепла, так как только ИК излучение лицевой плоскости попадает в помещение.
Уважаемая фирма Керми утверждает, что при использовании
радиаторов сделанных по технологии Х2, потребление топлива уменьшается минимум
на 6%. Конечно же, сам лично не имел возможности в лабораторных условиях
подтвердить или опровергнуть эти цифры, но исходя из законов теплофизики,
применение такой технологии действительно позволяет экономить топливо.
Советую в частном доме или
коттедже использовать стальные панельные радиаторы во всю ширину оконного
проема, в порядке убывания предпочтительности по типам: 10, 11, 21, 22, 33. Когда
величина теплопотерь в помещении, а также ширина оконного проема и высота подоконника не позволяют использовать типы
10 и 11 (не хватает мощности) и требуется применение типа 21 и 22, то при наличии финансовой возможности, посоветую использовать не
обычные типы 21 и 22, а по технологии Х2. Если, конечно, применение технологии Х2 окупится в Вашем случае.
Автор Инчин Владимир Владимирович
Перепечатка не
возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.
Здесь же, в комментариях прошу писать только замечания и предложения к этой статье.
Общая характеристика котельного агрегата, котельной установки. элементы, входящие в состав котельного агрегата. тракты котла. состав и параметры продуктов сгорания. тепловой баланс котла, страница 12
Количество воздуха, подсчитанное по уравнениям горения, называется теоретически
необходимым. Его обозначают 
, относят к
нормальным условиям и измеряют в м3/кг (м3/м3)
топлива.
Теоретически необходимый объема воздуха (при нормальных условиях) в
условиях полного горения, когда каждая молекула горючего элемента
получает необходимое для горения количество кислорода определяется по формулам:
для горения 1 кг твердого и жидкого топлива, м3/кг:
;
для горения 1 м3газообразного топлива, м3/м3:
.
Коэффициент избытка воздуха и присосы воздуха в газоходах.
В топку котельного агрегата для обеспечения полного сжигания топлива
вводят воздух в количестве, большем теоретически необходимого. Это так
называемое действительное количество воздуха, которое обозначают 
, отношение 
называют
коэффициентом избытка воздуха.
Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, его
качества, условий и параметров топливоподготовки, метода сжигания топлива и
конструкции топочного устройства.
Коэффициент α выбирают из условий обеспечения получения максимального КПД
котла при допустимых выбросах окислов азота.
Коэффициент избытка воздуха в топке αт: при камерном сжигании
твердого топлива — 1,2 — 1,25, при сжигании жидкого и газообразного
топлива – 1,05 — 1,1, при слоевом сжигании
твердого топлива — 1,3 — 1,6.
В котлах, работающих под разрежением, в связи с присосами воздуха по ходу
газового тракта коэффициент α увеличивается, и на выходе из котла αух =
αт SDα. Значение Dα
в зависимости от газохода составляет от 0 до 0,2.
Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на
участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным.
При испытании котельных установок коэффициент избытка воздуха
определяется на основании данных анализа продуктов горения. Для этого
используются формулы:
«кислородная» (без учета азота топлива в случае полного горения):
,
где 21 % — начальное содержание
кислорода в воздуха, подаваемом для сжигания топлива; (21 — О2) % — часть его, израсходованная для горения.
«кислородная» в случае неполного горения —
;
«азотной» в случае неполного горения —
;
или «углекислотной» (ориентировочная формула) —
,
где 
, 
,
, 
,
—
содержание кислорода, углекислого газа, водорода, метана и азота в дымовых
газах при действительном α, %; RO2 — суммарное содержание трехатомных газов (СО2
и SO2) при действительном α, %; 
—
содержание RO2 в дымовых газах при a = 1, %,
,
где b — топливная характеристика, зависящая от его состава,
представляет собой отношение расхода кислорода воздуха для окисления
свободного водорода топлива к расходу кислорода для образования сухих
трехатомных газов.
Значения и b определяются по справочной литературе в
зависимости от состава топлива
Состав и объемы продуктов сгорания.
В общем случае объем газообразных продуктов сгорания в топке котла равен
сумме объемов отдельных газов на единицу количества топлива, м3/кг
(м3/м3)
,
где VCO2, VSO2,
VH2O — объемы продуктов
полного сгорания топлива, VСO, VH2, VCmHn — объемы продуктов неполного сгорания, VO2, VN2
— избыточный воздух.
Появление продуктов неполного горения, в первую очередь СО, возможно при
неблагоприятных условиях в топках котлов (например, низком α). С учетом малого
их количества при определении объема топочных газов они могут не учитываться.
Тогда при разделении продуктов сгорания на сухие газы и водяные пары можно
записать
,
где VRO2 — объем трехатомных газов;
Vс.г – объем сухих продуктов сгорания:
.
При полном сгорании топлива газообразные продукты сгорания не содержат
кислорода и состоят из СО2, SO2,
Н2О и N2.
.
Для твердых и жидких топлив объем трехатомных газов определятся на
основании уравнений соответствующих реакций окисления углерода и серы, из
которых может быть найдено удельное количество образующихся оксидов. Например,
при сжигании 1 кг углерода образуется 1,866 м3/кг диоксида углерода.
Исходя из этого, объем трехатомных газов, м3/кг, определяется
по формуле:
.
§
К
вспомогательным механизмам и устройствам КУ относят дымососы и дутьевые вентиляторы,
питательные, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания (при сжигании твердого топлива), мазутное хозяйство
(при сжигании жидкого топлива), газорегуляторную станцию (при сжигании
газообразного топлива), контрольно-измерительные приборы и автоматику.
Поверхности нагрева (нагревательные, испарительные,
пароперегревательные); воздухоподогреватели (регенеративные, рекуперативные);
топка, обмуровка, каркас, арматура и гарнитура. Топочные устройства для
сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива: слоевые (с плотным слоем, с
кипящим слоем), камерные (факельные, циклонные и вихревые).
Элементы, входящие в состав котельного
агрегата.
Основными элементами парового котла являются
поверхности нагрева – теплообменные поверхности, предназначенные для передачи
теплоты от теплоносителя к рабочему телу (воде, пароводяной смеси, пару или
воздуху).
Теплота от продуктов сгорания может
передаваться излучением (радиацией) или конвекцией. В соответствии с этим
различают поверхности нагрева: радиационные, конвективные и
радиационно-конвективные (полурадиационные) (получающие теплоту излучением и
конвекцией примерно в равных количествах).
Поступающая в котельную установку питательная
вода не догрета до кипения. При прохождении по поверхностям нагрева котла она
постепенно нагревается до состояния насыщения, полностью испаряется, полученный
пар перегревается до заданной температуры. Соответственно, по происходящим
процессам преобразования рабочего тела (воды и пара) различают нагревательные,
испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева.
К нагревательным поверхностям относятся
экономайзеры (от англ. economise – экономить) – обогреваемые продуктами
сгорания устройства, предназначенные для подогрева (или для подогрева и
частичного парообразования) воды, поступившей в паровой котел. В соответствии с
этим различают экономайзеры некипящего и кипящего типа.
Экономайзер представляет собой теплообменник,
выполненный из стальных или чугунных гладких или оребренных труб, изогнутых в
виде змеевиков.
Экономайзеры располагают в зоне относительно
невысоких температур в конвективной опускной шахте; они являются конвективными
поверхностями нагрева.
Испарительные поверхности преимущественно располагают в топке, где
развиваются наиболее высокие температуры, или в газоходе сразу за топочной
камерой. Это, как правило, радиационные или радиационно-конвективные
поверхности нагрева – топочные экраны, фестоны, котельные (кипятильные или
конвективные) пучки (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема движения дымовых газов (котел
типа ДЕ-16): I — топливо; II —
воздух; III — дымовые газ; 1 — топка, экранированная топочными
экранами; 2 — фестон; 3 — котельный пучок (коридорное
расположение труб); 4 — дымоход
Топочные экраны (экранные трубы) парового
котла – это поверхности нагрева, состоящие из стальных бесшовных труб,
расположенных на близком расстоянии друг от друга, в один ряд у стен топочной
камеры.
Экраны могут устанавливать и внутри топки, подвергая
двухстороннему облучению, в этом случае они называются двухсветными.
Фестон – полурадиационная поверхность нагрева,
располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами
заднего экрана, разведенными в несколько рядов.
Котельный пучок – это система параллельно
включенных труб конвективной парообразующей поверхности котла, соединенных
общими коллекторами или барабанами.
Коллектор — горизонтально расположенная
труба, к которой приварен ряд или ряды труб топочного экрана, фестона или
пароперегревателя, имеющая больший диаметр, чем трубы подсоединяемых к ней
поверхностей нагрева, и предназначенная для разделения потока рабочего тела на
ряд параллельных потоков или их объединения.
Барабан — горизонтально расположенный
толстостенный полый стальной цилиндр большого диаметра, имеющий ряды отверстий
цилиндрической формы, в которые вварены или завальцованы[1] подводимые к нему трубы.
§
Нижний барабан (нижний коллектор) полностью
заполнен водой с температурой насыщения и кроме объединения труб кипятильного
пучка (топочных экранов) выполняет роль шламоотстойника[2].
Верхний барабан, заполненный кипящей водой
наполовину, кроме объединения труб кипятильного пучка (топочных экранов)
исполняет роль сепаратора потоков пароводяной смеси, поступающей по трубам, на
влажный насыщенный пар и кипящую воду. Из верхней его часть отводится пар в
пароперегреватель или к потребителю, а из нижней часть вода поступает в
опускные трубы контуров циркуляции.
Пароперегревательные поверхности нагрева (или пароперегреватели) состоят
из стальных цельнотянутых труб, изогнутых в виде змеевиков и объединенных
коллекторам, предназначены для перегрева насыщенного пара до требуемой
температуры.
Пароперегреватели могут быть радиационными,
полурадиационными или конвективными.
Радиационные пароперегреватели располагают на
стенах топки или на ее потолке и соответственно называют настенными
радиационными или потолочными.
Полурадиационные пароперегреватели
устанавливают в выходном сечении топки. Как правило, это ширмовые пароперегреватели
– поверхности нагрева, в которых соседние трубы одного ряда отстоят друг от
друга на значительном расстоянии (не менее пяти диаметров трубы).
Конвективные пароперегреватели преимущественно
устанавливают в переходном горизонтальном газоходе или в начале (по ходу газов)
конвективной шахты.
Воздухоподогреватели (рекуперативные и
регенеративные) используются для подогрева дутьевого воздуха.
Рекуперативный (трубчатый) воздухоподогреватель
— теплообменник, в котором теплота от продуктов сгорания
предается воздуху через разделяющую их стенку теплообменной поверхности,
состоит из стального корпуса, тонкостенных труб, двух трубных решеток, к
которым приварены концы труб и двух патрубков – один для подачи холодного
воздуха, другой для выхода горячего.
Регенеративный воздухоподогреватель
–теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется через одни и те же
периодический нагреваемые (продуктами сгорания) и охлаждаемые (воздухом)
теплообменные поверхности. Состоит из металлического корпуса, внутри которого находится
медленно вращающийся (2 – 6 об/мин) ротор с набивкой из стальных гофрированных
листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра для попеременного
прохода воздуха и продуктов сгорания..
Помимо поверхностей нагрева элементами
котельного агрегата являются:
топка — техническое устройство для
организации эффективного сжигания топлива и подачи к нему воздуха;
обмуровка – система огнеупорных и
теплоизоляционных ограждений или конструкций, предназначенных для направления
движения потока дымовых газов в пределах котельного агрегата, уменьшения
тепловых потерь и обеспечения газовой плотности;
каркас – несущая металлическая конструкция,
воспринимающую нагрузку от массы котла с находящимся в нем рабочим телом и
обеспечивающую требуемой взаимное расположение его элементов. На каркасе котла
располагают площадки обслуживания и переходные лестницы;
арматура – устройства, устанавливаемые на
трубопроводах или сосудах для управления потоками воды или пара путем изменения
проходных сечений с помощью перемещения (поворота) рабочего органа (затвора). К
арматуре относят вентили, задвижки, обратные и предохранительные клапаны и
т.п.;
гарнитура – устройства, установленные на
стенках топки и газоходов, которые обеспечивают возможность наблюдения за
топкой и поверхностями нагрева во время работы котельного агрегата, облегчают
проникновение внутрь него и проведение ремонта, к ней относят лазы, лючки,
гляделки, взрывные клапаны и др.
Топочные устройства для сжигания твердого, жидкого и газообразного
топлива.
Топочным устройством
(топкой) называют часть котельного агрегата, которая предназначена для сжигания
топлива с целью получения тепловой энергии.
Общая классификация топочных устройств показана на
рис. 2.2, принципиальные схемы топочных устройств —
на рис. 2.3.
Рис. 2.2. Общая классификация топочных устройств
Приложение 2
Топливо | a | q3, % | q4, % | aун | Гун, | А | |
Вид | Марка | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Топки | |||||||
Антрациты | АМ | 1,35 — 1,55 | 2 | 7 | 0,31 | 50 | 2 |
АС | 1,35 — 1,55 | 2 | 7 | 031 | 50 | 2 | |
Каменные | Неспекающиеся | 1,35 — 1,55 | 5 | 6 | 0,19 — 0,21 | 29 | 3,5 |
Слабоспекающиеся | 1,35 — 1,55 | 3 | 6 | 0,19 — 0,21 | 41 | 3 | |
Тощие | 1,35 — 1,55 | 3 | 6 | 0,19 — 0,21 | 51 | 2,5 | |
Бурые | Ирша-Бородинский | 1,35 — 1,55 | 2 — 3 | 8 | 0,18 — 0,2 | 15 — 20 | 1,6 |
Артемовский | 1,35 — 1,55 | 2 — 3 | 8 | 0,18 — 0,2 | 15 — 20 | 4,2 | |
Челябинский | 1,35 — 1,55 | 2 — 3 | 8 | 0,18 — 0,2 | 15 — 20 | 6,5 | |
Подмосковный | 1,35 — 1,55 | 2 — 3 | 8 | 0,18 — 0,2 | 15 — 20 | 8,9 | |
Топки | |||||||
Антрациты | АРШ | 1,6 | 0,5 | 13 | 0,3 | 30 | 3 |
Каменные | Д | 1,4 — 1,5 | 0,5 | 6 | 0,16 | 30 | 3,5 |
Каменные угли | СС и СС | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 6 | 0,16 | 30 | 3 |
Т | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 6 | 0,16 | 30 | 2,5 | |
Бурые угли | Ирша-Бородинский | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 7 | 0,22 | 20 | 1,6 |
Артемовский | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 7 | 0,15 | 20 | 4,2 | |
Челябинский | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 7 | 0,22 | 20 | 6,5 | |
Подмосковный | 1,4 — 1,5 | 0,5 — 1 | 9 | 0,21 | 20 | 8,9 | |
Топки типа | |||||||
Антрациты | АС | 1,6 | 0,5 — 1 | 13 | 0,25 | 50 | 2 |
Каменные угли | Д | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 6 — 7 | 0,2 — 0,27 | 30 | 3,5 |
СС и ОС | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 6 — 7 | 0,2 — 0,27 | 30 | 3 | |
Т | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 6 — 7 | 0,2 — 0,27 | 30 | 2,5 | |
Ирша-Бородинский | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 6 | 0,25 | 20 | 1,6 | |
Челябинский | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 6 | 0,25 | 20 | 6,5 | |
. | Подмосковный | 1,3 — 1,4 | 0,5 — 1 | 7,5 | 0,19 | 20 | 8,9 |
Примечания: 1. 
— приведенная
зольность топлива, 
(% кг)/ккал.2. При отсутствии в гр. 2 марки сжигаемого топлива значения
показателей рекомендуется выбирать по приведенной зольности 
, интерполируя в пределах «Вид топлива».
3. Топки типа: механическая цепная = 0,1 — 0,15 %; камерная с
сухим шлакоудалением q3 =
0,05 — 0,1 %; с жидким шлакоудалением q3 = 0 (см. прил. 4).
Расчет выбросов от котельной на газе. образец для использования!
Расчет выбросов от котельной на природном газе представлен на конкретном примере водогрейного котла Compact-CA-200 водогрейный. Указанный расчет может пригодится для расчета нормативов допустимых выбросов.
Постепенно в этой статье появятся и расчеты выбросов от котельных, оборудованных другими марками котлов.
Исходные данные:
Вид топлива: природный газ, низшая теплота сгорания: 34.37МДж/м3 Время работы: 5640 часов в год. Расход: за год — 90 тыс. м3; часовой- 0.0795 тыс. м3; секундный -0.02208м3/сек
Котел:Compact-CA-200 водогрейный. Количество в работе: 3. Тип горелки : 3 / двухступенчатого сжигания. Рециркуляция дымовых газов (тип):1 отсутствует. Степень рециркуляции (%) r = 0. Подогрев воздуха:отсутствует tп =20. Наличие режимной карты: есть. Ступенчатый ввод воздуха или доля воздуха, подаваемая помимо горелок (%) δ= 0. Нагрузка котла — принимается равной : 0.9. Объем топочной камеры : 0.179м3. Теплонапряжение топочного объема : 1413кВт/м3. Коэффициент избытка воздуха : 1.3.
Расчет объема дымовых газов, выделяющихся при сжигании природного газа при избытке воздуха в зоне горения,производится по формуле: Vсг = Vr (α — 1) * V — Vв
Значения Vr, V, Vв берутся из таблицы 32 для газопровода Серпухов-Ленинград {1}.
Vr =11.22 V =10 Vв =2.21 Vсг =12.010м3/м3
[adsp-pro-1]
Расчет выбросов загрязняющих веществ.
Оксид углерода.
Расчет проводится по формулам 38, 39 {1}{3}:
Мсо = q3 * R * Qi * B * (1 — q4 / 100) * Кп
где:
q3 — потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, (%) = 0.2,
q4 — потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, (%) = 0,
R — коэффициент, для газа =0.5,
Qi — низшая теплота сгорания топлива, (Мдж/м3),
В — расход топлива, (тыс.м3/год, м3/сек),
Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек Кп = 1 при расчете выбросов в т/год Кп = 0.001.
Мсо = 0.076 г/сек
Мсо =0.30933 т/год.
Оксиды азота.
Расчет суммарного количества проводится по формуле 14 {1}:
М(Nox) = Bр * Qi * K * βk * βt * βα * (1 — βr) * (1 — β) * Кп
где:
Вр — расчетный расход топлива, м3/сек (тыс.м3/год): при работе котла с режимной картой может быть принято Вр=В — фактическому расходу топлива на котел;
К — удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, (г/МДж): для водогрейных котлов:
К = 0,0113 * √Qт 0,03 (формула 16 {1});
Qт — фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, (МВт):
определяется по формуле 17 {1}: Qт = Вр * Qi =0.76
для расчетов т/год Qт = 0.15; Для расчетов г/сек К = 0.0398, для расчетов т/год К = 0.0344
βк — безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки,
для данного типа горелки βк =0.7 βt — безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемому для горения, = 1;
βα- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота: βα =1;
βr — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота: βr = 0,16*√r =0 (формула 21 {1});
β — безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру: β = 0,022 * δ =0 (формула 22 {1});
Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек: Кп = 1 при расчете выбросов в т/год: Кп = 0.001.
М(NOx)= 0.0212 г/сек М(NOx)=0.07451т/год
В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие:
M(NO2) = 0,8 * M(NOx) (формула 12 {1})
M(NO) = (1-0,8) * M(NOx) *µ(NO) / µ(NO2) = 0,13 * M(NOx) (формула 13 {1})
M(NO2)= 0.017 г/сек М(NO2)=0.05961т/год M(NO)= 0.003 г/сек М(NO)=0.009686т/год
Бенз(а)пирен.
Расчет проводится по формуле 53 {1}:
Сбп = 0,000001 * R * (0,13 * q — 5) * Кд * Кр * Кст /[1,3 * e^(3,5 *(α-1))]
где:
q — теплонапряжение топочного объема, кВТ/м3;
Кр — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания = 1;
Кд — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания = 1.25;
Кст- коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания — коэффициент, для газа = 1.
Сбп =1.8E-04мг/м3
Суммарное количество бенз(а)пирена (г/сек, т/год) рассчитывается по уравнению 1 {1}:
Мбп = Сбп’ * V * B * Кп
где:
Кп — коэффициент пересчета: при расчете выбросов в г/сек Кп = 0.000278 при расчете выбросов в т/год Кп = 0.000001
Сбп’ = Сбп* α /1,4 =1.7E-04
Мбп=4.4E-08г/сек Мбп=1.8E-07т/год
Литература:
- Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час, Москва, 1999;
- Методическое письмо НИИ Атмосфера №335/33-07 от 17 мая 2000 г. «О проведении расчетов выбросов вредных веществ в атмосферу по «Методике определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», Санкт-Петербург,2000;
- Изменения к методическому письму НИИ АТМОСФЕРА №335/33-07, 11.09.2001.
Таким образом, по указанному образцу расчета выбросов, образующихся от эксплуатации котельной, работающей на природном газе, используя вышеперечисленную литературу — вы сможете сделать расчет выбросов ЗВ от вашей котельной.
