МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТРЕСТ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И
РАЦИОНАЛИЗАЦИИ РАЙОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И СЕТЕЙ
(ОРГРЭС)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕПЛОВЫМ
ИСПЫТАНИЯМ ОБМУРОВКИ И ТЕПЛОВОЙ
ИЗОЛЯЦИИ КОТЛОАГРЕГАТОВ
БЮРО ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
МОСКВА 1967
Составлено Бюро технической информации ОРГРЭС
Редактор: инж. С.В.ХИЖНЯКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Установлено, что потери тепла во внешнюю среду с поверхности обмуровки современных котлов не должны превышать 300 ккал/м 2 ∙ ч, а максимальная температура на наружной поверхности обмуровки должна быть не более 55 °С при температуре окружающего воздуха в среднем по высоте котла около 30 °С [Л. , , ].
Вместе с тем суммарные максимально допустимые потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду q 5 определяются «Тепловым расчетом котельных агрегатов» [Л. ], устанавливающим зависимость между потерями тепла и паропроизводительностью котлов. Согласно тепловому расчету для современных котлов паропроизводительностью Д = 220 ÷ 640 т/ч q 5 составляет 0,5 - 0,4 % от расхода сжигаемого топлива. Эта величина, относительно небольшая в общем тепловом балансе котла, приобретает совершенно другой масштаб при переводе ее в абсолютные значения, составляя около 10000 ккал/ч на 1 МВт установленной мощности, причем потери тепла q 5 превышают 50 % всех потерь тепла через тепловую изоляцию блочных электростанций.
В ряде случаев вследствие отступления от проектных решений, некачественного монтажа, применения малоэффективных материалов и неудачных конструктивных решений, частичного разрушения обмуровки и тепловой изоляции котла при ремонтах технологического оборудования, а также в результате старения при длительной работе может иметь место превышение величины q 5 над нормативными значениями. При достаточно большом значении тепловых потерь котлом в окружающую среду Q 5 (кка л/ч) даже небольшое превышение величины q 5 (%) связано с весьма значительными потерями тепла. Так, например, увеличение q 5 на 0,1 % для современных котлов эквивалентно пережогу примерно 2,0 т условного топлива в год на 1 МВт установленной мощности. Кроме того, увеличение q 5 существенно ухудшает санитарно-техническое состояние котельной.
Естественно, что достаточно точное экспериментальное определение фактической величины q 5 (в отличие от принятого при испытаниях котлов определения q 5 как остаточного члена теплового баланса) и приведение ее в соответствие с существующими нормами должно быть введено в практику аналогично тому, как это принято для остальной тепловой изоляции паропроводов и оборудования электростанций [Л. ].
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При оценке суммарных тепловых потерь котлоагрегатом наиболее сложной из подлежащих испытанию теплозащитных конструкций является его обмуровка [Л. , , ].
Обмуровки современных котлов разделяются на два основных типа:
1. Натрубные обмуровки (набивные и из сборных плит), крепящиеся непосредственно на экранных трубах.
2. Щитовые обмуровки, устанавливаемые на каркасе.
Старые кирпичные обмуровки, опирающиес я на фундамент, остались в настоящее время на небольших или устаревших котлах.
Конструкция современных обмуровок предусматривает наличие металлических крепящих деталей, расположенных в толще обмуровки и частично выходящих на ее внешнюю поверхность (штыри, кронштейны и т.д.). Эти металлические детали обмуровок являются тепловыми мостами, по которым происходит переток тепла к отдельным участкам поверхности. В некоторых конструкциях переток тепла составляет 30 - 40 % от суммарного теплового потока через отдельные участки обмуровки. Указанное обстоятельство предусматривает необходимость соответствующего размещения точек измерения на поверхностях таких обмуровок, обеспечивающего получение усредненных условий теплоотдачи.
По условиям теплоотдачи существенно различаются обмуровки без металлической обшивки и с металлической обшивкой. Специфической особенностью последних является растекание тепла по плоскости обшивки, выравнивающее температуру на значительных ее площадях. При различных внешних условиях теплоотдачи (воздушные потоки, местный встречный поток лучистого тепла) такое выравнивание температуры приводит к резкому колебанию величин удельных тепловых потерь на смежных участках обшивки. Другой особенностью обмуровок с обшивкой является возможность конвективных перетеков тепла по высоте в зазоре между обшивкой и обмуровкой.
Указанные обстоятельства обуславливают необходимость измерения тепловых потерь по обшивке в достаточно большом количестве точек, особенно по высоте, несмотря на кажущуюся равномерность температурного поля.
Сложность учета потерь тепла от балок каркаса обмуровки и котла разрешается в данных методических указаниях введением некоторых усредненных условий измерения. Такое решение оправдано сравнительно небольшой долей участия этих теплоотдающих поверхностей в общей сумме потерь тепла котлоа грегатом в окружающую среду.
Особенностью тепловых испытаний изоляции трубопроводов и коробов котла, находящихся в сфере интенсивного взаимного теплообмена между собой и обмуровкой, является необходимость тщательного определения их действительно отдающей, а не поглощающей тепло поверхности, т.е. поверхности не «закрытой» более интенсивным встречным потоком тепла, идущим от находящихся вблизи объектов.
Истинная направленность теплового потока устанавливается в данном случае контрольными измерениями удельного теплового потока от различных поверхностей, излучающих тепло друг на друга.
Разработанные методические указания определяют как способ измерения удельных тепловых потоков, так и классификацию всех теплоотдающих поверхностей котлоагрегата с точки зрения условий теплоотдачи.
Измеренные удельные тепловые потоки, усредненные для отдельных участков, относятся к площадям теплоотдающих поверхностей этих участков, определяемых непосредственным обмером.
Такая схема дает возможность оценить тепловые потери по отдельным элементам обмуровки и тепловой изоляции котла, выявляет долю участия каждого элемента в общей сумме потерь тепла, а также характеризует качество обмуровки и тепловой изоляции.
Техническая возможность тепловых испытаний обмуровки котла определилась применением принципиально нового прибора - моделирующего тепломера ОРГРЭС ИТП-2. В сложных тепловых условиях работы котлоагрегата принцип действия и конструкция прибора ИТП-2 позволяют с достаточной точностью и малой затратой времени на единичное измерение определять непосредственно прямым способом удельные тепловые потоки с те плоотдающих поверхностей (плотность теплового потока) независимо от их формы, размера, состояния поверхности (изоляция, металл) и условий теплоотдачи.
Малая инерционность прибора, небольшие размеры его датчиков и полная их взаимозаменяемость позволяют проводить массовые измерения тепловых потоков при одновременном применении большого количества датчиков со всех теплоотдающих поверхностей котлоагрегата.
Необходимо отметить, что применение иных общепринятых способов определения потерь тепла (1 - по разности измеренных температур поверхности и окружающей среды; 2 - по термическому сопротивлению теплозащитного слоя, определяемому по перепаду температур в нем; 3 - непосредственным измерением при помощи измерителей теплового потока типа тепломера Шмидта) в условиях котлоагрегата не может быть рекомендовано, так как часто приводит к искаженным результатам [Л. , ].
Причина такого ограничения связана со спецификой условий теплоотдачи на котле, практически исключающей возможность правильного определения температуры окружающего воздуха и коэффициента теплоотдачи а , а также наличием в обмуровке закладных металлических деталей и металлических поверхностей. Условия измерения удельных тепловых потоков на котлоа грегате - большое количество точек на каждом сравнительно небольшом отдельном участке - вызывает необходимость в ряде дополнительных приспособлений к тепломеру ИТП-2. Эти приспособления (приложение ) не меняя принципиальной сущности тепломера, облегчают технику измерения и значительно снижают трудоемкость работы.
Температура поверхности обмуровки и тепловой изоляции котла (Правила ПТЭ) при тепловых испытаниях измеряется одновременно с измерением тепловых потоков термощупом ОРГРЭС Т-4 (приложение ).
2. ТЕПЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОБМУРОВОК
А. Подготовительные работы
1. Перед началом испытания производится подробное ознакомление со схемой котла и проектом его обмуровки и тепловой изоляции. При этом выясняются конструкция и материалы обмуровки и тепловой изоляции, а также все отклонения от проекта .
2. Составляются эскизы характерных участков обмуровки и опись основных теплоизоляционных конструкций (коробов, трубопроводов и др.).
3. Производится внешний осмотр обмуровки, в процессе которого уточняются отклонения от проекта и фиксируются внешние дефекты: отсутствие изоляции, трещины, дефекты отделки и т.п.
Б. Измерение площадей теплоотдающих поверхностей
4. Определение площади теплоотдающих поверхностей производится непосредственным обмером, На котлоа грегатах с симметричным расположением обмер проводится на одной половине топочной камеры и конвективной шахты.
5. При обмере площади учитываются только те поверхности, которые отдают тепло в окружающую среду. В случае закрытия обмуровки другими теплоотдаю щими элементами из ее площади вычитается проекция этих элементов на обмуровку, а теплоотдающая поверхность самих закрывающих элементов подсчитывается по их выступающей части.
6. Для балок разного профиля и различного расположения может быть принята условная схема определения площади теплоотдающих поверхностей и поверхностей, закрывающих обмуровку, на которой они расположены. При этом измерение плотности теплового потока производится только с лобовой стороны (сторона «б» на схеме), а площадь определяется в соответствии со схемой (рис. ).
7. При определении площади теплоотдаю щих поверхностей, труднодоступных для обмера трубопроводов и воздухопроводов, длину их можно принимать по размерам, указанным в чертежах и схемах, уточняя периметр по изоляции выборочным обмером.
Для воздухопроводов большой протяженности рекомендуется делать эскизы, на которых отмечаются точки измерения.
В. Проведение испытаний
8. Тепловые испытания обмуровки проводятся при возможно постоянном режиме работы котла. Поэтому при останове котла в период проведения испытаний последние можно продолжать после его пуска только при восстановлении стационарного режима теплоотдачи от внешних поверхностей котла в окружающую среду.
Ориентировочно для этого требуется около 36 ч после останова котла на 10 - 12 ч и около 12 ч после останова котла на 4 - 6 ч.
Рис. 1. Схема для определения условных площадей балок различного профиля:
I , II - горизонтальные и вертикальные балки
Площадь те плоотдающей поверхности (м 2) определяется: для горизонтальных балок 1, 2, 3, 4 - (а + б), 5 - а ; для вертикальных балок 1, 2 - (а + б). 3, 4 - (2а + б ). Площадь закрывающей поверхности (м 2) для всех балок во всех случаях - б
9. В период проведения испытаний по эксплуатационным данным фиксируются средние величины паро производительности и расхода топлива, а также максимальные отклонения этих величин от средних (с отметкой времени).
Так же фиксируется марка и калорийность топлива.
10. Измерения удельных тепловых потерь (плотности теплового потока) от теплоотдающих поверхностей производятся по отдельным участкам в пределах каждой отметки (площадки) на каждой из сторон котла с установленной частотой замеров (п. и табл. ):
Таблица 1
Карта № ______ Наименование участка измерения
(например: фронт топочной камеры __ 16,34 ÷ 19,7)
|
а) обмуровка; б) балки каркаса обмуровки; в) балки каркаса котла; г) опускные трубы в районе топочной камеры и холодной воронки; д) трубопроводы в пределах конвективной части; е) барабан и трубопроводы в пределах топочной камеры; ж) главный паропровод до первой ГПЗ; з) воздухопроводы; и) площадки; к) прочее (лючки, обдувочные устройства, лазы и т.п.) а) 6 см 2 площади обмуровки, опускных труб и главного паропровода; б) 15 м 2 площади трубопроводов, воздухопроводов, барабана котла и площадок; в) 10 м 2 площади балок каркасов обмуровки и котла. Учитывая, что потери тепла от балок каркасов обмуровки и котла в общем балансе тепловых потерь невелики, применительно к конкретным условиям, можно пренебрегать измерениями на отдельных неудобно и далеко расположенных балках. 13. Измерения удельных тепловых потерь (плотности тепловых потоков) производятся тепломером ОРГРЭС ИТП-2 (см. приложение ). Плоские датчики тепломера крепятся на специальных телескопических ручках, которые позволяют устанавливать датчики на различной высоте. Поисковые датчики, служащие для измерения плотности тепловых потоков от трубопроводов крепятся непосредственно на последних. На каждый измерительный прибор устанавливается не менее 10 датчиков. Для подсоединения датчиков к измерительному прибору используются шнуры-удлинители, позволяющие обслуживать одним измерительным прибором датчики, расположенные в радиусе примерно 10 м. Датчики при помощи шнура-удлинителя через штекерные разъемы поочередно присоединяются к измерительному прибору и после отсчета показаний переставляются на новое место, благодаря чему обеспечивается поточность измерения. 14. Порядок измерения плотности тепловых потоков тепломером ИТП-2 дан в приложении . 15. Измерения температур поверхности термощупом Т-4 (приложение ) производятся в тех же местах, что и измерения тепловых поводов, из расчета - одно изменение температуры на 5 - 10 измерений теплового потока. Температура окружающего воздуха измеряется также термощу пом Т-4 в пределах каждой отметки котла на расстоянии 1 м от теплоотдающей поверхности. 16. При наличии теплоотдающих неизолированных поверхностей с температурой более 100 - 120 °С тепловой поток рассчитывается условно по температуре поверхности и окружающего воздуха с помощью трафика (приложение ). На графике пунктирная кривая для определения теплопотери с 1 м 2 относится к плоской поверхности, но может быть также применена к трубопроводам с диаметром 318 мм и выше. Для определения теплопотери с 1 п o г. м трубопровода любого диаметра более 318 мм значение теплопотери, найденное по пунктирной кривой, надо умножить на πd n . Температура поверхности определяется непосредственным измерением или принимается равной температуре теплоносителя. 3. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ17. Для каждого отдельного участка составляется первичный документ измерения - карта по форме, указанной в табл. . В карту вносятся: а) наименование отдельных теплоотдающих элементов данного участка; б) площадь (м 2 ) теплоотдающей поверхности каждого элемента данного участка; в) средняя величина плотности теплового потока (q , ккал /м 2 ∙ ч) для каждого элемента, подсчитанная как среднеарифметическая величина по всем замерам на данном элементе в пределах участка; г) суммарный тепловой поток ( Q , ккал /ч) от каждого теплоотдающего элемента, определяемый как произведение площади теплоотдающего элемента S м 2 на среднюю плотность теплового потока q ккал/м 2 ∙ ч ( Q = S ∙ q ккал/ч); д) средняя величина температуры поверхности t n °С каждого элемента, подсчитанная как среднеарифметическая величина по всем замерам на данном элементе в пределах участка; е) температура окружающего воздуха t в ° C, измеренная на данном участке; ж) количество измерений плотности теплового потока, проведенных для каждого элемента. Подсчитывается суммарные значения S м 2 , Q ккал/ч и количество измерений. На карте ставится порядковый № , отметка и наименование участка измерения. На журнале наблюдений, по которому составлена карта, делается отметка: «К карте № ...» Таблица 2 Результаты тепловых испытаний обмуровки котла (например: топочная камера)
Таблица 4 Результаты тепловых испытаний обмуровки по укрупненным элементам котлоагрегата (сводная)
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙа) краткое описание котлоагрегата; б) основные сведения по проекту обмуровки и тепловой изоляции, включающие эскизы характерных для данной конструкции деталей обмуровки, сведения об основных теплоизоляционных конструкциях и данные по осмотру состояния обмуровки и тепловой изоляции котлоагрегата; в) сводные таблицы результатов испытания по форме табл. , и . Рис. 2. Схема датчика тепломера Тепломер ИТП-2 состоит из датчика и вторичного прибора. Датчики взаимозаменяемы, так как шкала вторичного прибора градуирована по электрическому сопротивлению датчиков и их геометрическим размерам. Схема датчика Датчик тепломера (рис. ) состоит из высокотеплопроводного (алюминиевого) корпуса 4, в котором на теплоизолирующей прокладке 5 размещены нагреватель 3, выполненный из манганиновой проволоки, и батарея дифферен циальных термопар, спаи которой 2 и 6 расположены по обе стороны теплоизолирующей прокладки. Нагреватель 3 и спаи дифференциальной термопары 2 закрыты теплопроводной медной пластиной 1, являющейся собственно нагреваемым элементом тепломера. Спаи дифференциальной термопары б расположены под теплоизолирующей прокладкой на корпусе датчика. Таким образом, батарея дифференциальных термопар показывает наличие или отсутствие разности температур между корпусом датчика и нагреваемым элементом. В комплект тепломера входят два датчика (рис. ): а) датчик в виде диска со скошенными краями 1 применяется для измерения плотности тепловых потоков от плоских поверхностей. Он соединяется при помощи пружинящего приспособления («ви лки»), вставляемого в специальные пазы, с рукояткой держателя и через штеккерный разъем проводом со вторичным прибором; б) датчик в виде диска с некоторым радиусом кривизны на нижней плоскости 2, вставленного в резиновую пластину, применяется для измерения плотности тепловых потоков от цилиндрических поверхностей. Резиновая пластина имеет по краям ушки для крепления датчика на испытываемом объекте. Датчик через штекерный разъем присоединяется проводом к вторичному прибору. Схема вторичного прибора Схема вторичного прибора приведена на рис. . Для питания нагревателя датчика 1 установлен источник постоянного тока 2 - три батареи типа «Сатурн». Для измерения силы тока, проходящего через нагреватель, в цепь последнего включен миллиамперметр 3, для регулировки силы тока включены реостаты 4. Батарея дифференциальных термопар подключена непосредственно к нульга льванометру 5. Датчик соединен со вторичным прибором штеккерным разъемом 10. Исходя из выбранных пределов измерения 0 - 100 и 0 - 500 ккал/м 2 ∙ ч, площади нагреваемого элемента 6 см 2 и сопротивления нагревателя 25 Ом, пределы измерения миллиамперметра соответственно равны 52,9 и 118,2 мА. Для обеспечения этих пределов подобраны, с учетом характеристики миллиамперметра, дополнительные сопротивления 6 и шунтовое сопротивление 7. Рис. 4. Схема вторичного прибора Для подачи питания и закорачивания рамки нульга льванометра установлен переключатель 8 и для изменения пределов измерения - переключатель 9. Измерение плотности тепловых потоков Для измерения плотности теплового потока датчик тепломера подключается при помощи штекерного разъема к вторичному прибору. При положении переключателя 8 «выключено» проверяется положение стрелки нульгальванометра, и в случае необходимости корректором устанавливается на «0». Переключатель 9 устанавливается на предел измерения, соответствующий ожидаемому тепловому потоку. На плоских поверхностях или поверхностях с большим (более 2 м) радиусом кривизны измерение производится плоским датчиком. Для этого датчик при помощи держателя прижимается нижней плоской частью к измеряемой поверхности и переключатель 8 устанавливается в положение «включено». На поверхностях с малым радиусом кривизны (трубопроводе) измерение производится датчиком с резиновой пластиной. Для этого датчик накладывается на измеряемую поверхность так, чтобы кривизна нижней части датчика совпадала с кривизной измеряемой поверхности, и резиновая пластина при помощи имеющихся у нее ушков плотно крепится (привязывается) к измеряемому объекту. При накладывании датчика на испытываемую нагретую поверхность высокотеплопроводный корпус датчика принимает ее температуру; вследствие разницы температур между корпусом датчика и нагреваемым элементом на выходе батареи дифференциальных термопар появляется э.д.с . и стрелка нульгальванометра отклоняется от положения «0». Постепенно реостатами «грубо» и «точно» повышается сила тока в нагревателе датчика. При повышении температуры нагревателя, а, следовательно, и спаев батареи дифференциальных термопар, находящихся под нагреваемым элементом, стрелка нульгальванометра начинает приближаться к значению «0». При п ереходе стрелки через «0» ток в нагревателе уменьшается при помощи реостатов до тех пор, пока стрелка нульгальванометра не займет устойчивого нулевого положения. Устойчивое положение стрелки нульгальванометра достигается легче при медленном выведении ее на «0». Для этого применяется следующий прием: при наложении датчика на горячую поверхность, до включения подачи тока на нагреватель, стрелка нульгальванометра отклоняется в левое положение. Дается заведомо завышенный ток на нагреватель (крайнее правое положение стрелки миллиамперметра), при этом стрелка нульгальванометра начинает быстро приближаться к «0». Уменьшать силу тока следует начать до момента перехода стрелки через «0» - за 2 - 3 деления. Практически цикл установки стрелки на «0» (больше ↔ меньше) повторяется несколько раз с постепенным уменьшением диапазона регулировки. При устойчивом (не менее 1 мин) нулевом положении стрелки нульгальванометра производится отсчет значения плотности теплового потока по миллиамперметру. Равенство плотности тепловых потоков от нагреваемого элемента датчика и от испытываемой поверхности обеспечивается тем, что при высокой теплопроводности корпуса датчика температурное поле внутри него выравнивается и в момент уравновешивания температуры корпуса (равной температуре испытываемой поверхности) и температуры нагреваемого элемента изоляционная прокладка датчика окажется окруженной изотермической поверхностью так же, как и весь датчик. Время, необходимое для проведения одного измерения, определяемое инерционностью корпуса датчика и стабильностью внешних условий теплоотдачи, при применении плоского датчика равно 3 - 8 мин, при пользовании датчиком с резиновой пластиной вследствие сравнительно малой теплопроводности резины - 20 - 30 мин. В последнем случае собственно измерение следует начинать через 15 - 20 мин после установки датчика на объекте измерения. Большая чувствительность измерительной схемы позволяет принимать за нулевое положение нульгальванометра колебания стрелки в пределах 1 - 2 делений около нуля. Прилагаемые к тепломеру окрашенные датчики пригодны для проведения измерений плотности теплового потока как на изоляционных, так и на металлических окрашенных поверхностях. Для измерения на металлических блестящих поверхностях необходимо применять датчики также с блестящей металлической поверхностью. О необходимости смены батарей питания можно судить по падению силы тока. Если стрелка миллиамперметра не устанавливается на отметку 500 ккал /м 2 ∙ ч, следует сменить батареи «Сатурн». Приспособления к тепломеру 1. Для крепления датчиков тепломера на плоских поверхностях используются телескопические ручки-держатели. Высота установки (крепления) датчика регулируется изменением длины ручки и угла ее наклона (рис. ). 2. Крепление поисковых датчиков к поверхностям с малым радиусом кривизны производится прикалыванием к ней за специальные ушки пояса (рис. ). При наличии металлического или асбоцементного покрытия датчик крепится привязыванием за те же ушки шнуром или проволокой. Рис. 5. Установка датчиков тепломера на плоской поверхности: 1 - датчики; 2 - ручки-держатели 3. Присоединени е датчиков к измерительному прибору производится при помощи шнура-удлинителя, имеющего на концах разъемы, соответствующие разъемам датчика и вторичного прибора (рис. ). При установке на большой высоте шнур присоединяется к датчику предварительно. Поэтому на каждый измерительный прибор следует иметь не менее 3 шнуров-удлинителей. Рис. 6. Установка поискового датчика на трубопроводе: 1 - трубопровод; 2 - датчик; 3 - крепления Рис. 7. Шнур-удлинитель с разъемами 4. Для измерения плотностей тепловых потоков больше 500 ккал/м 2 ∙ ч, наблюдающихся на отдельных элементах котлоагрегата, в тепломер встраивается дополнительный диапазон измерения 0 - 1000 ккал/м 2 ∙ ч и применяется отдельный блок питания из 4 элементов « Зс-Ут- 30» (рис. и ). Предел измерения миллиамперметра при этом должен быть равен 167 мА. При измерении величины удельного теплового потока используется шкала 0 - 100 ккал/м 2 ∙ ч с коэффициентом 10. Проверка прибора В процессе эксплуатации тепломер подвергается обязательно периодической проверке электрических показателей в сроки, определяемые условиями эксплуатации, но не реже одного раза в два года. Правила хранения Тепломер должен храниться в закрытом помещении при температуре от 5 до 35 °С и относительной влажности воздуха не выше 80 %. В воздухе помещения, где хранится тепломер, не должно быть вредных примесей, вызывающих коррозию. Поверхность нагреваемых элементов датчиков не должна подвергаться никаким механическим воздействиям: давлению, трению, ударам. Приложение
2
|
54,81 |
55,03 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
55,26 |
55,48 |
55,71 |
55,94 |
56,16 |
56,39 |
56,61 |
56,84 |
57,06 |
57,29 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
57,52 |
57,74 |
37,97 |
58,19 |
58,42 |
58,65 |
58,87 |
59,10 |
59,32 |
59,55 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
59,77 |
60,00 |
60,23 |
60,45 |
60,68 |
60,90 |
61,13 |
61,35 |
61,58 |
61,81 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
62,03 |
62,26 |
62,48 |
62,71 |
62,93 |
63,16 |
63,39 |
63,61 |
63,84 |
64,06 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
64,29 |
64,52 |
64,74 |
64,97 |
65,19 |
65,42 |
65,64 |
65,87 |
66,10 |
66,32 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
66,55 |
66,77 |
67,00 |
67,22 |
67,45 |
67,68 |
67,90 |
68,13 |
68,35 |
68,58 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
68,81 |
69,03 |
69,26 |
69,48 |
69,71 |
69,93 |
70,16 |
70,39 |
70,61 |
70,84 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
71,06 |
71,29 |
71,51 |
71,74 |
71,97 |
72,19 |
72,42 |
72,64 |
72,87 |
73,09 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
73,32 |
73,55 |
73,77 |
74,00 |
74,22 |
74,45 |
74,68 |
74,90 |
75,13 |
75,35 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
75,58 |
75,80 |
76,03 |
76,26 |
76,48 |
76,71 |
76,93 |
77,15 |
77,38 |
77,61 |
2. После измерения R 100 термометр помещается в термостат тающего льда и производится определение сопротивления термометра при 0 °С (R 0 ). Это сопротивление не должно отклоняться от номинального значения 53 Ом более чем на ±0,1 %.
Отношение должно находиться в пределах 1,426 ÷ 0,002 * .
_____________
* Указанная методика поверки термометров сопротивления предусмотрена ГОСТ 6651 -59 и подробно описана в Инструкции 157-62 Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.
3. Вторичный прибор термощупа поверяется с помощью магазина сопротивлений класса точности не ниже 0,02, имеющего декаду с сотыми долями Ома. При поверке необходимо учитывать, что прибор градуирован при сопротивлении подводящих проводов R вн , равном 1 Ом. Градуировочная таблица для медных термометров сопротивления градуировки 23 приведена по Разность температур металла трубы и воздуха, град
0,91
0,91
0,91
0,91
0,95
0,95
0,96
0,96
1,00
1,00
1,00
8. Васильева Г.Н. [и др.] . Определение тепловых потерь котлоагрегатов в окружающую среду ( q 5 ). «Электрические станции», 1965, № 2.
Этот поток тепла описывается уравнением:
Q * = | T 1− T 2 | |||
ln(R 02 | / R 01 ) |
|||
2πλL | ||||
Удобной характеристикой интенсивности теплового потока для трубы, не зависящей от радиуса цилиндрической поверхности, является линейная (погонная) плотность теплового потока q л :
q л= | T − T | |||||||||||||||
ln(R 02 /R 01 ) | ||||||||||||||||
ln(R | / R ) | – линейное |
||||||||||||||
тепловое сопротивление трубы. |
||||||||||||||||
Для многослойной трубы | ||||||||||||||||
q л= | T 1− T n +1 | |||||||||||||||
ln(R 0,i +1 | / R 0, i ) | |||||||||||||||
i =1 | 2πλi | |||||||||||||||
Для процесса теплопередачи плотность теплового потока q л , проходящего через многослойную трубу, определяется уравнением:
q л= | T ср1 | − Т ср2 | ||||||||||||||||
+ ∑ | 0, i + 1 | |||||||||||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R 0,i | 2πR 02 α2 |
|||||||||||||||
– внешние тепловые сопротивления. |
||||||||||||||||||
2πR α | 2πR | |||||||||||||||||
Если ввести обозначение:
K л= | ||||||||||
+ ∑ | 0, i | |||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R 0,i | 2πR 02 α2 |
|||||||
то уравнение (5.6) примет вид:
q л= К л(T ср,1− Т ср,2) ,
где К л – линейный коэффициент теплопередачи [Вт/(м·К)]. Температурный напор между средой и контактирующей
поверхностью определяется уравнениями:
− T | |||||||||||
2πR α | |||||||||||
− T | |||||||||||
2πR 02 α1 | |||||||||||
П Р И М Е Р Ы
1. Обмуровка топки парового котла состоит из двух слоев.
Внутренний слой выполнен из шамотного кирпича: δ 1 = 400 мм,λ 1 = 1,4 Вт/(м·К), а наружный – из красного кирпича:δ 2 = 200 мм,
λ 2 =0,58 Вт/(м·К). Температуры внутренней и | наружной поверхности |
|||||||||||||
обмуровки соответственно Т 1 = | 900° С и Т 3 = 90° С. |
|||||||||||||
Определить потери тепла | через обмуровку и наибольшую |
|||||||||||||
температуру Т 2 красного кирпича. | ||||||||||||||
Р е ш е н и е. | ||||||||||||||
Для определения | тепла q воспользуемся уравнением |
|||||||||||||
(5.1) для n = 2,0: | ||||||||||||||
T 1− T 3 | 900 - 90 | 1292 Вт/м2 . |
||||||||||||
400 × 10- 3 | 200 × 10- 3 | |||||||||||||
λ 1λ 2 | ||||||||||||||
Для определения температуры на границе наружного и внутреннего слоя обмуровки (Т 2 ) воспользуемся уравнением (5.2):
T − T | |||||||
Отсюда T | T − | δ 1 q = 900- | 400.10- 3 | × 1292= 530о С. |
|||
2. Определить потерю теплаQ [Вт] через стенку из красного |
|||||||
кирпича [λ = | длиной l = 5 м, высотойh = 4 м и |
||||||
толщиной δ = 510 мм, если температура воздуха внутри помещения
Т ср2 = – 30° С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенкиα 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 иТ п2 .
Р е ш е н и е. | |||||||||||||||
Пользуясь уравнением | (5.3) для п = | 1, находим плотность |
|||||||||||||
теплового потока: | |||||||||||||||
T ср1− T ср2 | 18 - (- 30) | 58,5 Вт/м2 . |
|||||||||||||
510 × 10- 3 | |||||||||||||||
α1 λ α2 | |||||||||||||||
Следовательно, потери тепла через стенку будут равны:
Q = q·S = 58,5·5·4 = 1170 Вт.
Для определения температур поверхностей стенки воспользуемся уравнениями (5.4). Из них следует:
q = 18- | × 58,5= 10,4о С |
|||||||||||
q = -30 - | × 58,5= - 27,1о С. |
|||||||||||
3. Определить расход тепла q л через стенку трубы (d 1 /d 2 =
= 20/30 мм) из жаропрочной стали, коэффициент теплопроводности
которой λ = 17,4 Вт/(м·К), а температуры внешней и внутренней поверхностейТ 1 = 600° С,Т 2 = 450° С.
Р е ш е н и е.
Для определения расхода тепла через стенку трубы воспользуемся уравнением (5.5) для п = 1:
T 1− T 2 | 600 - 450 | 40750 Вт/м. |
|||||||||||
ln(R 02 /R 01 ) | × 10- 2 | ||||||||||||
× 3,14 | × 17,4 | × 10 | |||||||||||
4. Вычислить потерю тепла с 1 м неизолированного трубо- |
|||||||||||||
диаметром d 1 /d 2 = 300/330 мм, проложенного на открытом |
|||||||||||||
воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой Т ср1 = 90° С. Температура окружающего воздухаТ ср2 = – 15° С. Коэффициент теплопроводности материала трубыλ = 50 Вт/(м·К), коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубыα 1 = 1000 Вт/(м2 ·К) и от трубы к окружающему воздухуα 2 = 12 Вт/м2 ·К. Определить также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.
Р е ш е н и е. | ||||||||||||||||||||||
Потери тепла с 1,0 м | трубопровода | находим воспользовав- |
||||||||||||||||||||
шись уравнением (5.6) для n = 1: | ||||||||||||||||||||||
q л= | T ср1− Т ср2 | |||||||||||||||||||||
2πR α | 2πR α | |||||||||||||||||||||
90 - (- 15) | ||||||||||||||||||||||
16,5 × 10- 2 | ||||||||||||||||||||||
2 × 3,14× 15× 10−2 × 103 | 2 × 3,14× 50 | 15 × 10- 2 | 2 × 3,14× 16,5× 10- 2 × 12 | |||||||||||||||||||
652 Вт/м.
× 652 | 89,8о С, |
|||||||||||||||||||
ср1 2π R 01 α 1 | 2π × 15× 10- 2 × 103 | |||||||||||||||||||
а из (5.5) находим: | ||||||||||||||||||||
ln(R | / R ) =89,8 - | |||||||||||||||||||
16,5 × 10- 2 | × 652= 89,6o С. | |||||||||||||||||||
2 π × 50 | 15 × 10- 2 | |||||||||||||||||||
З А Д А Ч И | ||||||||||||||||||||
Определить коэффициент теплопроводности | кирпичной |
|||||||||||||||||||
стенки толщиной | δ = 390 мм, если температура на | внутренней |
||||||||||||||||||
поверхности стенки Т 1 = 300° С и на наружнойТ 2 = 60° С. |
||||||||||||||||||||
Потери тепла через стенку | q = 178 Вт/м2 . | |||||||||||||||||||
5.2. Через плоскую металлическую стенку топки котла
толщиной δ = 14 мм от газов к кипящей воде проходит удельный тепловой потокq = 25000 Вт/м2 . Коэффициент теплопроводности сталиλ = 50 Вт/(м·К).
Определить перепад температур на поверхностях стенки.
5.3. Определить удельный тепловой поток через бетонную стенку толщиной δ = 300 мм, если температуры на внутренней и наружных поверхностях стенки соответственно равныТ 1 = 15° С и
Т 2 = – 15° С.
Коэффициент теплопроводности бетона λ = 1,0 Вт/(м·К).
5.4. Определить потерю тепла q через свод пламенной печи,
5.5. Определить расход тепла Q [ВТ ] через кирпичную стенку толщинойδ = 250 мм на площади 3× 5 м2 , если температуры
поверхностей стенки | T 1= | и Т 2 | а коэффициент |
|||
теплопроводности кирпича λ = 1,16 BT / (м·К). | ||||||
5.6. Вычислить плотность теплового потока q | через плоскую |
|||||
однородную станку, толщина | значительно меньше шири- |
|||||
ны и высоты, если | выполнена: | |||||
а) из стали λ ст = 40 Вт/(м·К); из | λ б = 1,1 Вт/(м·К); в) из |
|||||
диатомитового кирпича λ к = 0,11 Вт/(м·К). Во всех случаях толщина
Внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной δ 1 = 350 мм, а наружный из красного кирпича толщинойδ 2 = 250 мм.
Определить температуру на внутренней поверхности стенки Т 1 и на внутренней стороне красного кирпичаТ 2 , если на наружной стороне температура стенкиТ 3 = 90° С, а потеря тепла через 1 м2 поверхности стенки равна 1 кВт. Коэффициенты теплопроводности огнеупорного и красного кирпича соответственно равны:
кирпича и диатомитовой засыпки между ними. Диатомитовая засыпка имеет толщину δ 2 = 50 мм иλ 2 = 0,14 Вт/(м·К), а красный кирпич имеетδ 3 = 250 мм иλ 3 = 0,7 Вт/(м·К).
Во сколько раз необходимо увеличить толщину красного кирпича для того, чтобы обмуровка печи без диатомитовой засыпки имела такое же внутреннее термическое сопротивление, как и с засыпкой?
5.9. Определить поток тепла q через поверхность стальной стенки котла [δ 1 =20 мм,λ 1 = 58 Вт/(м·К)], покрытую слоем накипи
[δ 2 = 2 мм,λ 2 = 1,16 Вт/(м·К)]. Наибольшая температура поверхности стенки равна 250° С, а наименьшая температура накипи 100° С. Определить также наибольшую температуру накипи.
5.10. Вычислить тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности нагрева парового котла и температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газовТ ср1 = =1000° С, температура кипящей водыT ср2 = 200° С, коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкеα 1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от стенки к кипящей водеα 2 = 5000 Вт/(м2 ·К). Коэффициент теплопроводности материала стенкиλ = 50 Вт/(м·K) и толщина стенкиδ = 12 мм.
5.11. Решить задачу 10 при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовыx газов покрылась слоем сажи толщиной δ с = 1 мм
[ λ с = 0,08 Вт/(м·К)], а со стороны воды – слоем накипи толщинойδ н = 2 мм [λ н = 0,8 Вт/(м·К)]. Вычислить тепловой поток через 1 м2
загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев Т п1 , Т п2 , Т п3 иТ п4 .
Сравнить результаты расчета с ответом задачи 10 и определить уменьшение тепловой нагрузки q (в %).
5.12. Определить плотность теплового потока q [Вт/м2 ] через кирпичную стенку толщиной 510 мм с коэффициентом теплопроводностиλ к = 0,8 Вт/(м·К), покрытую снаружи слоем теплоизоляции
теплоотдачи от наружной поверхности α 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 , Т п2 и на поверхности слояТ п3 .
5.13. Змеевики пароподогревателя выполнены из труб жароупорной стали диаметром d 1 /d 2 = 32/42 мм с коэффициентом
Вычислить удельный тепловой поток через стенку на единицу длины трубы q л .
5.14. Железобетонная дымовая труба покрыта с внутренней стороны слоем огнеупорной футеровки λ1 = 0,5 Вт/(м·К).
Определить толщину футеровки δ 1 и температуру наружной поверхности трубыТ 3 при условии, чтобы потери тепла не превышалиq л = 2000 Вт/м, а наибольшие температуры футеровки и бетона не превышалиТ 1 = 421° С иТ 2 = 200° С.
5.15. Стальной паропровод покрыт двумя слоями тепловой изоляции одинаковой толщины [δ = 50 мм, λ2 = 0,07 Вт/(м·К), λ3 = 0,14Вт/(м·К)].
Определить потери тепла q л [Вт/м] и температуруТ 3 на границе соприкосновения этих слоев. Повторить эти расчеты при условии, что изоляция первого слоя установлена на место второго.
Температура Т 4 на внешней | поверхности в обоих случаях одина- |
||||||
кова и равна 50° С. | |||||||
Определить температуру на границах слоев трехслойной |
|||||||
изоляции трубы. Внутренний диаметр трубы d = 245 мм. | |||||||
слоев и коэффициенты теплопроводности изоляционных |
|||||||
материалов | соответственно | равны: δ1 = 100 мм, δ2 = 20 мм, δ3 = 30 |
|||||
мм, λ1 = | 0,03 Вт/(м·К), | 0,06 Вт/(м·К) | и λ3 = 0,12 Вт/(м·К). |
||||
Температура | внутренней | поверхности трубопровода 250° С, | |||||
наружной поверхности изоляции 65° С. | |||||||
Определить | тепловой поток | через поверхность | |||||
паропровода (d 1 /d 2 =140/150), изолированного двумя слоями тепловой
а на наружной поверхности изоляции T 4 = 55° С. | ||||
Как изменится потеря тепла через изолированную стенку, | ||||
изоляционные слои поменять местами? | ||||
5.18. Трубопровод диаметром d 1 /d 2 | 44/51 мм, по которому |
|||
течет масло, покрыт | толщиной δ2 = 80 | |||
Коэффициенты теплопроводности материала трубопровода и бетона
масла к стенке α1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от поверхности бетона к воздуху
α2 = 10 Вт/(м2 ·К).
Определить потери тепла с 1 м трубопровода, покрытого бетоном. 5.19. Плоский алюминиевый лист толщиной 0,8 мм пластин-
водности стенки λ = 203,5 Вт/(м·К). Определить удельный тепловой поток, переданный через стенку.
5.20. Оценить тепловые потери с 1,0 м трубопровода диаметром d 1 /d 2 = 150/165 мм, покрытого слоем изоляции толщиной δ1 = 60 мм, если трубопровод проложен на воздухе сT ср2 = – 15° С и по нему течет вода со средней температуройT ср1 = 90° С. Коэффициенты теплопроводности материала трубы и изоляции соответственно равны λ1 = 50 Вт/(м·К), λ2 = 0,15 Вт/(м·К), а коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α2 = 8 Вт/(м2 ·К), а от воды к стенке трубы α1 = 1000 Вт/(м2 ·К). Вычислить также
температуру на внешней поверхности трубы и внешней поверхности изоляции.
5.21. Определить необходимую мощность радиаторов отопления аудитории, если кладка ее наружной стены (8 × 4,5 м, δ = 500 мм) выполнена из красного кирпича (λ = 0,7 Вт/м·К), а температуры поверхностейТ ] = 12° С иТ 2 = −15° С. (Окна условно отсутствуют). Какова глубина промерзания стены.
5.22. Окно в аудитории имеет сдвоенные рамы с зазором между стеклами 60 мм. Вычислить тепловые потери через оконный проем 5 × 3 м, если толщина стекол δ = 4 мм, а температуры их соот-
ветствующих поверхностей Т 1 = 10°C иТ 4 = −18° С.λ ст = 0,74 и
λ возд = 0,0244 Вт/м·К.
5.23 Вычислить линейную плотность теплового потока через стенку змеевика из труб (d 1 /d 2 = 40 / 47 мм) жароупорной стали
(λ = 16,5 Вт/(м·К)), если температуры ее внутренней и наружной поверхностей составляют 400° С и 600° С соответственно. При каком значении радиуса трубы температура в стенке равна 500° С.
5.24. Стальной паропровод (d 2 = 100 иδ = 5 мм) проложен на открытом воздухеТ ср2 = 20° С. Тепловая изоляция паропровода выполнена из двух слоев - минеральной ваты и асбеста (δ мв =δ ас = = 50 мм; λмв = 0,047 и λас = 0,11 Вт/м·К).
Вычислить потери тепла с погонного метра паропровода и температуры на его границах, если температура пара Т ср1 = 300°C, а коэффициенты теплоотдачи от пара к внутренней поверхности паропровода и с внешней поверхности второго слоя изоляции к воздуху соответственно 90 и 15 Вт/(м2 ·К).
В котлах, как и других отопительных установках, используется не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива. Довольно большая часть тепла уходит вместе с продуктами горения в атмосферу, часть теряется через корпус котла и небольшая часть теряется из-за химического или механического недожога. Под механическим недожогом понимаются потери тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами.
Тепловой баланс котла — это распределение тепла, которое выделяется при сжигании топлива, на полезное тепло, используемое по назначению, и на потери тепла, которые происходят при работе теплового оборудования.
Схема основных источников теплопотерь.
В качестве эталонной величины прихода тепла принимают ту величину, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего топлива.
Если в котле используется твердое или жидкое топливо, то тепловой баланс составляют в килоджоулях относительно каждого килограмма израсходованного топлива, а при использовании газа — относительно каждого кубического метра. И в том, и в другом случае тепловой баланс может быть выражен в процентном отношении.
Уравнение теплового баланса
Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:
Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.
- 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.
Как видно из уравнения теплового баланса, при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют величины Q4 и Q6, которые характерны только для твердого топлива.
Если же тепловой баланс выразить в процентах от общей теплоты (QT=100%), то данное уравнение принимает вид:
- 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 так далее.
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.
Следует рассмотреть каждый вид тепла и уравнения подробнее.
Тепло, которое было использовано по назначению (q1)
Схема принципа работы стационарного теплогенератора.
Теплом, которое используется для прямого назначения, считается то, которое тратится на нагрев теплоносителя, либо получение пара с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды. Наличие экономайзера значительно увеличивает величину полезного тепла, так как позволяет в большей степени использовать тепло, которое содержится в продуктах горения.
При работе котла увеличивается упругость и давление пара внутри него. От этого процесса зависит и температура кипения воды. Если в обычных условиях температура кипения воды равна 100°С, то при повышении давления пара этот показатель увеличивается. При этом пар, который находится в одном котле вместе с кипящей водой, называют насыщенным, а температура кипения воды при данном давлении насыщенного пара называется температурой насыщения.
Если же в паре отсутствуют капельки воды, то он называется сухим насыщенным паром. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре составляет степень сухости пара, выраженную в процентах. В паровых котлах влажность пара колеблется от 0 до 0,1%. Если же влажность превышает данные показатели, котел работает не в оптимальном режиме.
Полезное тепло, которое расходуется на нагрев 1 л воды от нулевой температуры до температуры кипения при постоянном давлении, называется энтальпией жидкости. Тепло, расходуемое на перевод 1 л кипящей жидкости в парообразное состояние, называется скрытой теплотой парообразования. Сумма этих двух показателей составляет общее теплосодержание насыщенного пара.
Потери тепла с продуктами горения, уходящими в атмосферу (q2)
Данный тип потерь в процентном отношении показывает разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, поступающего в котел. Формулы определения этих потерь отличаются при использовании разных типов топливных веществ.
Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.
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%.
Потери тепла с уходящими газами зависят от состояния самого отопительного котла и режима работы. К примеру, при ручной загрузке топлива в топку потери тепла этого типа значительно увеличиваются из-за периодического притока свежего воздуха.
Потери тепловой энергии с уходящими в атмосферу дымовыми газами увеличиваются при увеличении их температуры и количества расходуемого воздуха. К примеру, температура уходящих в атмосферу газов при отсутствии экономайзера и воздухоподогревателя составляет 250-350°С, а при их присутствии — всего 120-160°С, что в несколько раз повышает величину полезно используемого тепла.
Схема обвязки котла.
С другой стороны, недостаточная температура уходящих продуктов горения может привести к образованию конденсата водяных паров на поверхностях нагрева, что также влияет на образование ледяных наростов на дымовых трубах в зимнее время.
Количество расходуемого воздуха зависит от типа горелки и режима работы. Если оно увеличено по сравнению с оптимальным значением, то это приводит к высокому содержанию воздуха в уходящих газах, который дополнительно уносит часть тепла. Это неизбежный процесс, который нельзя прекратить, но можно довести до минимальных значений. В современных реалиях коэффициент расхода воздуха не должен превышать 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. К увеличению потерь тепла с уходящим воздухом приводит наличие дополнительных подсосов воздуха в топке и трубах котла. Поддержание расхода воздуха на оптимальном уровне позволяет снизить величину q2 до минимума.
Чтобы минимизировать значение q2, необходимо своевременно чистить внешнюю и внутреннюю поверхность котла, следить за отсутствием накипи, которая снижает передачу тепла от сжигаемого топлива к теплоносителю, соблюдать требования к воде, используемой в котле, следить за отсутствием повреждений в котле и соединениях труб, чтобы не допустить притока воздуха. Использование дополнительных электрических поверхностей нагрева в газовом тракте расходует электроэнергию. Однако экономия от оптимального расхода топлива будет гораздо выше стоимости потребляемой электроэнергии.
Потери тепла от химического недожога топлива (q3)
Данный вид схемы обеспечивает защиту системы отопления от перегрева.
Главным показателем неполного химического сгорания топлива является наличие в отработанных газах окиси углерода (при использовании твердого топлива) или окиси углерода и метана (при сжигании газообразного топлива). Потери тепла от химического недожога равны тому теплу, которое могло бы выделиться при сжигании этих остатков.
Неполное сгорание топлива зависит от недостатка воздуха, плохого смесеобразования топлива с воздухом, снижения температуры внутри котла или при соприкосновении пламени горящего топлива со стенками котла. Однако излишнее повышение количества поступающего кислорода не только не гарантирует полное сжигание топлива, но может нарушить работу котла.
Оптимальное содержание окиси углерода на выходе из топки при температуре 1400°С должно составлять не более 0,05% (в пересчете на сухие газы). При таких значения теплопотери от недожога составят от 3 до 7% в зависимости от топлива. Недостаток кислорода может довести это значение до 25%.
Но необходимо добиваться таких условий, чтобы химический недожог топлива отсутствовал. Необходимо обеспечивать оптимальное поступление воздуха в топку, поддерживать постоянную температуру внутри котла, добиться тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом. Наиболее экономичная работа котла достигается при содержании углекислого газа в продуктах горения, уходящих в атмосферу, на уровне 13-15% в зависимости от вида топлива. При избытке поступления воздуха содержание двуокиси углерода в уходящем дыме может снизиться на 3-5%, однако потери тепла при этом увеличатся. При нормальной работе отопительного оборудования потери q3 равняются 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.
Потери тепла от физического недожога (q4)
Данный вид потерь происходит из-за того, что несгоревшие частицы топлива проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в атмосферу. Потеря тепла от физического недожога напрямую зависит от конструкции котла, расположения и формы колосников, силы тяги, состояния топлива и его спекаемости.
Наиболее значительны потери от механического недожога при слоевом сжигании твердого топлива и излишне сильной тяге. В таком случае большое количество мелких несгоревших частиц уносится вместе с дымом. Особенно хорошо это проявляется при использовании неоднородного топлива, когда в нем чередуются мелкие и крупные куски топлива. Горение каждого слоя получается неоднородным, так как мелкие куски сгорают быстрее и уносятся с дымом. В образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает большие куски топлива. Они при этом покрываются шлаковой коркой и не выгорают 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)
Данный вид потерь зависит от формы и конструкции котла, толщины и качества обмуровки как котла, так и дымоотводных труб, наличия теплоизолирующего экрана. Кроме того, большое влияние на потери оказывает конструкция самой топки, а также наличие дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте. Эти потери тепла увеличиваются при наличии сквозняков в помещении, где стоит отопительное оборудование, а также от количества и длительности открытия топки и лючков системы. Снижение количества потерь зависит от правильной обмуровки котла и наличия экономайзера. Благоприятно на снижении потерь тепла сказывается теплоизоляция труб, по которым отработанные газы выводятся в атмосферу.
Потери тепла из-за удаления золы и шлака (q6)
Данный тип потерь характерен только для твердого топлива в кусковом и пылевидном состоянии. При его недожоге частицы неостывшего топлива проваливаются в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепла. Эти потери зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.
Тепловой баланс котла — это величина, которая показывает оптимальность и экономичность работы вашего котла. По величине теплового баланса можно определиться с мерами, которые помогут экономить сжигаемое топливо и увеличить эффективность отопительного оборудования.
