Топливосжигающее устройство — промышленная установка или устройство составной частью которого является топка. Например: котельный агрегат, промышленная печь, огневая кухонная плита, и др.
Топка — техническое устройство или часть промышленной установки, предназначенные для сжигания топлива с целью получения продуктов сгорания с высокой температурой.
Тепловой баланс — соотношение, связывающее статьи прихода SQприх и расхода теплоты SQрасх в установке или устройстве.
Тепловой баланс котельного агрегата — соотношение, связывающее статьи прихода и расхода теплоты в котельном агрегате, отнесенные к единице массы или объёма сжигаемого топлива, в кДж/кг или кДж/м3:
<![endif]—> (23)
где Qр — располагаемая теплота;
Q1 — полезноиспользованная теплота;
<![endif]—> — потери теплоты.
Располагаемая теплота Qр — суммарное количество теплоты, внесенное в котельный агрегат. В общем случае ее подсчитывают по формуле, кДж/кг или кДж/м3:
<![endif]—>, (24)
где <![endif]—> — низшая теплота сгорания твердого или жидкого топлива, кДж/кг;
<![endif]—> — низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м 3;
<![endif]—>- теплота вносимая в топку с воздухом, подогретом вне котельного
агрегата;
<![endif]—>- теплота вносимая топливом.
Полезноиспользованная теплота Q1 — теплота, использованная в котельном агрегате на нагрев воды и превращение ее в пар или только на нагрев воды, кДж/кг или кДж/м3:
<![endif]—>, (25)
где Qп — теплота, израсходованная на подогрев воды до температуры насыщения при давлении в котельном агрегате;
Qи — теплота, использованная на превращение кипящей жидкости во влажный или сухой насыщенный пар;
Qпе — теплота, затраченная на подсушку влажного насыщенного пара и последующий перегрев сухого насыщенного пара до заданной температуры;
Qо — теплота, затраченная на нагрев в котельном агрегате воды, отдаваемой затем потребителю.
Потери теплоты — суммарные потери теплоты в котельном агрегате, складывающиеся из потерь теплоты, кДж/кг или кДж/м3
— с уходящими дымовыми газами — Q2;
— от химического недожога топлива — Q3;
— от механического недожога твердого топлива — Q4;
— от наружного охлаждения — Q5;
— с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки Q6.
Тогда с учетом п.п. 4.4. и 4.5. уравнение теплового баланса (23) записывают в виде:
<![endif]—> (26)
или принимаемая располагаемую теплоту за 100%:
<![endif]—> (27)
Потеря теплоты с уходящими газами q2 возникает вследствие того, что температура удаляемых из котельного агрегата дымовых газов (110 — 300 0С) значительно выше температуры окружающей среды, которую при расчетах принимают равной 30 0С. Обычно q2 составляет 5 — 15% от располагаемой теплоты. Пути снижения q2 состоят в снижении температуры уходящих газов путем утилизации их теплоты в хвостовых поверхностях нагрева: водяных экономайзерах (см. п. 7.12) и воздухоподогревателях (см. п. 7.13) и в уменьшении коэффициента избытка воздуха, путем совершенствования процесса горения и ликвидации присосов воздуха по газовому тракту котельного агрегата.
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 происходит из-за недостатка воздуха или неправильного его распределения в топочном пространстве, плохого смесеобразования на начальных стадиях процесса горения или низкой температуры в топке. В топках современных паровых котлов при камерном сжигании топлива потеря q3 не превышает 1%, а при слоевом сжигании может достигать 2 — 3%.
Потеря теплоты от механического недожога q4 происходит вследствие провала части топлива через отверстия в колосниковой решетке, уноса летучих частиц несгоревшего топлива в газоходы котельного агрегата и шлакования крупных кусков топлива. В камерных топках q4 не превышает 1,5%, а в слоевых топках при сжигании рядовых углей может достигать 10 -14%.
Потеря теплоты от наружного охлаждения q5 происходит из-за того, что температура наружной поверхности обмуровки и элементов котельного агрегата больше чем температура окружающей среды и часть теплоты отдается ей конвекцией и излучением. Эта потеря зависит от конструкции котельного агрегата и его мощности и изменяется от 0,2% у мощных котельных агрегатов до 3,5% у котлов малой мощности.
Потеря с физическим теплом шлаков q6 возникают вследствие того, что удаляемые из топки шлаки имеют температуру 600-700 0С и безвозвратно передают теплоту окружающей среде. Обычно эта потеря не превышает 1%.
КПД топливосжигающего устройства — отношение полезноиспользованной теплоты Q1 к располагаемой теплоте Qр, %:
<![endif]—> (28)
КПД может быть найден как по прямому балансу (28), так и по обратному балансу, %:
<![endif]—> (29)