Қазандық агрегаттың жылулық балансының теңдеулері

Қазандық агрегаттың жылулық балансының түсінігі деп, буды өндіруге жұмсалған жылумен қоса жылу алмасудағы және жағу процессіне байланысты, жылудың жоғалуын есепке ала отыра қазандық агрегатқа кіретін барлық санды теңдігін айтады. Мұндай жылуды алып келуі мен шығын аралық теңдеуі қазандық агрегаттың жылулық балансының теңдеуі деп атайды. Қондырғыны жобалау кезіндегі, қажетті отын шығынын жылу балансының негізімен есептелінеді, ал қазандық агрегатты пайдаланудағы жылумен сынақтауын, оның жұмысының тиімділігін жылу-мен сынақтау кезіндегі, оның жеке элементерінің жылулық көрсеткіштері анықталады. Агрегаттың тұрақталған жылулық жағдайына арналған 1 кг қатты және сұйық отынға және 1 м³ құрғақ газ түріндегі отындарға жылулық балансы құрайды, оның өлшем бірлігі килоджоульмен өлшейді.
Жылулық балансының теңдеуін, мына түрде жазуға болады:

q^p_p=q₁+Σq_шығ

мұндағы q^p_p мүмкінді меншікті немесе көлемдік жылулық, кДж/кг немесе кДж/м³; q₁ - тиімді пайдаланылған меншікті немесе көлемдік жылулық, кДж/кг немесе кДж/м³; Σq_шыг - барлық меншікті немесе көлемдік жылулықтың жоғалуының жиынтығы, кДж/кг немесе кДж/м³. Σq_шыг - шамаларына жылулықтың жоғалуының, мына түрлері кіреді: ұшып шығатын газдармен q₂, химиялық жанбауынан q₃, механикалық толық жанбауынан q₄, агрегаттың сыртының салқындауынан q₅, және шлактың физикалық жылуынан q₆, (көбінесе оның жылуының пайдаға аспауы). Сұйық және газ түріндегі отынды жағу кезіндегі шығындары q₄ және q₆ есепке алмайды. (19.1) теңдеуі толық түрде жазылуы: а) қатты отынды жағу кезінде (кДж/кг): q^p_p=q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆ немесе q^p_p шамасынан, пайызбен:q'₁+q'₂+q'₃+q'₄+q'₅+q'₆=100%
б) сұйық және газ түріндегі отындарды жағу кезінде:q'₁+q'₂+q'₃+q'₄+q'₅және q'₁+q'₂+q'₃+q'₄+q'₅=100% мұндағы q₁=(q₁/q^p_T)*100%; '₁=(q₂/q^p_T)*100%; 1 кг қатты немесе сұйық немесе 1 м³ газ түріндегі отынның, q^p_T мүмкінді жылулығын төмендегі формулаларға сәйкес, анықтайды: q^P_T=q^P_H+i_В+i_ТЛ+i_Ф, q^Р_Т=q^С_Н+i_В+i_ТЛ

мұндағы q^С_Н және q^С_Н қатты және сұйық жұмысшы массасының жануындағы ең төменгі меншікті жылулығы және газ түріндегі, отынның құрғақ массасының ең төменгі жану көлемі; i _ТЛ= C_ТЛ + H_ТЛ мұндағы С_тл - меншікті немесе отынның көлемдік жылу сыйымдылығы, кДж/(м³К) немесе кДж/(кг/К); Т_ТЛ — отынның температурасы, К; і - ауаның физикалық жылулығы, кДж/м³; q_ф - агрегаттан бумен үрлеуімен кіретін, меншікті жылулығы (егер, мұндай бар болса): q_Ф = M_Ф(i_Ф-2513) мұндағы M_Ф - үрлеуге жүмсалатын бу шығыны;i_Ф - үрленетін будың меншікті энтальпиясы, кДж/кг; 2513 кДж/кг - қазандық агрегаттан шығатын өнімнің жануынан, сулы будың меншікті энтальпиясы. Көп жағдайда, формулалар q_Ф жеңілденеді. і_тл шамасын жоюға болады, егер отынның жану жылулығымен салыстырғанда, оны елеуге болмайтындай аз.q_Ф құраушысы жиі болмайды. Мүмкінді жылулықтың, негізгі құраушысы, әр уақытта отынның жану жылулығы болады. Қазандық агрегаттың пайдаланылған, пайдалы жылулығын келесі балансты теңдеумен анықталады (1 сек. ішіндегі агрегаттың құмысы кезіндегі):Bq₁=Дq_k мұндағы В - отын шығыны, кг/с немесе м³/с; Д - агрегаттың бу өнімділігі, кг/с; q_K - меншікті жылу мөлшері, қазандық агрегаттан, сумен қамтамасыз ету кезіндегі, қазандықта өндірілгендегі, оның буға немесе ыстық суға айналуы, кДж/кг. q_K шамасын төменгі формуламен анықтауға болады: а) қазандық агрегаттар үшін, оның қыздырылған бу өндіруін:

мұнадғы і_п.п i_пв i' - қыздырылған будың меншікті энтальпиялары, қамтамасыздандыру суының және қазандық су, кдж/кг; л - тоқтаусыз үрлеушінің үлесі, эдетте Д-дан 2...5% құрайды. Егер, қазандық агрегатта қаныққан бу жасалынатын болса, онда і_п.п (18.8) теңдеуде будың қаныққан меншікті энтальпиясы і" алмастырады; б) қазандық агрегаттар үшін, одан ыстық суды алу үшін: q_k=i₂-i₁ мұндағы і₂ және і₁ - қазандыққа түсетін және одан шығатын сұйық, кДж/кг, судың меншікті энтальпиясы. Қазандық агрегатта пайдалы пайдаланылған жылулықтың, мүмкінді жылулықтан пайызбен алынуын, мына формуламен анықтайды: Сонымен, q'₁ шамасы қазандық агрегаттың, пайдалы әсер коэффициенті, брутто η_к^бр болып есептелінеді, яғни: η_к^бр= 90...94% қазіргі кездегі қуатты қазандық агрегаттар үшін және 70...80% - аз қуатты агрегаттар үшін. (18.10) және (18.11) теңдеулерді қолдана отырып, отын шығынын мына формуланы табамыз: Теңдеу бойынша, қазандық агрегатпен отын шығынын В қабылданған η_к^бр бойынша немесе отынның В белгілі секундты шығыны бойынша есептейді. Газбен ұшып кететін жылулық шығынының жоғалуын түсіндірілуі - қазандық агрегаттан түтінді газдың жеткілікті жоғарғы температурамен шығуы арқылы, көп мөлшерлі жылулықты алып кетеді де, ол қоршаған ауаға тарап кетеді. Бұл жоғалуды, қазандық агрегаттан өнімнің жанып шығуындағы және қазандық агрегатқа түсетін суық ауаның, энтальпия айырмашылығымен анықталады: яғни, i_Кет - меншікті немесе ұшып кететін газдың көлемдік энтапьпиясы кезіне, сәйкес келетін артық ауа коэффициенті а_кет және v_Keт температурадағы, кДж/кг немесе кДж/м³; і°_с.а - меншікті немесе ауаның көлемдік энтальпиясы қазандық агрегатқа келіп түсетін температура кезіндегі, кДж/кг немесе кДж/м³ теориялық қажетті жануға арналған. i_кет және і°_с.a энтальпиясына арналған 1 кг нақтылы жанған отын. Көбейткіш (100-94), теңдеуде (18.13) отынның механикалық түгел жанбауы салдарынан, өнім көлемінің жануының кемуін, есепке алуын, мына формуламен табады: Ұшып кететін газ энтальпиясы У_кет және v_KeT пропорционалды болады. Ауаның артық коэффициентінің үлғаюынан, көлемі ұлғаяды, сондықтан да ұшып кететін газбен бірге шығыны да артады. Агрегатган кейінгі, артық ауа коэффициенті а_кет=а_т+Δа (ат-оттықтағы артық ауа коэффициенті, ал Δа - газ жүргізгіштегі аздап болатын айналдыра ораушыдағы (обмуровка) тығыз жабылмауы арқылы ауа соруы). Сондықтан, қазандық агрегат, ең төменгі ат жұмыс істеуі және отынның химиялық толық жануын қамтамасыздандырылуы тиіс, одан басқа, ауаның саңлаулардан сорылуы минимумда болуы керек. q'₂ шамасы қатты қабатты отынды жағу кезіндегі, агрегаттың, аз қуаттылығының үлкен қазандық агрегатындағы сұйық, шаң түріндегі көмірді және газ түріндегі отынды жағу 6...8 және 10... 15% құрайды. Химиялық толық жанбауынан, q'₃ жоғалуы, ауаның жануға түсуіндегі жетпеу кезінде, жандыру деңгейінің температурасының аздығынан, ауаны отынмен дұрыс араластырмау кезінде және басқа себептерден пайда болады. q'3 шамасын, газдың 9шып шығуы, құрамындағы жанғыш компоненттердің жануының суммалы жылулығымен анықтайды. Жобалау кезінде, қазандық агрегаттардЫң жылулығын есептеу нормасын қолдана отырып, д₃=0...2% деп алады. Жұмыс істеуші агрегаттың ұшып шығушы газдарын талдау мәліметтері бойынша, q'₃ шығынының бағалануын жүргізеді. Егер, ұшып шығатын газдар өнімінің толық жанбау процессінде, тек қана, көміртегінің тотығы болса, онда, қатты және сұйық отынды жағу кезіндегі, әдеттегі жағдайы болады, онда, химиялық толық жанбауындағы жылудың жоғалуын (кДж/кг) мына теңдеумен шешеді: мұндағы Vco - CO көлемі, м3/кг; CO - көлемі бойынша кұрғақ газдағы CO болуы, %; qc0 - CO жануындағы жылулықтың көлемі, 12800 кДж/м3 тең. Қатты отынды жағу кезінде, (18.15) формулаға және (18.13) формуладағы q'₂ механикалық жанбауына түзетулер енгізіледі. Механикалық толық жанбауынан, жоғалуынан, қатты отынның жануы жалғасады. Әдетте, оттыққа түскен отын массасының барлығы түгел жанбайды. Оның кейбір бөлігі, ошақ қалдығына түседі (шлак), қалған майда түрлері оттықтан және түтіндік құбырдан газбен бірге атмосфераға ұшып араласады. Механикалық түгел жанбауынан, суммалы жоғалуын (%), мына теңдеумен шешеді: мұндағы q₄^шл , q₄^туcy , q₄^ушу - шлакпен, түсу және ұшып кетуіне сәйкес жылудың жоғалуы.

q'₄жоғалуы - отынның қасиетіне, оны жағу тәсіліне, оттық конструкциясына, үрлеуші ауаның температурасына, жану бетінің жүктемелік жылулығына және жағушы камераға байланысты. q'₄ мәндерін, қазандық агрегаттарды сынақтау кезіндегі ошақ- тағы қалдық пен газбен ұшушы жанғыш заттардың құрамы бойынша анықтайды. Жобалау кезінде қазандық агрегаттардың жылулығын есептеу нормасын басшылыққа ала отырып, <74=1,0... 12% шамаларын береді. Қазандық агрегаттың сыртының салқындауынан жылудың жоғалуын q'₅ есепке алғанда, айналдыра қаланған сыртқы бетінің, құбырдың орамасынан (изоляция) және агрегаттың металды бөліктерінен, кейбір қызған температураларының жылулығы, аз температуралы қоршаған ортаға беріледі.nq'₅ жылулықты сынақтау кезіндегі жылулық баланстың қалдықты мүшесі ретінде анықталуын, яғни

Қазандық агрегаттардың жылулығын q'₅ есептеу кезіндегісін, арнаулы графикпен анықтайды. q'₅ салыстырмалы жоғалуы кем болған сайын, агрегаттың бірлік өнімділігі артады. q'5 ірі агрегаттар үшін пайыздың бірнеше үлесін құрайды, ал кішілерінікі 3...5% болады. Шлактың физикалық жылулығының жоғалуы, әдетте өте аз және жылулық баланстарын жасау кезінде ғана есепке алады.