Оптимальная эксплуатация обогревательного котла

Оптимальная эксплуатация обогревательного котла
Оглавление: [скрыть]
  • Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки
    • КПД котлов с различными типами топлива
  • Потери тепла в отопителе
    • Потеря тепла с отходящими газами
    • Потеря тепла из-за химического недожога
    • Потери тепла от наружного охлаждения
    • Потери тепла при удалении шлаков
  • Расчет эффективности котла на твердом топливе

При строительстве собственного загородного дома особое внимание нужно уделить системе отопления, которая принесет тепло и уют вашему дому. Важным критерием эффективной системы отопления является отопительное оборудование, в частности — отопительный котел. Выбор водогрейного котла зависит от многих параметров, главными из которых являются используемое топливо и эффективность оборудования для ваших условий.

Выбор водогрейного котла

Отопительный котел — основа эффективной системы отопления для тепла и уюта.

Главным показателем эффективности отопительного котла является коэффициент полезного действия (КПД). Определение КПД котла происходит посредством соотношения полезно использованной теплоты и всей теплоты, которая выделилась при сжигании топлива. В идеальном случае расчет КПД производится по формуле:

η = (Q1/ Qri)100%, где Q1 — это теплота, использованная в полезных целях, а Qri — общая теплота.

Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки

Схема отопительного котла бытового назначения.

Схема современного отопительного агрегата бытового назначения.

Повышение тепловой нагрузки, то есть увеличение количества сжигаемого топлива, не всегда приводит к положительным результатам. Одновременно с увеличением тепловой отдачи самого котла растет и потеря теплоты, которая уходит с дымовыми газами, так как их температура пропорциональна балансу температуры оборудования. Эффективность отопительного оборудования при этом уменьшается. Аналогично происходит и при эксплуатации отопителя на пониженной мощности. Если мощность будет ниже эксплуатационной более чем на 15%, это приведет к неполному сгоранию топливного вещества, а, соответственно, к прямому увеличению объема дымовых газов, что также снизит КПД отопительного оборудования. Поэтому важно точно соблюдать мощность котла, чтобы эксплуатировать его в оптимальном состоянии с наибольшей эффективностью.

Вернуться к оглавлению

КПД котлов с различными типами топлива

Расчет КПД котла, приведенный выше, применим только для грубых расчетов и редко используется при проектировании системы отопления. Он не применим для точных расчетов, так как не все тепло, получаемое при сжигании, расходуется на нагрев теплоносителя. Некоторая часть тепла теряется. Поэтому более точный расчет эффективности водогрейного оборудования производится по формуле:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где q2 — потеря теплоты с уходящими продуктами горения; q3 — потери из-за недожога горючих газов; q4 — потери, связанные с механическим недожогом и золообразованием; q5 — потери из-за наружного охлаждения; q6 — потеря тепла со шлаками при очистке топки.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла в отопителе

Вернуться к оглавлению

Потеря тепла с отходящими газами

Потери тепла с уходящими продуктами горения (q2) являются самыми весомыми. Температура продуктов горения напрямую влияет на эффективность отопительного котла.

Нормальный температурный напор на холодном конце воздухонагревателя обеспечивается при температуре 70-110°С.

Основные источники теплопотерь.

Основные источники теплопотерь.

При уменьшении температуры уходящих газов на 12-15°С КПД котла увеличивается примерно на 1%. Однако охлаждение уходящих газов требует увеличения размеров поверхностей нагрева, что увеличивает размеры всей конструкции. Кроме того, при уменьшении температуры отработанных газов есть риск возникновения низкотемпературной коррозии.

Эта температура зависит от температуры поступающего воздуха и вида топлива. Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для различных видов сжигаемого топлива и различной температуры входящего воздуха приведены в таблице ниже.

Вид топлива Температура уходящих газов, oС Температура входящего воздуха, oС
Каменный уголь 130-140 20-30
Слабореакционные угли марок А, ПА, Т 120-130 20-30
Бурые угли
Марки Б3
Марки Б2
Марки Б1
140-145
145-150
150-160
30-40
40-50
60-70
Горючие сланцы 140-150 40-50
Торф 150-160 50-60
Мазут сернистый (sp = 0.5-2%) 150-160 70-90
Природный, попутный газ 110-120 20-30

Чтобы произвести расчет потерь тепла, связанных с уходящими продуктами горения, применяется формула:

q2 = (T1 — T3) (A2/(21 — O2) + B), где Т1 — температура уходящих продуктов горения в контрольной точке за пароперегревателем; Т3 — температура входящего воздуха; 21 — концентрация кислорода в воздухе; О2 — концентрация кислорода в уходящих продуктах горения, ее определение происходит в контрольной точке; А2 и В — коэффициенты, которые зависят от сжигаемого топлива, приведены в таблице ниже.

Сжигаемое вещество А2 B
Мазут 0,68 0,007
Природный газ 0,66 0,009
Уголь 0,664 0,008
Коксовый газ 0,6 0,011
Сжиженный газ 0,63 0,008
Кокс 0,65 0,008
Дерево сухое 0,65 0,008
Вернуться к оглавлению

Потеря тепла из-за химического недожога

Потеря тепла из-за химического недожога

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

Данный вид потери (q3) учитывается, если в качестве топлива используются газообразные вещества или мазут. Для современных газовых котлов он составляет 0,1-0,2%. Если процесс сжигания идет с небольшим избытком воздуха, то потерю следует принимать равной 0,15%, а при большом избытке воздуха — равной нулю. Если же используется смесь газов с разной температурой сгорания, то q3=0,4-0,5%.

Данный вид потерь (q4) характерен для твердых видов топлива. К примеру, для антрацита он равен 4-6%, для полуантрацита — 3-4%, а для каменного угля — 1,5-2%. Малореакционные виды угля необходимо сжигать с жидким шлакоудалением, тогда q4 будет минимальным из приведенных значений, при твердом же шлакоудалении принимается верхняя граница теплопотерь.

http://youtu.be/VuSvSh9Y8Fk

Вернуться к оглавлению

Потери тепла от наружного охлаждения

Данный вид потерь (q5) весьма невелик (составляет менее 0,5%) и уменьшается с ростом мощности отопительного агрегата. Такие потери соответствуют прямому расчету паропроизводительности котла:

Вернуться к оглавлению

Потери тепла при удалении шлаков

Потери, связанные с физическим теплом шлаков, (q6) учитываются при жидком шлакоудалении. Если же шлак из топки удаляется твердым методом, то потеря тепла учитывается только если она составляет более 2,5Q.

Вернуться к оглавлению

Расчет эффективности котла на твердом топливе

Любой отопительный котел был бы идеальным, если бы его эффективность составляла 100%, однако, как уже говорилось ранее, такое невозможно из-за различного рода теплопотерь, зависящих как от сжигаемого топлива, так и от окружающих условий. Приведем пример расчета КПД отопительного устройства, работающего на твердом топливе:

Схема подключения котлов на твердом топливе

Схема подключения котлов на твердом топливе.

Исходя из вышеприведенных параметров, q6 колеблется в пределах от 0,1 до 2,3%.

Потери q5 зависят от номинальной производительности котла и вырабатываемой мощности. Для современных отопительных котлов малой мощности, которые применяются для обогрева частных домов, потери тепла от наружного охлаждения составляют 2,5-3,5%.

Потери от механического недожога (q4) в большей степени зависят от устройства самого котла и применяемого топлива. Теплопотери при этом составляют от 3 до 11%. Потери от химического недожога (q3) зависят от полноты смешивания горючего с поступающим воздухом. В обычных условиях такие потери равняются 0,5-1%.

http://youtu.be/HwwsipMpddk

Основной вид теплопотерь (q2), связанный с температурой уходящий газов, зависит от используемого топлива, температуры уходящих продуктов горения, организации процесса сгорания и особенностей конструкции оборудования. Для достижения нормы теплового расчета в 150°С минимальная рекомендованная температура уходящих газов при сжигании угля должна равняться 280°С. Потери тепла при этом составляют 9-22%.

Оптимальная нагрузка отопительной системы

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

Суммируя все потери, получаем максимальный коэффициент, который может быть получен в современном отопительном котле, равный 100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9%. Достижение подобного показателя может быть только при грамотном монтаже теплового оборудования, наладке высшей эффективности в зависимости от окружающих условий и подборе оптимального топлива. Эффективность отопительной системы зависит от оптимальной нагрузки, которая рекомендована производителем. Работа устройства должна быть организована так, чтобы большую часть времени он работал в экономичном режиме нагрузки.

Основные правила эксплуатации котлов для достижения максимального КПД:

Правильный расчет тяги, соответствующий балансу давления поступающего воздуха и скорости исходящих газов, положительным образом сказывается на полноте сгорания. Однако чрезмерное повышение давления поступающего воздуха влияет на увеличение потерь тепла с уходящими газами. Если же, наоборот, ограничить поступающий воздух, то это приведет к недостатку кислорода, а значит и к снижению процесса горения и увеличению золообразования.

http://youtu.be/VCC5GL4aPHs

Соблюдение данных рекомендаций позволит эксплуатировать отопительный котел в оптимальном режиме с максимальным КПД, что снизит затраты на отопление. Тепла вашему дому!