Wärmebilanz eines Dampfkessels. Kesseleffizienz

Verschiedene Arten Kessel haben unterschiedliche Effizienz liegen zwischen 85 und 110 %. Bei der Auswahl der Kesselausrüstung interessieren sich viele Käufer dafür, wie der Wirkungsgrad 100 % überschreiten kann und wie dieser berechnet wird.

Im Falle von Elektrokessel Der Wirkungsgrad kann wirklich nicht höher als 100 % sein. Nur Kessel, die mit brennbarem Brennstoff betrieben werden, können einen höheren Koeffizienten haben.

Wenn Sie sich an den Chemiekurs in der Schule erinnern, stellt sich heraus, dass bei der vollständigen Verbrennung eines Brennstoffs CO 2 – Kohlenstoff und H 2 O – Wasserdampf, der Energie enthält, zurückbleibt. Bei der Kondensation erhöht sich die Energie des Dampfes, das heißt, es entsteht zusätzliche Energie. Darauf aufbauend wird der Heizwert von Kraftstoff in zwei Konzepte unterteilt: höhere und niedrigere spezifische Verbrennungswärme.

Am niedrigsten- stellt die Wärme dar, die bei der Verbrennung von Kraftstoff entsteht, wenn Wasserdampf zusammen mit der darin enthaltenen Energie in die äußere Umgebung gelangt.

Höherer Brennwert ist Wärme unter Berücksichtigung der im Wasserdampf enthaltenen Energie.

Offiziell (in allen behördlichen Dokumenten) Effizienz, sowohl in Russland als auch in Europa, am niedrigsten berechnet spezifische Wärme Verbrennung. Wenn man aber trotzdem die im Wasserdampf enthaltene Wärme nutzt und die Berechnungen auf der niedrigsten spezifischen Verbrennungswärme basiert, dann ergeben sich in diesem Fall Werte, die über 100 % liegen.

Als Heizkessel werden Kessel bezeichnet, die die Kondensationswärme von Wasserdampf nutzen Kondensation. Und sie haben einen Wirkungsgrad von über 100 %.

Der Unterschied zwischen den niedrigeren und höheren Heizwerten der Brennstoffverbrennung beträgt etwa 11 %. Dieser Wert ist die Grenze, um die der Wirkungsgrad von Kesseln schwanken kann.

Haupteinstellungen

Der Wirkungsgrad kann anhand von zwei Parametern berechnet werden. In Europa wird der Wirkungsgrad üblicherweise anhand der Temperatur der Abgase berechnet. Beispielsweise entsteht bei der Verbrennung eines Kilogramms Kraftstoff eine bestimmte Menge Kilokalorien Wärme, sofern die Temperatur der Abgase und die Umgebungstemperatur gleich sind.

Durch die Messung der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der tatsächlichen Temperatur der Abgase ist es möglich, daraus den Kesselwirkungsgrad zu berechnen.

Um den tatsächlichen Wert zu erhalten, werden grob gesagt die in den Schornstein entweichenden Abgase von 100 % abgezogen.

Rechnen Sie richtig

In der UdSSR und später in Russland wurde eine grundlegend andere Berechnungsmethode übernommen – die sogenannte „ Reverse-Balance-Methode" Es besteht darin, dass der Wärmeverbrauch durch den unteren Heizwert bestimmt wird. Anschließend wird eine Heizung auf das Rohr aufgesetzt und die Menge der darin eingespeisten Wärmeenergie, also der Energieverlust, berechnet. Zur Berechnung des Wirkungsgrades werden die Energieverluste aus der Gesamtwärmemenge berechnet.

Dieser Ansatz zur Bestimmung der Effizienz liefert genauere Indikatoren. Sie wurde als Berechnungsmethode übernommen, weil alle Körper russischer Kessel sehr schlecht wärmeisoliert waren und deshalb bis zu 40 % der Energie durch die Kesselwände entwichen. Je nach Bedarf Regulierungsdokumente In Russland ist es immer noch üblich, die Effizienz mithilfe der Reverse-Balance-Methode zu berücksichtigen. Heutzutage kann diese Methode erfolgreich auf Multi-Megawatt-Kessel in Wärmekraftwerken angewendet werden, deren Brenner nie abschalten.

Vorteile moderner Kessel

Bei modernen Kesseln ist diese Technik jedoch völlig unanwendbar, da sie ein grundlegend anderes Betriebsschema haben. Da die Brenner moderner Heizkessel im Automatikmodus arbeiten: Sie arbeiten 15 Minuten lang und halten dann 15 Minuten lang an, bis die erzeugte Wärme verbraucht ist. Je höher die Außentemperatur, desto länger „steht“ der Brenner und arbeitet weniger. Von einem umgekehrten Gleichgewicht kann in diesem Fall natürlich nicht gesprochen werden.

Ein weiterer Unterschied zwischen modernen Heizkesseln ist das Vorhandensein einer Wärmedämmung. Große Hersteller Produzieren Sie Einheiten höchster Qualität mit bessere Wärmedämmung. Der Wärmeverlust durch die Wände eines solchen Kessels beträgt nicht mehr als 1,5–2 %. Käufer vergessen dies oft, weil sie glauben, dass der Kessel auch den Raum heizt, indem er während des Betriebs Wärme abgibt. Beim Kauf eines modernen Heizkessels ist zu beachten, dass dieser nicht zur Beheizung eines Heizraums bestimmt ist, und bei Bedarf auf den Einbau von Heizkörpern zu achten.

Moderne Wärmeschutztechnologien

Ein guter Stahlkessel hat immer einen höheren Wirkungsgrad. Dies liegt daran, dass Gusseisenkessel im Gegensatz zu Stahlkesseln immer mehr technologische Einschränkungen aufweisen.

Darüber hinaus ist dank der Isolierung moderne Kessel die Wärme perfekt speichern. Selbst zwei Tage nach dem Ausschalten sinkt die Temperatur des Kesselkörpers nur um 20-25 Grad.

Das beste Beispiel für importierte Heizgeräte sind Kesselanlagen, bei denen alle Anforderungen korrekt berücksichtigt werden. Daher sollten Sie nicht versuchen, „das Rad neu zu erfinden“ und einen Kessel aus improvisierten Mitteln zusammenzubauen. Schließlich verfügen Sie bereits über eine große Auswahl an modernsten, vielfältigsten und durchdachtesten Kesseloptionen, die lange und einwandfrei funktionieren, alle in sie gesetzten Erwartungen mehr als erfüllen und, was besonders angenehm ist, Ihre Kosten schonen Kosten!

Unsere Spezialisten helfen Ihnen bei der Auswahl des Kessels und der dazugehörigen Ausrüstung und beraten Sie in technischen Fragen!

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Allgemeine Gleichung der Wärmebilanz einer Kesseleinheit

Das Verhältnis zwischen Wärmeeintrag und -verbrauch in einem Wärmeerzeuger stellt dessen Wärmebilanz dar. Die Ziele der Erstellung einer Wärmebilanz einer Kesselanlage bestehen darin, alle eingehenden und ausgehenden Bilanzposten zu ermitteln; Effizienzberechnung Kesseleinheit, Analyse der Bilanzausgabenpositionen, um die Gründe für die Verschlechterung der Kesseleinheit zu ermitteln.

In einer Kesselanlage wird bei der Verbrennung von Brennstoff die chemische Energie des Brennstoffs in umgewandelt Wärmeenergie Verbrennungsprodukte. Die freigesetzte Wärme des Brennstoffs wird zur Erzeugung der in Dampf oder Heißwasser enthaltenen Nutzwärme und zur Deckung von Wärmeverlusten genutzt.

Gemäß dem Energieerhaltungssatz muss in der Kesseleinheit Gleichheit zwischen ein- und ausgehender Wärme herrschen, d.h.

Bei Kesselanlagen beträgt die Wärmebilanz pro 1 kg festem oder flüssigem Brennstoff oder 1 m 3 Gas unter normalen Bedingungen ( ). Die Einnahmen- und Verbrauchsposten in der Wärmebilanzgleichung haben die Dimensionen MJ/m 3 für gasförmige und MJ/kg für feste und flüssige Brennstoffe.

Die Wärme aus der Brennstoffverbrennung, die in die Kesseleinheit gelangt, wird auch genannt verfügbare Wärme, es wird im Allgemeinen mit bezeichnet. Eingangsteil Die Wärmebilanz wird wie folgt geschrieben:

wo ist der niedrigste Heizwert des festen oder flüssigen Brennstoffs pro Arbeitsmasse, MJ/kg;

Unterer Heizwert von gasförmigem Brennstoff pro Trockengewicht, MJ/m 3 ;

Physikalische Wärme des Kraftstoffs;

Physikalische Wärme der Luft;

Mit Dampf in den Ofen eines Kessels eingebrachte Wärme.

Betrachten wir die Komponenten des eingehenden Teils der Wärmebilanz. Bei den Berechnungen wird die niedrigste Arbeitswärme der Verbrennung angenommen, wenn die Temperatur der den Kessel verlassenden Verbrennungsprodukte höher ist als die Kondensationstemperatur von Wasserdampf (normalerweise tg = 110...120 0 C). Beim Abkühlen von Verbrennungsprodukten auf eine Temperatur, bei der die Kondensation von Wasserdampf auf der Heizfläche möglich ist, sollten Berechnungen unter Berücksichtigung des höheren Heizwerts der Brennstoffverbrennung durchgeführt werden

Die physikalische Wärme des Brennstoffs ist gleich:

Wo Mit t – spezifische Wärmekapazität des Brennstoffs, für Heizöl und für Gas;

T t – Kraftstofftemperatur, 0 C.

Fester Brennstoff hat beim Eintritt in den Kessel normalerweise eine niedrige Temperatur und geht daher gegen Null Q f.t. ist von geringer Bedeutung und kann vernachlässigt werden.

Um die Viskosität zu reduzieren und die Zerstäubung zu verbessern, gelangt Heizöl (flüssiger Brennstoff) auf eine Temperatur von 80...120 0 C erhitzt in den Ofen, sodass seine physikalische Wärme bei der Berechnung berücksichtigt wird. In diesem Fall kann die Wärmekapazität von Heizöl nach folgender Formel ermittelt werden:

Buchhaltung Q f.t. wird nur bei der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff mit niedrigem Heizwert (z. B. Hochofengas) durchgeführt, sofern dieser erhitzt wird (bis zu 200...300 0 C). Bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe mit hohem Heizwert (z. B. Erdgas) besteht ein erhöhtes Verhältnis der Massen von Luft und Gas (ca. 10 1). In diesem Fall wird der Brennstoff – Gas – in der Regel nicht erhitzt.

Physikalische Wärme der Luft Q f.v. wird nur berücksichtigt, wenn es aufgrund einer externen Quelle außerhalb des Kessels erhitzt wird (z. B. in einem Dampferhitzer oder in einem autonomen Heizgerät, wenn darin zusätzlicher Brennstoff verbrannt wird). In diesem Fall ist die durch die Luft eingebrachte Wärme gleich:

wo ist das Verhältnis der Luftmenge am Eingang zum Kessel (Lufterhitzer) zur theoretisch notwendigen;

Enthalpie der theoretisch benötigten, vor dem Lufterhitzer erhitzten Luft, :

,

hier beträgt die Temperatur der erwärmten Luft vor dem Lufterhitzer der Kesseleinheit 0 °C;

Enthalpie der theoretisch benötigten Kaltluft, :

Die bei der Dampfzerstäubung von Heizöl mit Dampf in den Kesselofen eingebrachte Wärme wird in Form der Formel berücksichtigt:

Wo G p – Dampfverbrauch, kg pro 1 kg Brennstoff (zum Dampfversprühen von Heizöl G n = 0,3…0,35 kg/kg);

H n – Dampfenthalpie, MJ/kg;

2,51 ist der ungefähre Wert der Wasserdampfenthalpie in den Verbrennungsprodukten, die die Kesseleinheit verlassen, MJ/kg.

Ohne Erwärmung von Brennstoff und Luft aus externen Quellen beträgt die verfügbare Wärme:

Der Verbrauchsanteil der Wärmebilanz umfasst Nutzwärme Q Boden in der Kesseleinheit, d.h. Wärme, die zur Dampferzeugung aufgewendet wird (bzw heißes Wasser) und anders Wärmeverluste, d.h.

Wo Q u.g. – Wärmeverlust mit Abgasen;

Q h.n. , Q MS. – Wärmeverlust durch chemische und mechanische unvollständige Verbrennung von Kraftstoff;

Q Aber. – Wärmeverlust durch externe Kühlung der Außengehäuse des Kessels;

Q f.sh. – Schlackenverlust durch physikalische Hitze;

Q gem. – Verbrauch (Zeichen „+“) und Bereitstellung (Zeichen „-“) von Wärme im Zusammenhang mit den instationären thermischen Betriebsbedingungen des Kessels. Bei stetigem thermischer Zustand Q gem. = 0.

Also die allgemeine Gleichung für die Wärmebilanz einer Kesseleinheit im stationären Zustand thermischer Modus kann geschrieben werden als:

Wenn beide Seiten der dargestellten Gleichung durch 100 % dividiert und multipliziert werden, erhalten wir:

Wo Komponenten des Ausgabenteils der Wärmebilanz, %.

3.1 Wärmeverlust durch Rauchgase

Bei Rauchgasen entsteht Wärmeverlust, weil die physikalische Wärme (Enthalpie) der Gase, die den Kessel verlassen, eine bestimmte Temperatur hat T u.g. , übersteigt die physikalische Wärme der in den Kessel eintretenden Luft α u.g. und Treibstoff Mit T T t. Die Differenz zwischen der Enthalpie der Abgase und der in den Kessel eintretenden Wärme mit Luft aus der Umgebung α u.g. , stellt den Wärmeverlust mit Abgasen dar, MJ/kg oder (MJ/m 3):

.

Unter den Wärmeverlusten des Kessels nimmt der Wärmeverlust mit Rauchgasen in der Regel den größten Platz ein und beträgt 5...12 % der verfügbaren Wärme des Brennstoffs. Diese Wärmeverluste hängen von der Temperatur, dem Volumen und der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte ab, die wiederum von den Ballastbestandteilen des Brennstoffs abhängen:

Das die Qualität des Brennstoffs charakterisierende Verhältnis zeigt die relative Ausbeute an gasförmigen Verbrennungsprodukten (bei α = 1) pro Verbrennungswärmeeinheit des Brennstoffs und hängt vom Gehalt an Ballastbestandteilen (Feuchtigkeit) darin ab W r und Asche A r für feste und flüssige Brennstoffe, Stickstoff N 2, Kohlendioxid CO 2 und Sauerstoff UM 2 für gasförmigen Kraftstoff). Mit zunehmendem Gehalt an Ballastbestandteilen im Kraftstoff nimmt auch der Wärmeverlust mit den Abgasen entsprechend zu.

Eine Möglichkeit, den Wärmeverlust bei Rauchgasen zu reduzieren, besteht darin, den Luftüberschusskoeffizienten in den Rauchgasen zu reduzieren α ug, der vom Luftströmungskoeffizienten im Ofen und der in die Kesselabzüge gesaugten Ballastluft abhängt, die normalerweise unter Vakuum stehen:

Möglichkeit der Reduzierung α , hängt von der Art des Brennstoffs, der Art seiner Verbrennung, der Art der Brenner und der Zerkleinerungsvorrichtung ab. Bei Bevorzugte Umstände Durch die Mischung von Brennstoff und Luft kann der für die Verbrennung benötigte Luftüberschuss reduziert werden. Bei der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff wird ein Luftüberschusskoeffizient von 1,1 angenommen, bei der Verbrennung von Heizöl = 1,1...1,15.

Die Luftansaugung durch den Gasweg des Kessels kann im Grenzfall auf Null reduziert werden. Eine vollständige Abdichtung der Rohrdurchführungsstellen durch die Auskleidung sowie die Abdichtung von Luken und Gucklöchern ist jedoch schwierig und beträgt praktisch = 0,15..0,3.

Ballastluft in den Verbrennungsprodukten erhöht zusätzlich den Wärmeverlust Q u.g. führt auch zu zusätzlichen Energiekosten für den Rauchabzug.

Ein weiterer wichtiger Faktor, der den Wert beeinflusst Q t.g. ist die Temperatur der Rauchgase T u.g. . Seine Reduzierung wird durch den Einbau wärmeverbrauchender Elemente (Economizer, Lufterhitzer) im hinteren Teil des Kessels erreicht. Je niedriger die Temperatur der Abgase und dementsprechend je geringer der Temperaturunterschied zwischen den Gasen und dem erhitzten Arbeitsmedium (z. B. Luft) ist, desto größer ist die Heizfläche, um die Verbrennungsprodukte abzukühlen.

Eine Erhöhung der Temperatur der Rauchgase führt zu einer Erhöhung der Verluste Q u.g. und folglich zu zusätzlichen Brennstoffkosten, um die gleiche Menge Dampf oder heißes Wasser zu erzeugen. Deswegen optimale Temperatur T u.g. wird auf der Grundlage technischer und wirtschaftlicher Berechnungen beim Vergleich der fertigen Investitionskosten für den Bau einer Heizfläche und der Brennstoffkosten ermittelt (Abb. 3.).

Darüber hinaus kann es beim Betrieb des Kessels zu einer Verunreinigung der Heizflächen durch Ruß und Brennstoffasche kommen. Dies führt zu einer Verschlechterung des Wärmeaustausches der Verbrennungsprodukte mit der Heizfläche. Gleichzeitig ist es zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Dampfleistung erforderlich, den Brennstoffverbrauch zu erhöhen. Die Drift der Heizflächen führt auch zu einer Widerstandserhöhung im Gasweg des Kessels. Um den normalen Betrieb des Geräts sicherzustellen, ist in diesem Zusammenhang eine systematische Reinigung seiner Heizflächen erforderlich.

3.2 Wärmeverlust durch chemische unvollständige Verbrennung

Wärmeverlust durch chemische unvollständige Verbrennung (chemische Unterverbrennung) tritt auf, wenn Brennstoff in der Brennkammer unvollständig verbrannt wird und in den Verbrennungsprodukten brennbare gasförmige Komponenten auftreten – CO, H2, CH4, CmHn usw. Die Nachverbrennung dieser brennbaren Gase außerhalb von Feuerstellen erfolgt aufgrund ihrer relativ niedrigen Temperatur nahezu unmöglich.

Die Ursachen einer unvollständigen chemischen Verbrennung können sein:

allgemeiner Luftmangel;

schlechte Gemischbildung, insbesondere auf Anfangsstadien Kraftstoffverbrennung;

· niedrige Temperatur im Brennraum, insbesondere im Bereich der Kraftstoffverbrennung;

· unzureichende Verweilzeit des Brennstoffs in der Brennkammer chemische Reaktion Die Verbrennung kann nicht vollständig abgeschlossen werden.

Wenn eine ausreichende Luftmenge für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs und eine gute Gemischbildung vorhanden ist, hängen die Verluste von der volumetrischen Dichte der Wärmefreisetzung im Ofen, MW/m3, ab:

Wo IN– Kraftstoffverbrauch, kg/s;

V t – Volumen des Feuerraums, m3.

Reis. 14.9 Abhängigkeit des Wärmeverlusts von der chemischen Unvollständigkeit der Verbrennung q x.n, %, aus der volumetrischen Dichte der Wärmefreisetzung im Ofen q v, MW/m 3 .

Die Art der Abhängigkeit ist in Abb. 4 dargestellt. . Im Bereich niedriger Werte (linke Seite der Kurve), d.h. Bei niedrigem Kraftstoffverbrauch B erhöhen sich die Verluste aufgrund eines Absinkens des Temperaturniveaus im Brennraum. Eine Erhöhung der volumetrischen Dichte der Wärmefreisetzung (bei steigendem Brennstoffverbrauch) führt zu einer Erhöhung des Temperaturniveaus im Ofen und zu einer Senkung

Bei Erreichen eines bestimmten Niveaus mit weiterem Anstieg des Brennstoffverbrauchs (rechte Seite der Kurve) beginnen die Verluste jedoch wieder zu steigen, was mit einer Verkürzung der Verweilzeit der Gase im Ofenvolumen und damit verbunden ist Unmöglichkeit, die Verbrennungsreaktion abzuschließen.

Der optimale Wert, bei dem die Verluste minimal sind, hängt von der Art des Brennstoffs, der Art seiner Verbrennung und der Konstruktion des Ofens ab. Bei modernen Verbrennungsgeräten beträgt der Wärmeverlust durch chemisch unvollständige Verbrennung 0...2 % at .bei der Verbrennung fester und flüssiger Brennstoffe:

bei der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff:

Bei der Entwicklung wertmindernder Maßnahmen ist zu berücksichtigen, dass ggf. Bedingungen für das Erscheinungsbild von Produkten vorliegen unvollständige Verbrennung Es entsteht zunächst CO als am schwersten zu verbrennende Komponente, dann H 2 und andere Gase. Daraus folgt: Wenn in den Verbrennungsprodukten kein CO enthalten ist, ist in ihnen auch kein H 2 enthalten.

Koeffizient nützliche Aktion Kesseleinheit

Effizienzfaktor Die Kesseleinheit ist das Verhältnis der zur Erzeugung von Dampf (oder Heißwasser) verbrauchten Nutzwärme zur verfügbaren Wärme der Kesseleinheit. Allerdings wird nicht die gesamte von der Kesseleinheit erzeugte Nutzwärme an die Verbraucher abgegeben; ein Teil der Wärme wird für den Eigenbedarf verwendet. Vor diesem Hintergrund wird der Wirkungsgrad einer Kesselanlage durch die erzeugte Wärme (Wirkungsgrad – brutto) und durch die abgegebene Wärme (Wirkungsgrad – netto) unterschieden.

Aus der Differenz zwischen erzeugter und abgegebener Wärme wird der Verbrauch für Hilfsbedarfe ermittelt. Für den Eigenbedarf wird nicht nur Wärme verbraucht, sondern auch elektrische Energie (z. B. zum Antrieb eines Rauchabzugs, Ventilators, Förderpumpen, Brennstoffversorgungsmechanismen), d. h. Der Verbrauch für den Eigenbedarf umfasst den Verbrauch aller Arten von Energie, die für die Erzeugung von Dampf oder Warmwasser aufgewendet werden.

Der Bruttowirkungsgrad einer Kesseleinheit charakterisiert also den Grad ihrer technischen Perfektion und der Nettowirkungsgrad charakterisiert die kommerzielle Rentabilität.

Der Wirkungsgrad – Bruttokesseleinheit kann entweder durch die direkte Bilanzgleichung oder durch die umgekehrte Bilanzgleichung bestimmt werden.

Nach der direkten Bilanzgleichung:

Beispielsweise beträgt die genutzte Nutzwärme bei der Herstellung von Wasserdampf ( siehe Frage 2) :

Dann

Aus dem dargestellten Ausdruck können Sie eine Formel zur Bestimmung des erforderlichen Kraftstoffverbrauchs in kg/s (m 3 /s) erhalten:

Gemäß der umgekehrten Gleichgewichtsgleichung:

Die Bestimmung des Bruttowirkungsgrads mithilfe der direkten Bilanzgleichung erfolgt hauptsächlich bei der Berichterstattung für einen separaten Zeitraum (zehn Tage, Monat) und gemäß der umgekehrten Bilanzgleichung – beim Testen von Kesseleinheiten. Die Berechnung des Wirkungsgrades mithilfe der Umkehrbilanz ist viel genauer, da die Fehler bei der Messung von Wärmeverlusten geringer sind als bei der Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs.

Die Nettoeffizienz wird durch den Ausdruck bestimmt:

Wo ist der Energieverbrauch für den Eigenbedarf, %?

Um die Effizienz von Kesselanlagen zu verbessern, reicht es daher nicht aus, die Wärmeverluste zu reduzieren. Es ist auch notwendig, die Kosten für Heizung und Heizung auf jede erdenkliche Weise zu senken elektrische Energie für den Eigenbedarf, der durchschnittlich 3...5 % der der Kesseleinheit zur Verfügung stehenden Wärme ausmacht. Der Wirkungsgrad der Kesseleinheit hängt von ihrer Belastung ab. Um die Abhängigkeit aufzubauen, müssen Sie nacheinander alle Verluste der Kesseleinheit, die von der Last abhängen, von 100 % abziehen, d. h.

Der Wirkungsgrad einer Kesseleinheit oder der Wirkungsgrad einer Kesseleinheit ist das Verhältnis der in der Kesseleinheit verbrauchten Wärmemenge zur im Brennstoff verbrauchten Wärmemenge. Ein Teil des in der Kesselanlage erzeugten Dampfes wird direkt für den Eigenbedarf verwendet, beispielsweise für Förderpumpen, Gebläseventilatoren, Rauchabzüge und Blasheizflächen. Unter Berücksichtigung dieser Kosten wird das Konzept eingeführt Nettowirkungsgrad der Kesseleinheit.

Wärme, die in der Kesseleinheit zur Erzeugung von Dampf oder Heißwasser verwendet wird,

Wo IN - stündlicher Kraftstoffverbrauch, kg/h (m3/h);

D- stündliche Produktivität der Kesseleinheit, kg/Stunde;

Q k.a – die Wärmemenge, die in der Kesseleinheit an Wasser übertragen wird, um es in Dampf umzuwandeln oder heißes Wasser zu erzeugen, bezogen auf 1 kg Dampf oder Wasser, kJ/kg (kcal/kg);

ŋ k.a - Effizienz der Kesseleinheit.

Für eine Kesseleinheit, die Sattdampf erzeugt

Wo ich" - Enthalpie von gesättigtem Dampf;

i p.v – Enthalpie des Speisewassers;

q pr- der Kesseleinheit mit dem Abschlämmwasser entzogene Wärmemenge, kJ/kg (kcal/kg); gewöhnlich q pr= (0,01-0,02) · ich", Wo ich" - Wärmeinhalt von Wasser bei der Temperatur t n.

Für eine Warmwasserboilereinheit, die Warmwasser produziert

Wo ich 1 - Enthalpie des in den Kessel eintretenden Wassers; ich 2 ist die Enthalpie des Wassers, das den Kessel verlässt.

Wenn die erzeugte Dampfmenge und ihre Enthalpie sowie der stündliche Brennstoffverbrauch und die Verbrennungswärme des Brennstoffs bekannt sind, kann der Wirkungsgrad der Kesseleinheit in % bestimmt werden:

Für moderne Kesselanlagen der Wert Q 1, abhängig von der Dampfleistung der Kesseleinheit, der Temperatur der Abgase, der Art des verbrannten Brennstoffs und der Art seiner Verbrennung, kann bei Kesseleinheiten kleiner Kapazität in einem sehr weiten Bereich von 75 bis 80 % schwanken, bei dem feste Brennstoffe in Schichtöfen verbrannt werden, und bis zu 91-95 % bei großen Kesselanlagen mit Fackelbrennstoffverbrennung. Die höchsten Wirkungsgrade werden bei Kesselanlagen erzielt, die mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen betrieben werden.

Bei Kesselanlagen mit kleiner Leistung liegt der Wärmeverlust zwischen 20 und 25 %, bei großen zwischen 5 und 9 %. Die Hauptwärmeverluste sind Verluste mit Rauchgasen Q 2

Beispiel.

Bestimmen Sie den Wirkungsgrad der Kesseleinheit und schätzen Sie die Wärmeverluste der Kesseleinheit bei einer Dampfkapazität von Q = 10 Tonnen/Stunde mit Dampfparametern: Druck P= 1,4 MPa (14 kgf/cm2) und Temperatur t = 197,3°C. Stündlicher Brennstoffverbrauch 1500 kg, Speisewassertemperatur 100°C, Brennstoffverbrennungswärme Q p N = 20647 kJ/kg (4916 kcal/kg). Die Wärmeverluste der Kesseleinheit werden anhand der in den entsprechenden Abschnitten angegebenen Durchschnittswerte bewertet. GrößeQ PR ( Wärmemenge, die der Kesseleinheit mit Abschlämmwasser entzogen wird) gleich 0 nehmen.

Gemäß Tabelle und angegebenen Dampfparametern: Druck R und Temperatur T Wir finden seine Enthalpie ~ 2790 kJ/kg (666 kcal/kg). Bei 100 °C beträgt der Wärmeinhalt des Speisewassers etwa 419 kJ/kg (100 kcal/kg). Daher beträgt die von 1 kg Dampf aufgenommene Wärme gemäß der FormelQ Zu

. A= 2790 - 419 = 2371 kJ/kg ( Q Zu . a = 666 - 100 = 566 kcal/kg).

Der Wirkungsgrad der Kesseleinheit gemäß der Formel

Die Menge an Wärmeverlust

Σ q i = 100 - ŋ k.a = 100 - 76,8 = 23,2 %. Basierend auf Durchschnittswerten Q 2 ,Q 3 , Q 4 angegeben in § Wärmebilanz der Kesseleinheit, finden wir Q 2 = 12,5%, Q 3 = 1%, Q 4 = 6,25 %. Folglich ist die Höhe der Verluste in Umfeld Q 5 = Σ Qi- Q 2 - Q 3 - Q 4 = 23,2 - 12,5 - 1 - 6,25 = 3,45%. ,

KESSEL-EFFIZIENZKOEFFIZIENT

(Kesselwirkungsgrad) – das Verhältnis der Wärmemenge, die auf das Kesselwasser übertragen wird, um es bei der Verbrennung in Dampf umzuwandeln 1 kg Treibstoff, zu schätzen Heizwert Brennstoff, d.h. die Wärmemenge, die bei der Verbrennung freigesetzt wird vollständige Verbrennung 1 kg Kraftstoff. Der Wirkungsgrad von Kesseln erreicht Werte in der Größenordnung von 0,60 bis 0,85.

Samoilov K. I. Meereswörterbuch. - M.-L.: Staatlicher Marineverlag des NKVMF der UdSSR, 1941

Sehen Sie, was „KESSEL-EFFIZIENZKOEFFIZIENT“ in anderen Wörterbüchern ist:

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Effizienz- 3.1 Effizienzfaktor: Ein Wert, der die Perfektion der Prozesse der Umwandlung, Umwandlung oder Übertragung von Energie charakterisiert, das ist das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie. [GOST R 51387, Anhang A] Quelle... Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

Das Verhältnis der aufgewendeten Nutzarbeit bzw. aufgenommenen Energie zur gesamten aufgewendeten Arbeit bzw. verbrauchten Energie. Beispielsweise ist der Wirkungsgrad eines Elektromotors das Verhältnis zum mechanischen. die Leistung, die es an den ihm zugeführten Strom abgibt. Leistung; ZU.… … Technisches Eisenbahnwörterbuch

Die Anfrage nach „KPD“ wird hierher weitergeleitet; siehe auch andere Bedeutungen. Der Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) ist ein Merkmal für die Effizienz eines Systems (Gerät, Maschine) in Bezug auf die Umwandlung oder Übertragung von Energie. Bestimmt durch die Einstellung nützlich... ... Wikipedia

Effizienz h- 3,7 Wirkungsgrad h, %: Das Verhältnis von nutzbarer Ausgangsleistung zu zugeführter Wärme. Quelle … Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

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Schaffen Sie eine gemütliche und behagliche Atmosphäre Landhaus ganz einfach – Sie müssen nur das Heizsystem richtig ausrüsten. Der Hauptbestandteil einer effizienten und zuverlässigen Heizsystem ist der Kessel. Im folgenden Artikel werden wir darüber sprechen, wie man den Wirkungsgrad eines Heizkessels berechnet, welche Faktoren ihn beeinflussen und wie man den Wirkungsgrad von Heizgeräten in einem bestimmten Haus steigert.

So wählen Sie einen Kessel aus

Um zu bestimmen, wie effizient ein bestimmter Warmwasserkessel sein wird, ist es natürlich notwendig, seinen Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) zu bestimmen. Dieser Indikator stellt das Verhältnis der zur Beheizung des Raumes aufgewendeten Wärme zur gesamten erzeugten Wärmeenergie dar.

Die Formel zur Berechnung der Effizienz sieht folgendermaßen aus:

ɳ=(Q 1 ÷Q ri),

wobei Q 1 effizient genutzte Wärme ist;

Q ri – Gesamtmenge der abgegebenen Wärme.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Kesselwirkungsgrad und Belastung?

Auf den ersten Blick mag es scheinen, dass der Kessel umso besser arbeitet, je mehr Brennstoff verbrannt wird. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Abhängigkeit der Effizienz Der Kessel aus der Last zeigt genau das Gegenteil. Je mehr Kraftstoff verbrannt wird, desto mehr Wärmeenergie wird freigesetzt. Gleichzeitig erhöht sich auch der Wärmeverlust, da Schornstein stark erhitzte Rauchgase entweichen. Folglich wird Kraftstoff ineffizient verbraucht.

Ähnlich verhält es sich, wenn der Heizkessel mit reduzierter Leistung arbeitet. Bei einer Unterschreitung der empfohlenen Werte um mehr als 15 % kommt es zu einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs und der Menge Rauchgase wird steigen. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad des Kessels erheblich. Deshalb sollten Sie sich an die empfohlenen Kesselleistungen halten – sie sind darauf ausgelegt, die Anlage möglichst effizient zu betreiben.

Berechnung der Effizienz unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren

Die obige Formel eignet sich nicht vollständig zur Beurteilung der Effizienz von Geräten, da es sehr schwierig ist, die Kesseleffizienz unter Berücksichtigung nur zweier Indikatoren genau zu berechnen. In der Praxis wird bei der Auslegung eine andere, vollständigere Formel verwendet, da nicht die gesamte erzeugte Wärme zur Erwärmung des Wassers im Heizkreislauf genutzt wird. Beim Betrieb des Kessels geht eine gewisse Wärmemenge verloren.

Eine genauere Berechnung des Kesselwirkungsgrades erfolgt mit der folgenden Formel:

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

q 2 – Wärmeverlust durch austretende brennbare Gase;

q 3 – Wärmeverlust infolge unvollständiger Verbrennung von Verbrennungsprodukten;

q 4 – Wärmeverlust durch Unterverbrennung des Brennstoffs und Ascheausfällung;

q 5 – verursachte Verluste externe Kühlung Gerät;

q 6 – Wärmeverlust zusammen mit der aus dem Ofen entfernten Schlacke.

Wärmeverlust beim Entfernen brennbarer Gase

Die größten Wärmeverluste entstehen durch die Ableitung brennbarer Gase in den Schornstein (q 2). Der Wirkungsgrad des Kessels hängt maßgeblich von der Verbrennungstemperatur des Brennstoffs ab. Der optimale Temperaturdruck am kalten Ende des Warmwasserbereiters wird bei einer Erwärmung auf 70–110 °C erreicht.

Wenn die Temperatur der brennbaren Abgase um 12–15 °C sinkt, erhöht sich der Wirkungsgrad des Warmwasserkessels um 1 %. Um jedoch die Temperatur der Abgasverbrennungsprodukte zu senken, ist es notwendig, die beheizten Oberflächen und damit die gesamte Struktur insgesamt zu vergrößern. Außerdem beim Abkühlen Kohlenmonoxid die Gefahr von Kältekorrosion steigt.

Die Temperatur von Kohlenmonoxid hängt unter anderem auch von der Qualität und Art des Brennstoffs sowie der Erwärmung der in den Feuerraum eintretenden Luft ab. Die Temperaturen der einströmenden Luft und der austretenden Verbrennungsprodukte hängen von der Art des Brennstoffs ab.

Um die Wärmeverlustrate bei Rauchgasen zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:

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

T 1 – Temperatur der evakuierten brennbaren Gase an der Stelle hinter dem Überhitzer;

T 3 – Temperatur der in den Ofen eintretenden Luft;

21 – Sauerstoffkonzentration in der Luft;

O 2 – Sauerstoffmenge in den Abgasverbrennungsprodukten am Kontrollpunkt;

A 2 und B sind Koeffizienten aus einer speziellen Tabelle, die von der Kraftstoffart abhängen.

Chemische Unterverbrennung als Wärmeverlustquelle

Bei der Berechnung der Effizienz wird der Indikator q 3 verwendet Gas Boiler B. beim Heizen oder bei der Verwendung von Heizöl. Bei Gaskesseln beträgt der Wert von q 3 0,1-0,2 %. Bei einem leichten Luftüberschuss bei der Verbrennung beträgt dieser Wert 0,15 %, bei einem deutlichen Luftüberschuss wird er überhaupt nicht berücksichtigt. Bei der Verbrennung eines Gasgemisches unterschiedlicher Temperatur beträgt der Wert von q 3 jedoch 0,4–0,5 %.

Wenn das Heizgerät mit Festbrennstoff betrieben wird, wird der Indikator q 4 berücksichtigt. Insbesondere für Anthrazitkohle beträgt der Wert q 4 = 4-6 %, Halbanthrazit zeichnet sich durch 3-4 % Wärmeverlust aus, bei der Verbrennung von Steinkohle entstehen jedoch nur 1,5-2 % Wärmeverlust. Für die flüssige Schlackenentfernung verbrannter Kohle mit geringer Reaktion kann der Wert von q4 als minimal angesehen werden. Bei der Entfernung von Schlacke in fester Form steigt der Wärmeverlust jedoch bis zum Höchstwert an.

Wärmeverlust durch externe Kühlung

Solche Wärmeverluste q5 betragen in der Regel nicht mehr als 0,5 % und werden mit steigender Leistung der Heizgeräte noch weiter reduziert.

Dieser Indikator steht im Zusammenhang mit der Berechnung der Dampfleistung der Kesselanlage:

• Vorausgesetzt, dass die Dampfleistung D im Bereich von 42-250 kg/s liegt, beträgt der Wärmeverlustwert q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
• Wenn der Wert der Dampfproduktion D 250 kg/s übersteigt, wird der Wärmeverlust mit 0,2 % angenommen.

Wärmeverlust durch Schlackenentfernung

Der Wärmeverlustwert q6 ist nur für die flüssige Schlackenentfernung von Bedeutung. Aber in Fällen, in denen Schlacke aus der Brennkammer entfernt wird fester Brennstoff, Wärmeverluste q6 werden bei der Berechnung des Wirkungsgrades von Heizkesseln nur dann berücksichtigt, wenn sie mehr als 2,5Q betragen.

So berechnen Sie den Wirkungsgrad eines Festbrennstoffkessels

Selbst bei optimaler Auslegung und hochwertigem Brennstoff kann der Wirkungsgrad von Heizkesseln nicht 100 % erreichen. Ihr Betrieb ist zwangsläufig mit gewissen Wärmeverlusten verbunden, die sowohl durch die Art des verbrannten Brennstoffs als auch durch die Anzahl der Brennstoffe verursacht werden externe Faktoren und Bedingungen. Um zu verstehen, wie die Berechnung des Wirkungsgrades eines Festbrennstoffkessels in der Praxis aussieht, geben wir ein Beispiel.

Der Wärmeverlust beim Entfernen von Schlacke aus der Brennstoffkammer beträgt beispielsweise:

q 6 =(A shl ×Z l ×A r)÷Q ri,

Dabei ist A Schlacke der relative Wert der aus dem Ofen entfernten Schlacke im Verhältnis zum Volumen des geladenen Brennstoffs. Bei sachgemäßer Nutzung des Kessels beträgt der Anteil der Verbrennungsabfälle in Form von Asche dann 5-20 % gegebener Wert kann 80-95 % betragen.

З l – thermodynamisches Potenzial der Asche bei einer Temperatur von 600 ℃ in normale Bedingungen entspricht 133,8 kcal/kg.

A p ist der Aschegehalt des Brennstoffs, der auf Basis der Gesamtmasse des Brennstoffs berechnet wird. IN verschiedene Arten Der Aschegehalt liegt zwischen 5 % und 45 %.

Q ri ist die minimale Menge an Wärmeenergie, die bei der Kraftstoffverbrennung erzeugt wird. Die Wärmekapazität liegt je nach Brennstoffart zwischen 2500 und 5400 kcal/kg.

IN in diesem Fall unter Berücksichtigung der angegebenen Werte beträgt der Wärmeverlust q 6 0,1-2,3 %.

Der Wert von q5 hängt von der Leistung und Auslegungsleistung des Heizkessels ab. Arbeit moderne Installationen Mit geringer Strom, die sehr häufig zur Beheizung von Privathäusern eingesetzt werden, ist in der Regel mit solchen Wärmeverlusten im Bereich von 2,5-3,5 % verbunden.

Der mit der mechanischen Unterverbrennung von Festbrennstoff q 4 verbundene Wärmeverlust hängt weitgehend von seiner Art sowie von ab Design-Merkmale Kessel Sie liegen zwischen 3 und 11 %. Dies ist eine Überlegung wert, wenn Sie nach einer Möglichkeit suchen, Ihren Heizkessel effizienter arbeiten zu lassen.

Chemisches Unterbrennen Die Kraftstoffmenge hängt normalerweise von der Luftkonzentration im brennbaren Gemisch ab. Solche Wärmeverluste q 3 betragen üblicherweise 0,5-1 %.

Höchster Prozentsatz Wärmeverlust q 2 ist mit dem Verlust von Wärme zusammen mit brennbaren Gasen verbunden. Dieser Indikator wird von der Qualität und Art des Brennstoffs, dem Grad der Erwärmung brennbarer Gase sowie den Betriebsbedingungen und der Konstruktion des Heizkessels beeinflusst. Mit einer optimalen thermischen Auslegung von 150 °C, evakuierbar Kohlenmonoxid sollte auf eine Temperatur von 280 ℃ erhitzt werden. In diesem Fall beträgt dieser Wärmeverlustwert 9-22 %.

Summiert man alle aufgeführten Verlustwerte, erhält man den Effizienzwert ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Das bedeutet, dass ein moderner Heizkessel nur mit 85-90 % Leistung betrieben werden kann. Alles andere dient der Sicherstellung des Verbrennungsprozesses.

Beachten Sie, dass es nicht einfach ist, so hohe Werte zu erreichen. Dazu müssen Sie die Auswahl des Kraftstoffs kompetent angehen und die Ausrüstung damit ausstatten optimale Bedingungen. Hersteller geben in der Regel an, mit welcher Belastung der Kessel betrieben werden soll. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die meiste Zeit eine sparsame Laststufe eingestellt wird.

Um den Kessel mit maximaler Effizienz zu betreiben, muss er unter Berücksichtigung der folgenden Regeln verwendet werden:

• Eine regelmäßige Reinigung des Kessels ist erforderlich;
• Es ist wichtig, die Intensität der Verbrennung und die Vollständigkeit der Kraftstoffverbrennung zu kontrollieren.
• es ist notwendig, den Luftzug unter Berücksichtigung des Drucks der zugeführten Luft zu berechnen;
• Eine Berechnung des Ascheanteils ist erforderlich.

Die Qualität der Verbrennung fester Brennstoffe wird durch die Berechnung des optimalen Luftzuges unter Berücksichtigung des dem Kessel zugeführten Luftdrucks und der Kohlenmonoxid-Absaugrate positiv beeinflusst. Mit zunehmendem Luftdruck wird jedoch zusammen mit den Verbrennungsprodukten mehr Wärme in den Schornstein abgeführt. Zu geringer Druck und eingeschränkter Luftzugang in die Brennstoffkammer führen jedoch zu einer Verringerung der Verbrennungsintensität und einer stärkeren Aschebildung.

Wenn Sie zu Hause einen Heizkessel installiert haben, beachten Sie unsere Empfehlungen zur Effizienzsteigerung. Sie können nicht nur Kraftstoff sparen, sondern auch ein angenehmes Mikroklima in Ihrem Zuhause schaffen.