En calderas, así como en otros sistemas de calefacción, no todo el calor, que se libera durante la combustión del combustible. Gran parte del calor se debe a los productos de la combustión en la atmósfera, una parte se pierde a través del cuerpo de la caldera y una pequeña parte se pierde debido a un calambre químico o mecánico. Bajo falla mecánica se entiende la pérdida de calor debido a la falla o remoción de elementos de ceniza con partículas no combustibles.
El balance térmico de una caldera es la distribución del calor emitido durante la combustión del combustible, sobre el calor útil que se utiliza para su propósito previsto y sobre las pérdidas de calor que se producen durante la operación del equipo térmico.
Esquema de las principales fuentes de pérdida de calor.
Como valor de referencia del calor entrante, tome esa cantidad que podría sobresalir a menor calor de combustión de todo el combustible.
Si se usa combustible sólido o líquido en una caldera, entonces el balance térmico está en kilojulios por cada kilogramo de combustible gastado y por gas, por cada metro cúbico. Y en eso, y en otro caso, el balance térmico puede expresarse en términos porcentuales.
Ecuación del balance térmico
La ecuación del balance térmico de una caldera en la combustión del gas se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Los parámetros de carga óptimos proporcionan un alto rendimiento del sistema de calefacción.
- QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6;
- donde QT es la cantidad total de calor térmico que se entregó al horno de caldera;
- Q1: calor útil utilizado para calentar el refrigerante oconseguir una apuesta
- P2: pérdida de calor que viene junto con los productos de combustión a la atmósfera;
- P3 - pérdidas de calor debido a una combustión química incompleta;
- Q4 - pérdida de calor debido a un choque mecánico;
- Q5: pérdida de calor a través de las paredes de la caldera y las tuberías;
- Q6 - pérdida de calor debido a la eliminación de cenizas y escoria del horno.
Como puede verse en la ecuación de balance térmico, cuando se quema combustible gaseoso o líquido, no hay valores de Q4 y Q6 que sean característicos solo de los combustibles sólidos.
Si el balance de calor se expresa como un porcentaje del calor total (QT = 100%), esta ecuación toma la forma:
- 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.
Si divide cada término de la ecuación de balance térmico de las secciones izquierda y derecha en QT y lo multiplica por 100, el balance térmico se obtendrá como un porcentaje del calor total recibido:
- q1 = Q1 * 100 /QT;
- q2 = Q2 * 100 /QT y así sucesivamente.
Si se usa combustible líquido o gaseoso en una caldera, entonces las pérdidas q4 y q6 están ausentes, la ecuación de balance de calor de la caldera en porcentaje toma la forma:
- 100 = q1 + q2 + q3 + q5.
Es necesario considerar cada tipo de calor y la ecuación con más detalle.
Calor utilizado según lo previsto (q1)
Esquema del principio de funcionamiento de un generador de calor estacionario.
El calor utilizado para fines directos es el que se utiliza para calentar el portador de calor, o la producción de vapor con una presión y temperatura dadas, que se supone que son las temperaturas ingresadas en el economizador de la caldera. La presencia de economizador aumenta significativamente la cantidad de calor útil, ya que permiteutilizar el calor contenido en los productos de combustión en mayor medida.
Al trabajar en la caldera, aumenta la elasticidad y la presión de vapor en su interior. De este proceso también depende el punto de ebullición del agua. Si, en condiciones normales, el punto de ebullición del agua es de 100 ° C, entonces, al aumentar la presión de vapor, este indicador aumenta. En este caso, el vapor, que está en una caldera, junto con el agua hirviendo, se llama saturado, y el punto de ebullición del agua a esta presión del vapor saturado se llama temperatura de saturación.
Si en un par no hay gotas de agua, entonces se llama un transbordador seco y saturado. La fracción de masa del vapor saturado seco en un vapor húmedo es el grado de sequedad del vapor, expresado en porcentaje. En calderas de vapor la humedad del vapor oscila entre 0 y 0,1%. Si la humedad excede estos datos, la caldera no funciona en modo óptimo.
El calor útil, que se gasta en calentar 1 litro de agua desde temperatura cero hasta un punto de ebullición a presión constante, se denomina entalpía de un líquido. El calor gastado en la transferencia de 1 litro de líquido en ebullición a un estado vaporoso se denomina calor latente de vaporización. La suma de estos dos indicadores es el contenido total de calor del vapor saturado.
Pérdida de calor con productos de combustión que entran en la atmósfera (q2)
Este tipo de pérdida en porcentaje muestra la diferencia entre la entalpía de los gases residuales y el aire frío que ingresa a la caldera. Las fórmulas para determinar estas pérdidas difieren en el uso de diferentes tipos de combustibles.
la quema de fuel oil conducea las pérdidas de calor debidas a la inclinación química.
Con el uso de combustible sólido, las pérdidas q2 son:
- q2 = (Ir-az * Yv) (100-q4) /QT;
- donde Ig es la entalpía de los gases emitidos a la atmósfera (kJ /kg), y - es la relación de exceso de aire, Yi es la entalpía del aire requerido para la combustión a la temperatura de su flujo en la caldera (kJ /kg).
El indicador q4 se introduce en la fórmula, que debe tener en cuenta el calor generado por la combustión física de 1 kg de combustible y no 1 kg de combustible que ingresa al horno.
Cuando se usan combustibles gaseosos o líquidos, la misma fórmula tiene la forma:
- q2 = ((Ig-az * Yv) /QT) * 100%.
Las pérdidas de calor con los gases de desecho dependen del estado de la caldera y del modo de funcionamiento. Por ejemplo, cuando la carga manual de combustible en el horno, la pérdida de calor de este tipo aumenta significativamente con la entrada periódica de aire fresco.
La pérdida de energía térmica de la atmósfera hacia la atmósfera con gases de combustión aumenta al aumentar la temperatura y la cantidad de aire consumido. Por ejemplo, la temperatura del gas saliente en ausencia de un economizador y un calentador de aire es de 250-350 ° C, y en su presencia, solo de 120-160 ° C, lo que aumenta varias veces la cantidad de calor útil utilizado.
Esquema de encuadernación de calderas.
Por otro lado, la temperatura inadecuada de los productos de desecho de la combustión puede conducir a la formación de vapor de agua condensado en las superficies de calentamiento, lo que también afecta la formación de acumulaciones de hielo en las chimeneas en el invierno.
La cantidad se gasta.El aire depende del tipo de quemador y del modo de funcionamiento.Si se incrementa en comparación con el valor óptimo, se traduce en un alto contenido de aire en los gases de combustión, que además elimina parte del calor.Este es un proceso inevitable que no se puede detener, pero se puede minimizar.En las realidades modernas, el factor de flujo de aire no debe exceder 1.08 para los quemadores de inyección completa, 0.6 para el aire de inyección incompleta, 1.1 para los quemadores de aire forzado y mezcla de aire, y 1.15 para los quemadores de difusión deMezcla externa.Para aumentar la pérdida de calor del aire se produce la presencia de aire de aspiración adicional en el horno y las tuberías de la caldera.Mantener el flujo de aire en el nivel óptimo le permite reducir q2 a un mínimo.
Para minimizar el valor de q2, es necesario limpiar las superficies externas e internas de la caldera de manera oportuna, para controlar la ausencia de incrustaciones, lo que reduce la transferencia de calor de la combustión al refrigerante, para cumplir con el agua utilizada en la caldera, para controlar la ausencia de daños en la calderay juntas de tuberías para evitar el flujo de aire.El uso de superficies eléctricas adicionales de calefacción en el tracto de gas consume electricidad.Sin embargo, el ahorro del consumo óptimo de combustible será mucho mayor que el costo de la electricidad consumida.
Pérdidas de calor debido a la incontinencia química del combustible (q3)
Este tipo de esquema protege el sistema de calefacción contra el sobrecalentamiento.
El indicador principal de combustión química incompletaEl combustible es la presencia en los gases de escape del monóxido de carbono (con el uso de combustibles sólidos) o el monóxido de carbono y el metano (en la quema de combustibles gaseosos). Las pérdidas de calor de la inclinación química son iguales al calor que podría emitirse cuando se queman estos residuos.
La combustión incompleta del combustible depende de la falta de aire, la mezcla pobre del combustible con el aire, la reducción de la temperatura dentro de la caldera o cuando una llama de combustible combustible choca con las paredes de la caldera. Sin embargo, un aumento excesivo en la cantidad de oxígeno que ingresa no solo garantiza la quema completa del combustible, sino que también puede interrumpir el funcionamiento de la caldera.
El contenido óptimo de monóxido de carbono a la salida del horno a una temperatura de 1400 ° C no debe superar el 0,05% (en términos de gases secos). Con tales valores, la pérdida de calor por no fumar será de 3 a 7% dependiendo del combustible. La falta de oxígeno puede llevar este valor al 25%.
Pero es necesario asegurar que no haya escasez química de combustible. Es necesario proporcionar el flujo óptimo de aire al horno, mantener una temperatura constante dentro de la caldera, para lograr una mezcla completa de la mezcla de combustible con el aire. El trabajo más económico de la caldera se logra con el contenido de dióxido de carbono en los productos de combustión que van a la atmósfera, a un nivel del 13-15%, según el tipo de combustible. Con el exceso de aire, el contenido de dióxido de carbono en el humo puede disminuir en un 3-5%, pero la pérdida de calor aumentará. En condiciones normales de funcionamiento del equipo de calefacción, la pérdida de q3 es 0-0.5% para carbón pulverizado y 1% paraglobos
Pérdida de calor por incontinencia física (q4)
Este tipo de pérdida se debe al hecho de que las fracciones de combustible sin quemar se inundan a través de la parrilla en una ceniza o se ejecutan junto con los productos de combustión a través de la tubería hacia la atmósfera. La pérdida de calor del encendido físico depende directamente del diseño de la caldera, la ubicación y la forma de la parrilla, la fuerza de tracción, el estado del combustible y su coherencia.
Las pérdidas más significativas de la fluencia mecánica durante la combustión del combustible sólido y el empuje excesivo. En este caso, una gran cantidad de pequeñas partículas sin cocer se transporta junto con el humo. Esto es especialmente cierto cuando se utiliza combustible heterogéneo cuando se alternan piezas pequeñas y grandes de combustible. La combustión de cada capa resulta ser heterogénea, ya que las piezas pequeñas se queman más rápido y funcionan con humo. Entre los espacios se forma el aire formado, que enfría grandes piezas de combustible. Están cubiertas con corteza de escoria y no se queman completamente.
Las pérdidas de calor en los residuos mecánicos suelen ser de alrededor del 1% para el carbón pulverizado y de hasta el 7,5% para los globos.
Pérdidas de calor a través de las paredes de la caldera (q5)
Este tipo de pérdida depende de la forma y el diseño de la caldera, el grosor y la calidad del revestimiento tanto de la caldera como de los tubos de humo, la presencia de una pantalla aislante térmica. Además, el diseño del propio horno, así como la presencia de superficies de calentamiento adicionales y calentadores eléctricos en el tracto de humo, tienen una gran influencia en la pérdida. Estas pérdidas de calor aumentan con la presencia de corrientes de aire enla sala donde se encuentra el equipo de calefacción, así como el número y la duración de la apertura del horno y las escotillas del sistema. La reducción de la cantidad de pérdidas depende del revestimiento correcto de la caldera y la disponibilidad del economizador. Favorable para reducir las pérdidas de calor se indica por el aislamiento de las tuberías, en el que los gases de escape se liberan a la atmósfera.
Pérdida de calor debida a la eliminación de cenizas y escoria (q6)
Este tipo de pérdida es característico únicamente del combustible sólido en condiciones de grumos y polvo. Cuando es inaccesible, las partículas de combustible sin abrir caen en una ceniza, donde se eliminan, llevando consigo una porción de calor. Estas pérdidas dependen del contenido de cenizas del combustible y del sistema de eliminación de escoria.
El balance térmico de la caldera es un valor que muestra la optimización y la eficiencia de su caldera. Por el tamaño del balance térmico es posible definir medidas que ayudarán a ahorrar combustible y aumentar la eficiencia de los equipos de calefacción.
