Кпд котла что это

Что такое КПД твёрдотопливного котла.

КПД твёрдотопливного котла часто указывают 90% и выше.

Сложно получить такой высокий КПД, а тем более официальный документ, его подтверждающий. Для этого необходимо провести специальные испытания, так как обычное топливо, по своим характеристикам и составу являются очень нестабильным.

На рынке много различных марок угля. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажности. Это крупные куски и пыль, которые могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД твердотопливного угля будет разной.

При таких разбросах параметров топлива гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла сложно без проведения специальных испытаний со стандартизированным топливом.

Соотношение количества тепла, полученного от сгоревшего топлива к количеству полезного тепла, выделенного котлом через теплообменник в теплоноситель, называется коэффициентом полезного действия (КПД).

КПД твёрдотопливного котла зависит от потерь тепла:

Разберем это более подробно.

Уменьшает КПД неправильная подача воздуха. От его количества сильно зависит полнота сгорания угля, для чего необходимо строго определённое количество воздуха. Если воздуха будет мало – топливо не догорит, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а так как он поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не догорят, осядут сажей, не отдадут все тепло.

Алгоритм работы твёрдотопливных котлов.

Автоматизация подразумевает включение и выключение дымососа, термостатом, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома. Если температура воды становится выше нормы, то термостат выключает дымосос, прекращая поступление воздуха в котёл.

Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД котла стало максимальным, когда надо много кислорода – термостат снижает КПД, ограничивая его подачу. Когда температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но топливо уже остыло, ему не нужно столько кислорода и КПД опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов.

КПД по топливу некоторых тепловых машин

Влияние теплообменика на КПД.

Важно также исключить холодные стенки теплообменника котла. Вода, являясь теплоносителем, охлаждает стенки котла. Низкая температура теплообменника приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Оно до конца не сгорает и его остатки вылетают в трубу. Поэтому, необходимо поддерживать постоянно высокую температуру в котле, желательно выше, как минимум, температуры конденсации смол.

Прочие факторы влияющие на КПД.

Реальный КПД у котла редко бывает выше 50%.

Таким образом, в бытовых котлах много полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов. Потому реальный КПД у котла обычно редко бывает выше 50%.

Для повышения КПД твердотопливных котлов надо повышать и квалификацию пользователей данного оборудования, для чего и служат эти публикации.

Источник

Кпд котла что это

Коэффициент полезного действия (КПД) котельного агрегата определяют как отношение полезной теплоты, пошедшей на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте (теплоте, поступившей в котельный агрегат). На практике не вся полезная теплота, выработанная котлоагрегатом, направляется потребителям. Часть теплоты расходуется на собственные нужды. В зависимости от этого различают КПД агрегата по выработанной теплоте (КПД брутто) и КПД агрегата по теплоте, отпущенной потребителю (КПД нетто).

Разность выработанной и отпущенной теплот представляет собой расход на собственные нужды котельной. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления и т.д.), поэтому расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

КПД брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД нетто — коммерческую экономичность.

или по уравнению обратного баланса

Рисунок 4.4 — Зависимость КПД котла η к от его нагрузки (D/D HOM )100

КПД нетто по уравнению обратного баланса определяется как разность

где q с.н — относительный расход энергии на собственные нужды, %.

КПД по уравнению прямого баланса применяется преимущественно при составлении отчетности за отдельный период (декада, месяц), а КПД по уравнению обратного баланса — при испытании котельных агрегатов. Определение КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива, особенно при сжигании твердого топлива.

Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды. Поэтому сравнение экономичности работы различных котельных агрегатов в конечном счете следует проводить по их КПД нетто.

В целом КПД котельного агрегата изменяется в зависимости от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис. 4.4) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата ∑q пот = q y.г + q x.н +q м.н +q но ‘ которые зависят от нагрузки.

Как видно из рис. 4.4, КПД котельного агрегата при определенной нагрузке имеет максимальное значение, т.е. работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

Источник

Как рассчитать КПД котла – обзор факторов теплопотерь

Создать уютную и комфортную атмосферу в загородном доме довольно просто – нужно только правильно оборудовать систему отопления. Главным компонентом эффективной и надежной отопительной системы является котел. В статье далее мы поговорим о том, как посчитать КПД котла, какие факторы на него влияют и как повысить эффективность отопительного оборудования в условиях конкретного дома.

Как подобрать котел

Безусловно, чтобы определить, насколько эффективным будет тот или иной водогрейный котел, необходимо определить его КПД (коэффициент полезного действия). Этот показатель представляет собой отношение использованного на обогрев помещения тепла к общему количеству сгенерированной тепловой энергии.

Формула расчета КПД выглядит так:

где Q₁ – тепло, использованное эффективно;

Q_ri – общее количество выделенного тепла.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

q₂ – теплопотери с выходящими горючими газами;

q₃ – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q₄ – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q₅ – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q₆ – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q₂). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

T₁ – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T₃ – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O₂ – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A₂ и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q₃ используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q₃ составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q₃=0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q₄. В частности, для угля антрацита значение q₄=4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Потери тепла в связи с внешним охлаждением

Такие потери тепла q5 обычно составляют не более 0,5 %, а по мере возрастания мощности отопительного оборудования они еще больше сокращаются.

Данный показатель связан с расчетом паропроизводительности котельной установки:

Количество теплопотерь от удаления шлака

Значение теплопотерь q6 имеет значение только при жидком шлакоудалении. А вот в тех случаях, когда из топочной камеры удаляют шлаки твердого топлива, теплопотери q6 учитывают при расчете КПД котлов отопления только в случаях, если они составляют более 2,5Q.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

где А_шл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

З_л – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

А_р – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Q_ri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q₆ будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q₄, во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q₃, как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q₂ связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия. Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

Источник

Что такое КПД бытовых отопительных котлов, как он рассчитывается и от чего зависит

Время на чтение: 3 мин

Перед выбором и покупкой стоит произвести правильный расчет КПД котла и уточнить все его параметры и факторы, которые повлияют на его работу и объем вырабатываемого тепла.

КПД-брутто и КПД-нетто

Не всё выработанное при сгорании топлива тепло направляется на нагрев теплоносителя, определенная часть расходуется на собственные нужды котлоагрегата: турбина, вентилятор или дымосос, циркуляционный насос, работа автоматики и электронного дисплея, работа электропривода (как вы уже поняли, в расчете используются все виды получаемой энергии, в том числе и электроэнергия, если котел энергозависимый).

С учетом этого принято разделять эффективность котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и отпущенной теплоте (КПД-нетто).

Такая классификация позволяет выделить степень технического совершенства котла – КПД-брутто или экономичность расхода топлива и электроэнергии – КПД-нетто.

Мощность (паропроизводительность, теплопроизводительность)

Самый важный параметр при подборе промышленного парового котла. Для определения мощности необходимо определить потребность паропотребляющего оборудования, потери тепла в паропроводе и количество тепла, возвращаемого вместе с конденсатом (если такое предусмотрено).

На больших производствах для определения мощности следует обратиться в специализированную проектную организацию, которая произведёт необходимые замеры и расчёты для определения мощности котельного оборудования.

Мощность паровых котлов выражается в кг пара в час (кг/час) или в килокалориях (ккал/час).

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по производительности:

Как рассчитать КПД котла отопления

Рассчитать значения можно несколькими способами. В европейских странах расчет КПД котла отопления принято производить по температуре отходящих газов (метод прямого баланса), то есть зная разницу между температурой окружающей среды и реальной температурой отходящих через дымоход газов. Формула довольно проста:

ηбр = (Q1/Qir) 100%, где

Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Qir = 22 МДж/кг, то КПД «брутто» = (19/22)*100 = 86,3%. Все замеры проводятся при уже установившемся, стандартном режиме работы котла.

Метод прямого баланса не учитывает теплопотери самого котлоагрегата, недожог топлива, отклонения в работе и прочие особенности, поэтому был придуман принципиально другой, более точный способ расчета – «метод обратного баланса». Используется уравнение:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где

КПД «нетто» котла отопления согласно методу обратного баланса:

ηнетто = ηбр — Qс.н, где

Реальный КПД практически всегда будет отличаться от заявленного производителем, поскольку зависит от правильности монтажа котла и отопительной системы, системы дымоудаления, качества электроснабжения и т.д. Измеряется он, соответственно, уже на месте.

Как учесть высоту потолков при подсчетах?

Приведённая ниже формула пригодна в случае, когда потолки в доме стандартной высоты.
Т.е. не превышают 2,6 – 3 метра. Если же потолки выше, расчёт по площади не подойдёт.

Нужно использовать объём.

Зная объём помещения, можно высчитать прогнозируемые теплопотери (ПТ) по формуле:

ПТ = V (объём) х Pt (разность t) х k : 860.

k – это коэффициент рассеивания. Он зависит от стройматериалов, из которых выполнено строение:

Теперь, когда известны все основные данные, можно высчитать мощность котла по формуле:

Kз в данных расчётах – это коэффициент запаса. Он равен 1,15 – 1,2 (то есть 15 – 20 %)

Пример. Кирпичный дом с неплохой теплоизоляцией, площадью 60 м2. И высотой потолков 3м.

От чего зависит тепловая эффективность котлоагрегатов

Принцип действия классического напольного газового атмосферника.
Коэффициент полезного действия отопительных котлов равен не при любой мощности, существует пропорциональная зависимость от нагрузки: увеличение тепловой нагрузки (к-ва сжигаемого топлива) увеличивает и теплопотери через корпус или дымоход. Так же точно эксплуатация на минимальной мощности не всегда обеспечивает полноценное сгорание топлива, что приводит к снижению КПД.

Например, в сервисной инструкции к газовым котлам Protherm Волк KSO мощностью 12,5 кВт и 16,0 кВт указано, что при работе на максимальной мощности (12,8 кВт и 16,3 кВт соответственно) КПД равен 92,5 %, в то время как при работе с минимальной нагрузкой (4,5 кВт и 5,8 кВт) – снизится и составит всего 78,4 %.

Это одна из основных причин, почему стоит осознанно подходить к выбору мощности котлоагрегата. Наиболее оптимальная работа в большинстве моделей достигается при нагрузке в диапазоне 60-90% от максимальной мощности.

В остальном коэффициент полезного действия зависит исключительно от технологического совершенства модели, направленного на снижение вышеописанных q2-6 (снижение температуры отходящих газов, эффективное сжигание топлива, модулируемые горелки, теплоизоляция и т.д.), а также от качества обслуживания и эксплуатации котлоагрегата. Чистота теплоносителя, регулярная чистка и промывка – все это со временем серьезно влияет на КПД.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Параметры пара (давление, температура)

Пар — это высокая температура, большое давление, высокая теплота парообразования/конденсации, высокая проникающая способность. Из-за этих параметров пар получил большое распространение в промышленности. В большинстве технологических процессов промышленного производства применяют насыщенный водяной пар, для которого характерна прямая зависимость давления от температуры.

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по давлению пара (температуры):

Значения современных котлов в зависимости от вида топлива

*С точки зрения физики КПД не может превышать 100%: больше тепловой энергии, чем выделяется при сжигании топлива получить невозможно. Однако все зависит от того, как считать. Есть два определения:

Газовые конденсационные котлы дополнительно аккумулируют и тепловую энергию конденсата, образующегося из продуктов сгорания газа и оседающего на дополнительном теплообменнике. Таким образом, существенная часть тепла не «вылетает в трубу», а температура отходящих газов практически равна атмосферной.

Устройство простого конденсационного одноконтурного газового котла.

Согласно действующим нормам, как в России, так и в Европе, КПД отопительных котлов рассчитывается по низшей удельной теплоте сгорания, поэтому учет дополнительного тепла, извлекаемого из конденсата, приводит к значениям более 100%. При расчете по высшей теплоте сгорания КПД конденсационных газовых котлов равен 96-98% в зависимости от модели и типа монтажа: у настенных котлов КПД обычно выше, чем у напольных (это относится ко всем газовым котлоагрегатам).

Также из таблицы можно заметить, что средний КПД твердотопливных котлов также отличается в зависимости от используемого топлива, связанно это со степень сжигания топлива, его теплоотдачей, температурой горения и теплопотерями с физическим теплом шлаков, удаляемых из топочной камеры. Даже один и тот же твердотопливный котел может выдавать разный КПД при работе на разных видах топлива.

Принцип парообразования

В котлах с естественным парообразованием движение котловой воды обусловлено разностью плотностей холодной и горячей воды и наличием в котле водяного и парового пространств. При естественном парообразовании достаточно подавать питательную воду в паровой котёл насосом с напором, обеспечивающим подачу необходимого количества воды при соответствующем давлении пара в котле.

Прямоточное парообразование

В прямоточных котлах движение воды осуществляется в «змеевиковом» трубном пучке за счёт напора питательного насоса. За один проход котловая вода в змеевике превращается в перегретый пар, который на выходе из котла дросселируется до номинальных параметров.

Как увеличить КПД газового котла

Повысить эффективность сжигания топлива вмешательством в техническое устройство котла практически невозможно, тот же слой теплоизоляции установить не получится в виду банальной непредусмотренности производителем места под него. Кроме того, делать это своими руками запрещено. Тем не менее есть способы увеличить КПД газового котла, особенно, если это несовершенная модель старого образца:

Сэндвич-сетка экономайзер для трубы дымохода.

Остальные же методы заключаются в правильных пуско-наладочных работах, которые проводятся единожды, при первом запуске котла, исключительно специалистами. При правильной изначальной настройке обеспечивается КПД, гарантируемый производителем. Важно понимать, что повысить этот показатель вмешательством в техническое устройство самого котла невозможно, и уж тем более – не безопасно.

Положение в пространстве

Параметр, который в наибольшей степени влияет на требования к котельной — площадь и высоту помещения.