Теплового балансу водогрійного котла

Загальна частина

В практиці для визначення ефективності використання палива в котельному агрегаті і вибору раціонального режиму його роботи виконуються теплотехнічні дослідження. За їх результатами розраховують тепловий баланс, визначають і оцінюють коефіцієнт корисної дії (ККД), корисно використану теплоту, а також перевіряють витрати палива.

Визначення ККД котла виконують за різних навантажень і результати фіксують в режимній карті. Таку роботу виконують спеціалізовані налагоджувальні організації, які мають право на розробку режимної карти котла. Затверджена головним інженером підприємства режимна карта стає нормативним штатним документом для експлуатації котла і допоміжного устаткування.

В даній лабораторній роботі студентам пропонується самостійно виконати дослідження теплової роботи водогрійного котла типу НІІСТУ-5, що працює в котельні УДХТУ.

За результатами цих досліджень, а також за показниками стаціонарних штатних приладів, студенти розраховують тепловий баланс котла, визначають його ККД і витрату палива при заданій продуктивності.

Мета роботи

Засвоєння методики визначення параметрів теплової роботи та розрахунок теплового балансу водогрійного котла

Конструктивні характеристики та робота водогрійного котла типу НІІСТУ-5

Котельна головного навчального корпусу УДХТУ оснащена чотирма котлами типу НІІСТУ-5. Опалюються котли природним газом Шебелінського родовища. Склад його наведений в роботі [1].

Газ надходить в котельну від газового регулюючого пункту (ГРП), де тиск його знижується в порівнянні з міським магістральним газопроводом, і за допомогою регулятора підтримується на постійному рівні. Експлуатація газового господарства котельної виконується згідно Правил безпеки в газовому господарстві Держмісттехнадзору. Сталевий секційний котел типу НІІСТУ-5 – водогрійний, використовується для опалення промислових або житлових приміщень. Робоча температура нагрітої води може досягати 115°С. Залежно від необхідної поверхні нагріву може комплектуватися з різної кількості секцій, які зварюються між собою. Технічна характеристика котла наведена в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 – Технічні характеристика котла

Параметри котла	Одиниці виміру	Площа поверхні нагріву, м2
25,2	32,3	39,4	46,5
Кількість секцій, в тому числі: фронтальних середніх задніх	шт. шт. шт. шт.
Об’єм топкового простору	м3	1,77	2,62	3,45	4,28
Теплова потужність	кВт
Габаритні розміри котла з обмурівкою: довжина ширина висота	мм мм мм
Робочий тиск води	МПа	0,6
Номінальний питомий теплооб’єм	кВт/м2	11,63

У котельній УДХТУ використовуються котли, площа поверхні яких складає 46,5 м². Вода до котла підводиться в обидва нижні колектори із задньої стінки котла, а відводиться з верхнього колектора, розташованого на фронтовій стіні (рис. 2.1). Природний газ підводиться з боку фронтової стіни в три пальники, які розміщені в нижній частині об’єму топки (рис. 2.1). В системі опалення водогрійних котлів типу НІІСТУ використовуються пальникові пристрої, які реалізують дифузійний спосіб спалення палива, що призводить до значних підсосів повітря з атмосфери.

Рис. 2.1. – Подовжній перетин водогрійного котла типу НІІСТУ-5

Факели від пальників проходять крізь канали кладки і підіймаються в гору до поверхні склепіння. Продукти згоряння, що утворились, омивають склепіння, труби екранів і опускаються вздовж бокових стін в газовідвідні канали (лежаки), які з’єднані із загальним газовідвідним каналом. В бокових каналах за котлом розташовані шибери (заслінки), для регулювання тиску в об’ємі камери топки (рис. 2.2).

Рис. 2.2 – Поперечний перетин водогрійного котла типу НІІСТУ-5

Методика виконання роботи

Студенти знайомляться з конструкцією і тепловою роботою котла способом визначення витрат газу при роботі одного або одночасно двох і більше котлів, із стаціонарними приборами, які використовуються постійно в котельні, із кресленням котла і матеріалами футерівки, що використовуються, а також з об’ємом вимірювальних робіт.

Відповідно до методики [2] студентам необхідно виконати виміри температур газів в топці котла, факелу, відхідних газів, внутрішньої і зовнішньої поверхні кладки котла, а також температури води на вході і виході з котла. Для виміру температур використовуються термопари типу ХА довжиною до 3 м з вторинним прибором, що реєструє – потенціометром типу ПП-63, а також оптичні пірометри типу «Смотрич-5» і «Німбус».

Одночасно студенти повинні виміряти розрідження (тиск) в топці і в лежаку за котлом, а також перевірити якість спалювання природного газу газовим аналізом відхідних з котла продуктів згоряння. Для аналізу газів використовуються газоаналізатори типу ГХП-100, або хроматограф «Пошук-2». Розрідження в топці і в лежаках виміряється з використанням мікроманометра типу ММН-240. Витрати природного газу визначаються за стаціонарним газовим лічильником типу РГ-К-250, на показники якого вводиться поправка на температуру і тиск природного газу. Одночасно визначаються показники витрат мережної води, її тиску, температури і діаметри труб системи водопостачання котла. Перевіряється відповідність геометричних розмірів обмурівки котла з наведеними в методиці рисунками.

Після знайомства з переліком визначення параметрів роботи котла, студенти, поділившись на групи по 2–3 особи, приступають до монтажу вимірювальних приладів і визначення параметрів. Після перших результатів вимірювань групи міняються місцями об’єктів досліджень і повторюють виміри. Отримані результати порівнюються з режимною картою котла, аналізуються і заносяться в табл. 2.2.

Таблиця 2.2 – Зведена відомість досліджень водогрійного котла типу НІІСТУ-5

№	Конструктивні і технологічні параметри котла	Умовні позначення	Одиниці виміру	Формула або джерело	Отримані значення	Прим. (хто виконав вимір)
	Теплопродуктивність	Qt	Гкал/год	B×Qнр×h
	Теплова здібність палива	Qнр	МДж/м3	таблиці
	Витрати палива за приладом	Впр	м3/год	вимір
	Тиск барометричний	Рбар	МПа	вимір
	Тиск природного газу перед пальником	Рг	мм вод.ст.	вимір
	Температура природного газу	tг	°С	вимір
	Поправка на температуру і тиск природного газу	Ktp		*формула 1
	Дійсна витрата природного газу	Вн	м3/год	Ktp×Впр
	Температура повітря в котельні	tп	°С	вимір
	Теплоємність повітря	Сп	кДж/м3К	таблиця
	Температура живильної води на вході в котел	tв¢	°С	вимір
	Температура живильної води на виході	tв¢¢	°С	вимір
	Тиск води на вході	Рв¢	кг/см2	вимір

Продовження таблиці 2.2

	Тиск води на виході	Рв¢¢	кг/см2	вимір
	Діаметр водопровідної труби	d	мм	вимір
	Витрата живильної води	G	м3/год	з номограми
	Розрідження в топці і лежаку	Sт/Sб	мм вод.ст.	вимір
	Температура відхідних газів за котлом	tвід	°С	вимір
	Склад відхідних газів за котлом: триатомних газів	RO2	%	вимір
кисень	O2	%	вимір
окис вуглецю	CO	%	вимір
	Коефіцієнт витрати повітря	a		*формула 2
	Геометричні розміри					рис. 2.2
	Температура факелу в котлі	tф	°С	вимір
	Температура газів під склепінням	tс	°С	вимір
	Середня розрахункова температура газів	t¢г	°С	*формула 3
	Температура зовнішньої поверхні обмурівки	tст	°С
фронтової стінки	tфст	°С	вимір
бокових стінок	tбст	°С	вимір
склепіння	tкст	°С	вимір

Примітка. *формула 1: ;

*формула 2: ;

*формула 3: .