При разработке контроллера для повышения эффективности котла важно знать некоторые основные определения. Ниже объясняются некоторые из основных потерь в котельных установках, определения эффективности и методы, используемые для измерения эффективности.

Потери в котельных установках

Не вся энергия топлива преобразуется в тепло и поглощается котельным оборудованием, часть энергии теряется. Основные потери тепла в котле можно разделить на потери в дымовых трубах, потери несгоревшего углерода и потери на конвекцию и излучение. Это только основные категории потерь тепла, и они будут объяснены в следующих подразделах. Прочие потери тепла в этом тексте не рассматриваются, и читатель должен знать, что приведенный ниже список не является исчерпывающим.

Потери дымовой трубы

Самые большие потери энергии в большинстве котельных систем – это энергия, которая теряется через дымовые газы вне дымовой трубы. Эта потеря тепла происходит главным образом тремя путями. Некоторое количество тепла теряется с влагой в топливе и с образованием воды при сгорании водорода в топливе. Тепло также теряется через сухие газы в дымовой трубе. Так называемые сухие продукты сгорания, то есть CO2, O2, N2, CO и SO2, переносят значительное количество полезного тепла вверх по дымовой трубе. Влажные продукты, в основном влага от сгорания водорода, несут как явную, так и скрытую теплоту. Степень потерь в основном зависит от температуры и объема дымовых газов.

Полностью исключить потери дымовой трубы практически невозможно, так как для этого потребуется снизить температуру дымовой трубы до температуры окружающей среды. Однако потери можно свести к минимуму с помощью нескольких методов, таких как обеспечение чистоты и хорошего состояния поверхностей теплопередачи в котле. Минимизируя количество избыточного воздуха, количество потерь сухого газа также можно свести к минимуму.

Несгоревший углерод

Некоторая часть энергии может быть потеряна из-за несгоревшего углерода из-за неполного сгорания. Часто это вторая по величине потеря тепла в котельных установках. Во всех типах котлов горючие газы могут попасть в дымовую трубу в результате неполного сгорания. В топочных котлах потери могут быть значительно выше. При неправильном контроле подачи топлива большое количество несгоревшего углерода может попасть в зольный остаток.

Потери на конвекцию и излучение

Часть тепла от сгорания уходит с внешней поверхности котла. Для котла при рабочей температуре потери постоянны. Выраженные в процентах от мощности котла, потери увеличиваются по мере уменьшения мощности, поэтому они минимальны, когда котел работает с полной нагрузкой. Относительные потери больше для небольших котлов, чем для больших. Некоторые из этих потерь неизбежны, но их можно до некоторой степени контролировать с помощью надлежащих методов изоляции.

Определения эффективности

Существует несколько определений эффективности, которые обычно используются при обсуждении котельных систем. В некоторых случаях эти определения могут незначительно отличаться в разных литературных источниках. Поэтому определения эффективности, используемые в этой статье, поясняются ниже во избежание недопонимания или путаницы.

Эффективность сгорания

Эффективность сгорания указывает на способность горелки сжигать топливо. Эффективность сгорания можно оценить, измерив количество несгоревшего топлива и избыток воздуха в выхлопе. Когда топливо и кислород находятся в идеальном равновесии, горение называется стехиометрическим. Эффективность сгорания зависит от топлива, и, как правило, газообразное и жидкое топливо сгорает более эффективно, чем твердое топливо.

Тепловая эффективность

Тепловая эффективность измеряет эффективность теплообменника котла, т. е. способность теплообменника передавать тепло от процесса сгорания воде в котле. Тепловой КПД не принимает во внимание потери на излучение или конвекцию и, следовательно, не дает достоверного показателя использования топлива котлом и поэтому не должен использоваться для целей экономической оценки.

Эффективность преобразования топлива в пар

Эффективность преобразования топлива в пар является мерой общей эффективности котла. Он учитывает эффективность как процесса сгорания, так и теплообменника, а также потери из-за излучения и конвекции. Эффективность преобразования топлива в пар является верным показателем и представляет собой измерение, которое следует использовать для экономической оценки.

Измерение КПД

Американское общество инженеров-механиков (ASME) предписывает стандарт для измерения КПД котла. Код ASME Power Test Code, PTC 4, определяет два метода определения эффективности: метод «вход-выход» и метод тепловых потерь. Эти два метода кратко описаны ниже.

Метод «вход-выход»

Как следует из названия, этот метод измерения эффективности основан на соотношении «выход-выход» котла. Вход и выход, выраженные в британских тепловых единицах (БТЕ), определяются с помощью приборов, а полученные данные используются в расчетах, определяющих эффективность преобразования топлива в пар.

Метод тепловых потерь

Метод измерения эффективности теплового баланса основан на учете всех тепловых потерь котла. Суммарные потери дымовой трубы, излучения и конвекции в процентах вычитаются из 100 %, и полученное значение представляет собой эффективность котла по соотношению топлива и пара.