Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии

Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии. Н.Д. Денисов-Винский, В.А. Афанасьев Журнал «Теплоэнергоэффективные технологии». №1-2 (65 — 66) | Июнь, 2012 год | стр. 64 — 67 | УДК 643.82.621.182

   статья

   Задачей энергетического обследования котельной является определение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) при осуществлении основного технологического процесса – выработки тепловой энергии посредством сжигания органического топлива (здесь и далее будет рассматриваться наиболее распространенное топливо для котельных в России – природный газ). Для проведения анализа и последующего определения эффективности использования ТЭР составляется энергетический баланс котельной для каждого вида энергетического ресурса. 

   Любой энергетический баланс (энергобаланс) состоит из приходной и расходной частей. Приходная часть энергобаланса содержит количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей (природный газ, вода, воздух, электрическая энергия). Расходная часть энергобаланса определяет расход энергии всех видов во всевозможных её проявлениях: потери при преобразовании энергии одного вида в другой, при её транспортировке, а также при преобразовании её в энергию, накапливаемую в специальных устройствах. При этом приходная и расходная часть энергобаланса должны быть равны. Таким образом, энергетический баланс показывает соответствие, с одной стороны, суммарной подведённой энергии и, с другой стороны, суммарной полезно используемой энергии и её потерями.

   Суммарной подведённой энергии является теплота сгорания использованного топлива – Q сг.т. Суммарной полезной используемой энергией – тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть – Q отп.ТС. Потери тепловой энергии в котельной можно разбить на две группы: потери в котлоагрегатах при выработке тепловой энергии, и затраты на собственные нужды котельной – Q пот.КА и Q СН. Тогда уравнение теплового баланса в котельной в математическом виде может быть записано в виде уравнения:

   где 

Q сг.т. — тепловая энергия сгоревшего топлива;

Q отп.ТС. — тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть;

Q пот.КА. — тепловые потери в котлоагрегатах;

Q СН — тепловая энергия на собственные нужды.

   Для оценки эффективности работы любой технической системы используется обобщённый физический показатель – коэффициент полезного действия (КПД) системы, физический смысл которого есть отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной работе (энергии). Так, применительно к котельной: полезная энергия – тепловая энергия, отпущенная в тепловую сеть –

Q отп.ТС, затраченная энергия – теплота сгоревшего топлива – Q сг.т. Тогда коэффициент полезного действия котельной – η кот можно вычислить, используя выражение:

   В настоящее время на каждой котельной, использующей в качестве топлива природный газ, установлены счётчики расхода – расходомеры потребляемого газа и теплосчётчики для определения величины отпускаемой тепловой энергии в сеть. Таким образом, Q отп.ТС определяется в результате прямого измерения тепловой энергии теплоносителя посредством применения теплосчётчика. Величина теплоты сгоревшего топлива может быть определена косвенным путём – через теплотворную способность топлива

Qн и его расход – объём использованного топлива Bт:

   Таким образом, вычислить среднее значение η кот для наперёд заданного периода времени: сутки, месяц, отопительный период, год при организации соответствующего учёта показаний используемых приборов не составляет труда. Коэффициент полезного действия котельной полностью определяют две величины – коэффициент полезного действия котлоагрегата и затраты энергии на собственные нужды. Наглядно это можно показать, преобразовав выражение (1). Разделим все его части на величину Q сг.т. Получим:

   При учёте соответствующих обозначений получаем выражение:

   где

η кот — КПД котельной;

К пот.КА — коэффициент потерь котлоагрегатов;

К СН — коэффициент затрат тепла на собственные нужды.

   Таким образом, для определения КПД котельной достаточно определить величину потерь в котлоагрегатах и количество тепла, которое идёт на собственные нужды. Однако вычисление потерь в котлоагрегатах представляет определённые трудности. Уравнение теплового баланса котлоагрегата имеет вид:

   где

Q выр. — тепловая энергия, выработанная котлоагрегатами;

Q пот.КА — тепловые потери в котлоагрегатах.

   Разделив обе части уравнения (8) на Q сг.т. — теплоту сгоревшего топлива и сделав преобразования, получим следующее выражение:

   Из уравнения 9 следует, что коэффициент потерь в котлоагрегатах и КПД котлоагрегатов однозначно взаимосвязаны. Вычислив один показатель, мы вычисляем и второй.

   Основным документом, определяющим порядок эксплуатации котлоагрегата является режимная карта, которая составляется организацией, имеющей на то полномочия, после проведения режимно-наладочных испытаний. В соответствии с «Правилами эксплуатации теплоэнергетических установок» периодичность проведения таких испытаний для газовых котельных составляет 3 года. На

рисунке №1 в качестве примера представлена режимная карта парового котла, установленного в одной из котельных, где проводилось энергетическое обследование.

Рисунок №1. Режимная карта котла ДКВр-6,5/13.

   В режимной карте котла приводятся значения основных параметров котлоагрегата для работы на различных уровнях мощности при максимальной эффективности. В процессе эксплуатации мощность котла (котельной) должна изменяться в соответствии с изменением температуры наружного воздуха. Изменять мощность котла можно путём изменения количества сжигаемого газа, т.е. изменяя расход газа. При изменении расхода газа также меняется и КПД котлоагрегата. Для того, чтобы определить КПД котлоагрегата при его работе на определённой мощности, а значит и с определённом расходом топлива, можно воспользоваться данными режимной карты. Для удобства следует найти функциональную зависимость между расходом топлива и КПД котлоагрегата. Зависимость для режимной карты котла ДКВр-6,5/13, изображённой на

рисунке №1, изображена на рисунке 2. 

Рисунок №2. Зависимость КПД котлоагрегата 

от расхода газа для котла ДКВр-6,5/13.

   Если организован периодический (с периодом, например, 1 час) учёт потребляемого газа, то вопрос определения

K пот.КА и η КА решён.

   Приведённые рассуждения относятся к одному котлу. В котельной же устанавливается несколько котлоагрегатов, как минимум 2. Однако при этом в котельной устанавливается общий расходомер потребляемого природного газа. Возникает вопрос, как определить количество газа, потреблённого каждым котлом. При наличие расходомера для каждого котла (что бывает очень и очень редко) вопрос решается, как и для одного котла. 

   При наличии одного общего расходомера задача определения и для каждого котельного агрегата может быть решена при применении данных давления газа перед горелками котельного агрегата. Суть методики заключается в определении доли потребления природного газа каждым котлом за заданный промежуток времени согласно данным режимной карты и суточной ведомости котлов при их параллельной работе и последующим фактическим определением количества природного газа, потреблённым каждым котлов за тот же промежуток времени.  

Рисунок №3. Функциональная зависимость между давлением газа перед горелками

и расходом топлива котла.

   По данным, которые приведены в режимной карте котла, а именно давление газа перед горелками и расход природного газа для соответствующих режимов работы котла, необходимо найти функциональную зависимость. Она приведена на

рисунке №3 и описывается следующим уравнением:

   Следующим шагом к определению доли потребления природного газа каждым котлом за заданный промежуток времени является вычисление среднего значения давления газа перед горелкой для каждого котла согласно суточным ведомостям работы котлов. 

   Рассмотрим суточные ведомости котельной, где установлены котлы, чья режимная карта приведена на рисунке №1. Здесь следует ввести основное ограничение описываемой методики, которое заключается в том, что все приведённые выводы справедливы для котлов, у которых режимные карты в первом приближении совпадают. В таблице №1 приведены данные из суточных ведомостей двух параллельно работающих котлов. 

Таблица №1. Данные из суточных ведомостей 

двух параллельно работающих котлов.

   Среднее значение давления за указанный промежуток времени для первого котла составляет 73,9 кгс/м², для второго котла 86,9 кгс/м². Согласно этим величинам и уравнению 10 мы можем найти средний удельный расход природного газа через каждый котёл в единицу времени. Тогда для первого котла этот расход равен 551,27 м³/час, соответственно для второго – 598,3 м³/час. 

   После того, как был найден удельный расход природного газа через каждый котёл в период времени с 9:00 до 18:00, найдём, сколько всего природного газа было потреблено котлами за заданный промежуток времени – т.е. с 9:00 по 18:00. Для этого умножим соответствующие данные на количество часов – на 10 часов. Тогда получим для первого котла 5 512,7 м³, для второго котла 5 983 м³. По этим данным можно найти долевое потребление природного газа каждым котлом: 

   Таким образом, согласно вычислениям, первый котёл за период времени от 9:00 до 18:00 потребил , а второй от всего природного газа, израсходованного котельной за заданный промежуток времени. Зная общее — фактическое (по счётчику) количество потреблённого природного газа котельной за заданный промежуток времени, можно найти, сколько фактически за этот промежуток времени потребил каждый котёл. Для данной котельной в период с 9:00 по 18:00 при работе двух котлов в параллельном режиме было потреблено 10 114 м³ природного газа. Тогда первый котёл потребил за этот промежуток времени 4 849,6 м³ природного газа, а второй котёл потребил 5 264,3 м³. Зная, какое количество теплоты было получено при работе каждого котла за заданный промежуток времени, а также зная теплотворную способность природного газа, можно определить КПД работы каждого котла за заданный промежуток времени. 

   Другой способ определения КПД работы котла можно определить по режимной карте. Для этого необходимо перейти к фактическому расходу природного газа через каждый котёл, разделив фактическое потребление каждого котла за заданный промежуток времени, на величину этого промежутка. Для первого котла получим 484,96 м³/час, для второго – 526,43 м³/час. На рисунке №2 дана зависимость между КПД котла и расходом природного газа согласно данным режимной карты. Таким образом для первого котла КПД в период с 9:00 по 18:00 равен 89,7%, а для второго котла 90,5%. 

   Для определения КПД работы котлов в параллельном режиме, необходимо учитывать долевое «участие» работы каждого котла при генерации тепловой энергии. Таким образом, общий КПД работы котлов равен 90,11%. Точность определения КПД работы котлов, как по отдельности, так и вместе, зависит, главным образом, от временного периода.

   После определения КПД работы котлов не составляет трудности определить коэффициент потерь в котлоагрегатах, а уже после затраты тепла на собственные нужды. Таким образом, составив тепловой баланс котельной для заданного промежутка времени можно определить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и в дальнейшем осуществлять энергосберегающие мероприятия.

© Н.Д. Денисов-Винский

7.3. Расчет кпд, расхода топлива и полезно использованной в котле теплоты

1. Тепловой баланс котла характеризует равенство между количествами подведенной и расходуемой теплоты.

2. Расход топлива паровым котлом, вырабатывающим перегретый пар, определяется по формуле 

3. Расход топлива паровым котлом, работающим на газообразном топливе, определяемый по формуле выражается вм³/с.

4. Теплота , воспринятая водой и паром в паровом котле, вырабатывающем перегретый пар, может быть определена из уравнения

5. Суммарные потери теплоты в котле складываются из потерь с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от механического недожога, через ограждения топки и конвективных газоходов, с физической теплотой шлаков.

6. КПД котла «брутто» методом прямого баланса рассчитывается по формуле

7.Если Q₁ = 27 МДж/кг, Q_i^r = 30 МДж/кг, то КПД котла «брутто» в % равен …

8. Балансовые испытания проводят в установившемся (стационарном) режиме работы котла.

9. Если при балансовых испытаниях не представляется возможным точно измерить расход топлива котлом, то для его определения применяют метод обратного баланса.

10. КПД котла «брутто» методом обратного баланса рассчитывается по формуле

11. В уравнении теплового баланса котла потери теплоты с физической теплотой шлаков, удаляемых из топки, обозначаются q₆.

12. Если потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от механического недожога, через ограждения топки и конвективных газоходов и с физической теплотой шлаков суммарно составляют 7,8%, то КПД котла «брутто» равен

13. Если КПД котла «брутто» равен 92,5%, то потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от механического недожога, через ограждения топки и конвективных газоходов и с физической теплотой шлаков суммарно равны

14. КПД «брутто» современных котлов превышает 90 %.

7.4. Технологическая схема котельной установки

1. Пароперегреватель обозначен на рисунке цифрой 2.

2. Водяной экономайзер обозначен на рисунке цифрой 3.

3. Водоподготовка включает следующие процессы осветление, умягчение и деаэрацию.

4. Центробежный скруббер предназначен для очистки дымовых газов.

5. Назначение дымовой трубы уменьшение средней концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

6. К снижению выбросов оксидов азота с дымовыми газами приводит снижение температуры в ядре факела.

7. Высота дымовых труб современных тепловых электростанций достигает 300 м.

8. Необходимость очистки дымовых газов от золы связана с защитой атмосферы и предотвращением абразивного износа оборудования.

9. В результате повышения термического сопротивления стенок экранных труб из-за отложений накипи металл труб может потерять прочность.

10. Из-за отложений накипи на внутренних стенках экранных труб охлаждение стенок труб движущимися внутри них водой или паром ухудшается.

11. Средством уменьшения уноса солей с паром является промывка пара питательной водой в барабане котла.

12. Если паропроизводительность котла D=14 т/ч, продувка составляет D_пр=0,35 т/ч, то расход питательной воды в т/ч равен

7

КПД парового котла

КПД парового котла

При выработке пара в котле рабочее вещество — вода обычно проходит последовательно водонагревательные, испарительные и пароперегревательные поверхности. В отдельных случаях котел может не иметь экономайзера или пароперегревателя. Теплота, воспринятая водой в экономайзере, МДж/кг (или МДж/м³), составляет

где h’_пв, h»_пв — энтальпии питательной воды на входе и выходе экономайзера, МДж/кг.

Тепловосприятие испарительных поверхностей, если условно считать пар сухим насыщенным,

 

Тепловосприятие пароперегревателя

 

Суммарное количество теплоты, пошедшей на выработку пара, МДж/кг (или МДж/м³),

 

С учетом продувки из котла части воды для поддержания определенного ее солесодержания, а также при наличии в котельной установке передачи части насыщенного пара на сторону и при дополнительном пароперегревателе для вторичного перегрева пара полезно затраченная теплота на единицу сжигаемого топлива, МДж/кг (или МДж/м³), составит

 

где D_Пр, D _нас и D_вт.п — расходы продувочной воды, насыщенного пара и пара через вторичный пароперегреватель, кг/с; h_кв, h’_втп, h»_втп — энтальпии продувочной воды, пара па входе и выходе вторичного пароперегревателя, МДж/кг.

Расход продувки D_np для котельных установок промышленных предприятий доходит до 5-10% его паропроизводительности D; для котлов конденсационных электростанций он не превышает 1 -2 % D. При определении затрат теплоты на выработку пара Q_пол, если Р= D_пр/D ≤ 2% продувка может не учитываться.

При расходе топлива В в единицу времени, кг/с (или м³/с), полезно затраченная теплота, МВт, составляет

 

По определению ȵ_к = Q_пол/Q^p_p 100%.
С учетом выработки перегретого и насыщенного пара, наличия продувки воды и вторичного перегрева пара КПД парового котла, %, подсчитывается по формуле

 

Расход топлива в кг/с (или м³/с) при этом составляет

 

Определение КПД парового котла по (2.28) как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте топлива — это определение его по прямому балансу.

КПД парового котла можно определить и по обратному балансу — через тепловые потери. Из (2.20) и (2.21) для установившегося теплового состояния получаем

 

КПД парового котла, определяемый по (2.28) или по (2.30), не учитывает затрат электрической энергии и теплоты на собственные нужды (на приводы насосов, вентиляторов, дымососов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления, работы обдувочных аппаратов и т.д.). Такой КПД парового котла называют КПД брутто и обозначают ȵ_бр или ȵ_к.
Если потребление энергии в единицу времени на указанное вспомогательное оборудование составляет ΣNС, МДж, а удельные затраты топлива на выработку электроэнергии b, кг/МДж, то КПД парового котла с учетом потребления энергии вспомогательным оборудованием (КПД нетто), %,

Иногда ȵ_ку называют энергетическим КПД парового котла. Для котельных установок промышленных предприятий затраты энергии на собственные нужды составляют около 4 % вырабатываемой энергии.

расчет и способы повышения эффективности

31 марта 2019

Коэффициент полезного действия указывает на теплоэффективность отопительного котла. Это один из важнейших показателей оборудования, позволяющий спрогнозировать, сколько топлива потребуется для обогрева помещения. КПД газового котла отопления обязательно указывается производителем в техническом паспорте, поэтому покупатель получает возможность подобрать оптимальную модель. Рассмотрим способы расчета коэффициента полезного действия, особенности выбора оборудования на основе показателя эффективности.

От чего зависит КПД котла

Коэффициент полезного действия представляет собой процент от теплотворного показателя горючего. Иными словами, КПД указывает, какую часть от теплоты сгорания топлива котлу удается использовать для обогрева. При этом любые расчеты принимают за основу свойства природного газа, который соответствует принятым государственным стандартам.

Показатели оборудования зависят от нескольких основных факторов:

• тип горелки – закрытые модели демонстрируют более высокую эффективность, нежели атмосферные;

• конструкция теплообменника – максимальный объем энергии теплоносителю передают настенные и напольные конденсационные модели;

• система управления – датчики, автоматические решения, встроенный или смонтированный отдельно насос гарантируют рациональное использование топлива;

• тип розжига – при устройстве электроподжига отсутствует необходимость в установке постоянно работающего запальника, что экономит ресурс;

• сторонние факторы – правильность установки, конструкция дымохода и т.д.

Самые энергоэффективные котлы относятся к категории дорогих, но затраты на их покупку и установку с лихвой окупаются за счет минимального потребления горючего, длительного срока эксплуатации.

Методы расчета КПД для газового котла

В России для подсчета эффективности котлов на официальном уровне до сих пор используется методика обратного баланса. Расход энергии высчитывается по нижнему порогу сгорания топлива, из этой величины вычитается количество тепла, ушедшего в дымоход (определяется с помощью калорифера). В реальных условиях этот способ неактуален по двум причинам: качественная теплоизоляция корпуса оборудования и автоматическая регулировка работы горелок.

Производители высчитывают КПД газового котла отопления по такой формуле:

η = (Q1/Qri)*100%

Где:

Q1 – тепло, которое котел использовал для отопления;

Qri – общее количество энергии, выделяемое при сгорании природного газа.

Результат такого расчета является примерным, поскольку не учитывает все разнообразие погрешностей при работе оборудования в реальных условиях. На месте можно вычислить величину таких отклонений по формуле:

η = 100-(q2+q3+q4+q5)

Где:

q2 – тепло выводимых продуктов сгорания;

q3 – недожог газа, связанный с ошибочными пропорциями газовоздушной смеси;

q4 – механический недожог топлива и потери тепла из-за образования сажи;

q5 – влияние на теплопотери, зависящие от внешней температуры.

Рассчитать реальные погрешности можно только после установки и запуска котла, поэтому при покупке приходится ориентироваться на показатели производителя. Важно помнить, что самое большое влияние на коэффициент энергоэффективности оказывает температура отводимых газов. Так, снижение этого показателя на 10-15 градусов позволяет выиграть 1% КПД. В случае с обычными котлами «в трубу» уходит около 6% энергии, тогда как оборудование конденсаторного типа теряет всего 0,5% при отведении продуктов сгорания.

Причины снижения КПД

Газовые напольные котлы и настенные модели демонстрируют наиболее высокую энергоэффективность сразу после установки. Со временем этот показатель снижается в силу двух основных факторов:

• загрязнение горелок – нагар постепенно забивает тонкие отверстия, что становится причиной плохого прогорания топлива;

• кальцинация теплообменника – этому в большей степени подвержены настенные котлы, у которых медные трубки имеют малый диаметр.

Также максимальную отдачу от газового оборудования мешают получить общие теплопотери дома. Ветхие окна и двери, стены с высоким показателем теплопроводности препятствуют формированию комфортного микроклимата, даже если сам по себе котел обладает высоким КПД.

Еще одним важным нюансом остаются радиаторы – от них эффективность всей системы зависит на 80%. Важно использовать качественные современные секции, которые будут легко отдавать тепло окружающему пространству. Эксплуатация старых, забитых, закрашенных или поврежденных коррозией радиаторов не даст насладиться зимой теплом.

Виды теплопотерь

Разобравшись в том, что такое КПД в котлах отопления, необходимо проанализировать причины, мешающие добиться от оборудования максимальной отдачи.

• Механический недожог – для поддержания процесса горения к горелке должен поступать свежий воздух. Для этого в котле предусмотрена миниатюрная дверца – поддувало. Если это окошко открыто слишком сильно, внутри камеры образуется сквозняк, вытягивающий часть несгоревшего газа в дымоход. При этом КПД падает на несколько процентов.

• Химический недожог – если наблюдается нехватка кислорода, газ также не прогорает полностью, поэтому отправляется в дымоход. В таком случае коэффициент полезного действия способен снизиться на 7%.

• Общие теплопотери – отсутствие надлежащей термоизоляции крыши крадет 10-25% КПД. Хорошо проводящие тепло стены забирают 20-30% мощности котла. Старые окна и двери лишают вас 15-25% отопления. Пол на грунте уменьшает эффективность обогрева на 3-6%, а неправильное обустройство системы вентиляции удаляет из помещения 30-40% тепла.

Как увеличить КПД газового котла

• Регулировка поддува – определить предпочтительное положение заслонки можно экспериментальным способом. Остановитесь на таком положении, при котором встроенный градусник котла будет показывать наиболее высокую температуру.

• Продувка системы отопления – периодическое проведение такой очистки убережет трубы от зарастания грязью или накипью.

• Чистка дымохода – следите за тем, чтобы канал не зарастал копотью. Сужение трубы приводит к падению тяги, препятствует полноценному сгоранию топлива и увеличивает вероятность отравления угарным газом.

• Чистка горелки – камеру сгорания рекомендуется тщательно мыть хотя бы раз в три года. Эту процедуру желательно доверить специалисту.

• Установка ограничителей тяги – если дымоход слишком широкий и через него уходит много тепла, можно воспользоваться специальным устройством, регулирующим сечение трубы. Перед этим обязательно следует проконсультироваться со специалистом.

• Регулировка оборудования – после установки и запуска котла попросите мастера настроить котел на экономичный режим работы.

• Установка турбулизатора – это особая пластина, которая монтируется между теплообменником и камерой сгорания, увеличивая площадь теплоотдачи.

• Использование датчиков – миниатюрные устройства позволяют отслеживать температуру окружающего воздуха, контролировать подачу газа и прочие параметры работы оборудования. Некоторые модели котлов имеют встроенные системы управления, для других автоматику можно приобрести отдельно.

Дополнительно рекомендуется устранить мостики холода в самом помещении. Возможно, потребуется утепление стен, перекрытий, замена окон и дверей.

Установка радиаторов для получения максимального КПД

Радиаторы устанавливают на участках, где тепловые потери помещения наиболее значительные, например, рядом с окнами. Чтобы добиться максимального КПД, подоконник должен перекрывать около 2/3 верхней плоскости батареи и находиться от ее поверхности примерно в 10 см. Рекомендованное расстояние между радиатором и полом составляет 12 см. Заднюю поверхность батареи от стены должны отделять 2 см. Это создаст правильную естественную конвекцию, при которой некоторое количество тепла уходит на обогрев стены и блокировку теплопотерь помещения, а большая часть энергии направляется на обогрев.

Теплопотери при удалении горючих газов

При сгорании природного газа выделяются углерод, углекислый газ и водяной пар. В котлах с обычным теплообменником весь этот коктейль выводится наружу практически сразу после образования. Но современные производители предлагают конденсационные котлы, которые позволяют использовать тепло продуктов сгорания по максимуму. Внутри такого теплообменника водяной пар конденсируется и отдает энергию. Остывшую влагу необходимо периодически сливать и утилизировать специальным образом, поскольку она содержит кислоту.

Обычно заявленный показатель КПД конденсационных котлов превышает 100%, что кажется невероятным с точки зрения физики. Чтобы разобраться с этим вопросом, необходимо разграничивать два понятия:

• НУТС (низшая удельная теплота сгорания) – энергия, получаемая из топлива, когда все продукты сгорания выводятся во внешнюю среду;

• ВУТС (высшая удельная теплота сгорания) – количество энергии, которая учитывает потенциал водяного пара.

В нормативной документации все расчеты проходят с использованием НУТС. Если же учитывать используемую энергию водяного пара, но расчеты вести на основе низшей удельной теплоты сгорания, получаем цифры, которые превышают 100%. В целом разница между НУТС и ВУТС составляет примерно 11% — это и есть предельная разница в КПД котлов с разными теплообменниками.

Каким должен быть энергоэффективный котел

Указанные в документах характеристики и богатый практический опыт показывают, что импортные котлы обладают наиболее высоким КПД. Европейские производители уделяют особое внимание применению энергосберегающих технологий, что позволяет получать максимальную отдачу от оборудования. Составим «портрет» идеального газового котла:

• модуляционная горелка – автоматически подстраиваются под режим работы системы, минимизируя процент недожога;

• нагрев теплоносителя не более 70 градусов, отводимых газов – до 110 градусов, что обеспечивает оптимальный баланс КПД, желательно наличие конденсационного теплообменника;

• коаксиальный дымоход – закрытая камера сгорания требует от оборудования канала для отвода продуктов сгорания типа «труба в трубе», что позволяет подогревать поток воздуха с улицы;

• система рециркуляции – позволяет использовать тепло отработанных газов для обогрева помещения.

Конечно, такого идеального котла не существует, но список лучших технических решений поможет выбрать достойную модель.

Лучшие модели и производители

Интересуясь КПД котлов отопления на газе, стоит ознакомиться с перечнем наиболее удачных вариантов от всемирно известных производителей.

• Vaillant ecoVIT, VKK INT 286/4 – одноконтурная модель для напольной установки. Имеет закрытую камеру сгорания, высокий уровень автоматизации.

• DeDietrich Naneo, PMC—M 34/39 MI Plus – конденсационный котел для настенного монтажа. Комбинированная закрыто-открытая камера сгорания и встроенная система управления.

• ACV Alfa Comfort 60 v15 – энергонезависимый напольный котел, который не требует подключения к электросети. Простой и надежный вариант по демократичной стоимости.

Заключение

При выборе газового котла необходимо учитывать указанную производителем величину КПД, температуру дымовых газов и модель теплообменника. Для получения максимальной отдачи следует устранить общие и специфические теплопотери. Если вас интересует качественное оборудование для обогрева дома, в нашем каталоге легко подобрать энергоэффективную модель от европейского производителя. Менеджер «Смартекс24» готов проконсультировать каждого клиента и помочь с выбором.

КПД газового котла – расчеты и советы по увеличению

Содержимое:

1. Как рассчитать КПД котла отопления на газе
2. У какого газового котла самый высокий КПД
3. Как увеличить КПД отопительного котла на газе

Теплоэффективность котельного оборудования, указывается в коэффициенте полезного действия. КПД газового котла, обязательно прописывается в технической документации. Согласно заверениям производителей, у некоторых моделей котлов, коэффициент достигает 108-109%, другие работают на уровне 92-98%.

Чтобы самостоятельно рассчитать теплоэффективность котла и предпринять шаги для увеличения КПД, потребуется хорошо понимать, что скрывается за приведенными цифрами.

Как рассчитать КПД котла отопления на газе

Методика расчета эффективности, происходит посредством сравнения затраченной тепловой энергии для нагрева теплоносителя и фактического количества всей теплоты, выделенной во время сжигания топлива. В заводских условиях, вычисления выполняют по формуле:

η = (Q1/ Qri) 100%

В формуле расчетов КПД водогрейного котла на газе, указанные значения означают:

• Qri – общее количество тепловой энергии, выделяемое при сжигании топлива.
  
• Q1 – тепло, которое удалось аккумулировать и использовать для нагрева помещения.
  

Данная формула не учитывает много факторов: возможные теплопотери, отклонения в рабочих параметрах системы и т.п. Расчеты позволяют получить исключительно средний коэффициент полезного действия газового котла. Большинство производителей указывают именно данное значение.

На месте проводится оценка погрешности определения теплоэффективности. Для вычислений применяют еще одну формулу:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Расчеты помогают провести анализ, согласно особенностям конкретной системы отопления. Сокращения в формуле обозначают:

• q2 – теплопотери в отходящих газах и продуктах сгорания.
  
• q3 – потери, связанные с неправильными пропорциями газовоздушной смеси, по причине которых возникает недожог газа.
  
• q4 – тепловые потери, связанные с появлением на горелках и теплообменнике сажи, а также, механический недожог.
  
• q5 – теплопотери, в зависимости от наружной температуры.
  
• q6 – потери тепла при охлаждении топки во время очистки ее от шлаков. Последний коэффициент, относится исключительно к твердотопливным агрегатам и не учитывается при расчетах КПД оборудования, работающего на природном газе.
  

Реальный КПД газового отопительного котла, рассчитывается исключительно на месте и зависит от грамотно сделанной системы дымоудаления, отсутствия нарушений при установке и т.п.

Сильнее всего оказывает влияние на теплоэффективность, температура уходящих газов, отмеченная в формуле маркером q2. При уменьшении интенсивности нагрева отходящих градусов на 10-15°С, повышается КПД на 1-2%. В связи с этим, самый высокий КПД в конденсационных котлах, относящихся к классу низкотемпературного отопительного оборудования.

У какого газового котла самый высокий КПД

Статистика и техническая документация, ясно указывают, что котлы импортного производства имеют наибольший КПД. Европейские производители, делают особый акцент на применении энергосберегающих технологий. Иностранный газовый котел, имеет высокий КПД, так как в его устройстве сделаны некоторые модификации:

• Используется модуляционная горелка – современные котлы ведущих производителей, оснащены плавнодвухступенчатыми или полностью модулируемыми горелочными устройствами. Преимущество горелок – автоматическая приспособляемость к фактическим рабочим параметрам системы отопления. Процент недожига снижается к минимуму.
  
• Нагрев теплоносителя – оптимальный котел, это агрегат, разогревающий теплоноситель до температуры не более 70°С, при этом, отходящие газы нагреваются не более 110°С, что и обеспечивает максимальную теплоотдачу. Но, при низкотемпературном нагреве теплоносителя, наблюдается несколько минусов: недостаточная сила тяги, усиленное конденсатообразование.
  Теплообменники в газовых котлах с самым высоким коэффициентом полезного действия, изготавливаются из нержавеющей стали и снабжаются специальным блоком-конденсатором, предназначенным для отбора тепла, находящегося в конденсате.
  
• Температура подводящего газа и воздуха, поступающего на горелку. Котлы закрытого типа, подключаются к коаксиальному дымоходу. Воздух поступает в камеру сгорания через наружную полость двуполостной трубы, предварительно подогреваясь, что снижает необходимые теплозатраты на несколько процентов.
  Горелки с предварительным приготовлением газовоздушной смеси, также подогревают газ перед подачей его на горелку.
  
• Еще один популярный вариант модификации – установка системы рециркуляции отходящих газов, когда дым не сразу поступает в камеру сгорания, а проходит через ломанный дымоходный канал и поступает после подмешивания свежего воздуха, обратно на горелочное устройство.
  

Максимальное КПД достигается при температуре конденсатообразования или «точки росы». Котлы, работающие в условиях низкотемпературного нагрева, называются конденсационными. Их отличает, малое потребление газа и высокая теплоэффективность, что особенно заметно при подключении к газобаллонным установкам и газгольдеру.

Конденсационные котлы, предлагают несколько европейских производителей, среди которых:

• Viessmann.
  
• Buderus.
  
• Vaillant.
  
• Baxi.
  
• De Dietrich.
  

В технической документации к конденсационным котлам, указано, что КПД устройств при подключении к низкотемпературным системам обогрева, составляет 108-109%.

Как увеличить КПД отопительного котла на газе

Существуют всевозможные хитрости повышения КПД. Эффективность способов, зависит от первоначальной конструкции котла. Для начала, используют модификации, не требующие изменений в работе котла:

• Изменение принципа циркуляции теплоносителя – здание прогревается быстрее и равномернее, при подключении циркуляционного насоса.
  
• Установка комнатных терморегуляторов – модернизация котлов для повышения КПД с помощью датчиков, контролирующих не нагрев теплоносителя, а температуру в помещении, эффективный метод увеличения теплоэффективности.
  
• Повышение коэффициента использования газа в бытовом котле, приблизительно на 5 -7%, происходит при замене горелочного устройства. Установка модуляционной горелки, способствует улучшению пропорций газовоздушной смеси и соответственно, уменьшает процент недогара. Тип установленного горелочного устройства, находится в прямой зависимости, относительно уменьшения потерь тепла.
  
• Вместо полной модификации котла, может потребоваться частичное преобразование конструкции и регулировка расхода топлива. Если изменить положение горелок и установить их ближе к водяному контуру, удастся увеличить КПД еще на 1-2%. Тепловой баланс котельного агрегата, увеличится в большую сторону.
  

Определенное увеличение КПД, наблюдается при регулярном обслуживании оборудования. После очистки котла, находящегося в эксплуатации и удаления накипи с теплообменника, его эффективность увеличивается, как минимум на 3-5%.

КПД уменьшается при загрязнении теплообменника, по причине того, что накипь, состоящая из солевых отложений металлов, имеет плохую теплопроводность. По этой причине, наблюдается постоянное увеличение расхода газа и впоследствии, котел полностью выходит из строя.

Наблюдается небольшое увеличение КПД при сгорании сжиженного газа, достигаемое за счет снижения скорости поступления топлива на горелку, что приводит к уменьшению недогара. Но, теплоэффективность увеличивается незначительно. Поэтому, природный газ продолжает оставаться самым экономичным из всех используемых традиционных типов топлива.

Определение КПД вспомогательного котла. Способы повышения экономичности судовых котлов.

Одним из показателей экономичности является коэффициент полезного действия, который представляет собой отношение количества полезно использованной теплоты к количеству теплоты, подведенной к котлу. Это интегральный показатель, так как характеризует соотношение полезного эффекта и затрат на его получение с учетом всех тепловых потерь во время функционирования котла.
Наиболее полное представление об экономических показателях работы судового котла дает тепловой баланс, который показывает, сколько теплоты поступает в котел, какая часть ее используется полезно (на производство пара), а какая теряется. Тепловой баланс – это приложение закона сохранения энергии к анализу рабочего процесса котла. При анализе рабочего процесса котла на стационарном режиме его работы тепловой баланс составляется на основании результатов теплотехнических испытаний.
В общем виде уравнение теплового баланса имеет вид:
Qпод = Q1 + +Qпот, i (1),

где Qпод – количество теплоты, подведенной к паровому котлу, Кдж/кг; Q1 – полезно использованная теплота, кДж/кг; Qпот – тепловые потери, кДж/кг.
В нормативной методе расчета учитывается вся теплота, подводимая в топку с 1 кг топлива:
Qпод = Q р = Qрн + Qт + Qв + Qпр (2),

где Qпод – количество теплоты, подведенной к паровому котлу, Кдж/кг; Qрн — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг; Qт, Qв, Qпр – количество теплоты, вносимое соответственно с топливом, воздухом и паром, который подводится для распыления топлива, кДж/кг.
Физическая теплота топлива определяется следующим образом:

Qт = ст tт (3),
где ст – теплоемкость топлива при температуре его подогрева tт, кДж/(кг*К).
Величина Qв учитывает лишь ту теплоту, которая получена воздухом вне котла, например, в паровом воздухоподогревателе. При обычной компоновке котла с газовым подогревом воздуха она равна количеству теплоты, вносимой в топку с холодным воздухом, т.е.:
Qв = Qхв =?V0cхвtхв = ?Iхв (4),
где ? – коэффициент избытка воздуха; cхв – теплоемкость холодного воздуха при температуре tхв, Iхв – энтальпия теоретического количества воздуха V0, кДж/кг.
Количество теплоты, подводимой в топку с паром для распыления мазутов:
Qпр= Gпр/Вк (iпр –i//) (5),
где Gпр — расход пара на распыление Вк топлива, кг/ч, iпр, i// — энтальпия пара на распыление топлива и сухого насыщенного пара в уходящих газах, кДж/кг. Величина i// может приниматься равной 2500 кДж/кг, что соответствует парциальному давлению паров воды в уходящих газах РН2О ? 0,01МПа.
Для судовых котлов определяющей величиной в уравнении (2) является Qрн, так как сумма остальных слагаемых не превышает 1% от Q р. В связи с этим при составлении теплового баланса судовых котлов обычно принимают при подогреве дымовыми газами Qпод = Qрн, а при подогреве паром Qпод = Qрн + Q в.
Обычно тепловой баланс выражают в относительных единицах (долях единицы или в %), разделив правую часть уравнения (1) на Qрн, с учетом того, что Qпод = Qрн, т.е.:
100 = ?к + qi (6).

Коэффициент полезного действия котла, %:
?к = (100 Q_1)/(Q р/н) (7).
Тепловые потери, %: qi = (100 Q_1)/(Q р/н) (8).
Существует два основных метода теплотехнических испытаний. В первом случае определяют количество использованной в котле теплоты Q1 (уравнение прямого теплового баланса), во втором – тепловые потери ??Q_пот (уравнение обратного теплового баланса).
Для вспомогательных котлов, генерирующих насыщенный пар, формула расчета КПД имеет вид:
?к = (D_(к ) (i_x-i_пв))/(ВQ р/н) (9),
где D_(к ) — полная паропроизводительность котла, кг/с; i_x – энтальпия влажного насыщенного пара, кДж/кг;i_пв- энтальпия питательной воды, кДж/кг; В – расход топлива при нормальной нагрузке котла, кг/с.
Метод определения КПД по прямому балансу требует создания сложной измерительной схемы. В эксплуатационных условиях проще определять потери теплоты qi по результатам измерений параметров процессов, протекающих в воздушно-газовом тракте котла. В этом случае КПД определяют по уравнению (6), т.е. методом обратного баланса.
В судовых котлах обычно учитывают тепловые потери с уходящими дымовыми газами q2, от химической q3 и механической q4 неполноты сгорания топлива и в окружающую среду q5. КПД по обратному балансу:
?к = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 ) (10).

Тепловые потери q2 снижают благодаря применению экономайзера и воздухоподогревателя (хвостовые поверхности нагрева). Также совершенствованием топочных устройств достигается уменьшение коэффициента избытка воздуха. Однако снижение потери q2 ограничивается нижним пределом уходящих газов.
Основными факторами, определяющими потери теплоты от химической неполноты горения, являются сорт топлива, совершенство топочного устройства и качество его обслуживания. Потеря q3 возрастает при уменьшении коэффициента избытка воздуха при низкой температуре и недостаточном объеме топки. При рациональной компоновке котла и правильном его обслуживании эта потеря может быть сведена к весьма малому значению, которое при мазутном отоплении редко превышает 0,5%.
Потерю теплоты от механической неполноты горения q4 обычно учитывают для котлов с угольным отоплением. Для агрегатов с мазутным отоплением потеря q4 возможна при неправильном обслуживании, работе с чрезмерным избытком или недостатком воздуха и низком качестве распыления мазута. В этих случаях потеря q4 появляется вследствие сажеобразования и коксования мазута.
Потеря теплоты в окружающую среду через наружные поверхности q5 определяется размерами котла, качеством изоляции, компоновкой воздушных каналов и обшивки. При достаточной теплоизоляции и хорошем ее состоянии потеря q5 зависит от режима работы. Вспомогательные котлы обычно характеризуются большими потерями: q5 =1,5?2,5% и более. При снижении нагрузки (расходу топлива) потеря q5 возрастает, т.к. количество теплоты, теряемое через наружные поверхности агрегата за единицу времени, остается практически постоянным при изменении в известных пределах (25-140 % от нормальной его нагрузки).
Тепловые потери в окружающую среду в условиях эксплуатации могут увеличиваться вследствие пропусков воды и пара арматурой. Увлажнение изоляции совершенно недопустимо, так как это вызывает ее разрушение и увеличивает тепловую потерю q5.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА — это… Что такое КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА?



КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА

(Boiler efficiency) — отношение количества теплоты, переданной воде котла для превращения ее в пар при сжигании 1 кг топлива, к величине теплотворной способности топлива, т. е. количеству тепла, которое выделяется при полном сжигании 1 кг топлива. К. П. Д. котлов достигает величины порядка 0,60—0,85.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

• КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВИНТА
• КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МАШИНЫ

Смотреть что такое «КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОТЛА» в других словарях:

• коэффициент полезного действия котла — 3.9 коэффициент полезного действия котла ηK: Отношение теплопроизводительности Q к теплопотреблению QB: Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• коэффициент полезного действия — 3.1 коэффициент полезного действия : Величина, характеризующая совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной энергии к подведенной. [ГОСТ Р 51387, приложение А] Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — отношение полезно затрачиваемой работы или получаемой энергии ко всей затраченной работе или соответственно потребляемой энергии. Напр., К. п. д. электродвигателя отношение механ. мощности, им отдаваемой, к подводимой к нему электр. мощности; К.… …   Технический железнодорожный словарь

• Коэффициент полезного действия — Запрос «КПД» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Коэффициент полезного действия (КПД)  характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно… …   Википедия

• коэффициент полезного действия h — 3.7 коэффициент полезного действия h , %: Отношение полезной выходной мощности к подводимой теплоте. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54442-2011: Котлы отопительные. Часть 3. Газовые котлы центрального отопления. Агрегат, состоящий из корпуса котла и горелки с принудительной подачей воздуха. Требования к теплотехническим испытаниям — Терминология ГОСТ Р 54442 2011: Котлы отопительные. Часть 3. Газовые котлы центрального отопления. Агрегат, состоящий из корпуса котла и горелки с принудительной подачей воздуха. Требования к теплотехническим испытаниям оригинал документа: 3.10… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Паровоз ФД — «Феликс Дзержинский» Паровоз ФД21 3125 Основные данные …   Википедия

• ФД — Феликс Дзержинский …   Википедия

• ГОСТ Р 54440-2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка — Терминология ГОСТ Р 54440 2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка оригинал документа: 3.11 аэродинамическое сопротивление газового… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Электродный котёл — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете …   Википедия