Бойлеры – особенности подбора котлов в мировой практике

Бойлеры – особенности подбора котлов в мировой практике

Подбор теплового оборудования, в частности – бойлера, действие, требующее всестороннего подхода, включая соответствующие расчёты. Однако в мире уже достаточно давно и успешно применяется практика подбора котлов разного типа. Причём в каждой отдельной стране эта процедура нередко сопровождается своими особенностями. Это и понятно, если учитывать, что в мире пока что нет единых величин, которые приходится применять в расчётах. Как подбирается бойлер, по каким параметрам и насколько сложными следует считать технологии расчёта. Об этом далее по тексту публикации.

Оценочные факторы для бойлера к применению

Обычно используются три оценочных фактора бойлеров, когда появляется необходимость подбора теплового оборудования подобного типа:

  1. Характеристика «от и до».
  2. Мощность бойлера номинальная.
  3. Мощность парообразования бойлера.

Оценка по характеристике «от и до» предполагает сведения базы данных производителей бойлерного оборудования. Здесь всё относительно просто, так как любая серьёзная компания предоставляет потребителям исчерпывающую информацию на тепловое оборудование.

Чтобы оценить бойлер с точки зрения мощности парообразования, учитывают объёмную долю пара, полученную в килограммах за один час.

Имеется в виду способность котла  генерировать пар при температуре от 100°C и выше, при атмосферном давлении и при условии, когда на каждый килограмм затрачивается от котла не менее 2 257 кДж тепла (теоретически).

Подбор бойлера расчётом
Правильный подбор тепловой системы парообразования обеспечивает стабильное течение основных производственных процессов. Расчёт и точные обоснования способствуют выбору корректной модели

Жаротрубные котлы традиционно эксплуатируются с температурой питающей воды ниже 100°C. Следовательно, такой котёл должен обеспечивать энтальпию, значение которой приводило бы к точке кипения воды.

Большинство конструкций котлов рассчитаны для работы при давлениях выше атмосферного давления. Это очевидно, так как при повышенном давлении пар несёт больше тепловой энергии при тех же 100°C.

Эффективность и зависимость от энтальпии

Однако повышения давления требует дополнительной энтальпии насыщения воды. По мере повышения давления в котле, температура насыщения пара увеличивается, требуя еще большей энтальпии до того момента, как питательная вода будет доведена до температуры кипения.

Оба этих эффекта уменьшают фактическую производительность пара котлом при одинаковом расходе топлива. График ниже наглядно показывает температуры питательной воды, выстроенные относительно процента характеристики «от и до» для работы при давлениях 0, 5, 10 и 15 бар.

График отношения значений для подбора бойлера
График отношения значений важных параметров для подбора бойлера: Шкала % — оценочная характеристика по данным производителя; Шкала Т — температура питающей воды; Шкала справа — рабочие давления

Применение графика покажем на примере определения требуемых значений. Допустим, бойлер имеет в характеристике «от и до» мощность парообразования 2000 кг/ч, работая при давлении 15 бар. Температура питающей воды при этом составляет 68°C.

Используя график отношения парообразующей мощности и температуры питающей воды, получают следующие расчётные данные:

  1. Процент характеристики «от и до» равен примерно 90%.
  2. Отсюда фактический выход пара составит 2000 кг/ч * 90%.
  3. В результате коэффициент испарения котла равен 1 800 кг/ч.

Если прибегнуть к математическому уравнению для определения того же отношения, результат получится аналогичный:

Ки = А / В – С

где: А — удельная энтальпия испарения при атмосферном давлении; В — удельная энтальпия пара при рабочем давлении; С — удельная энтальпия воды при температуре питательной воды.

Оценка мощности бойлера киловаттами

Значительная часть производителей бойлеров предоставляют оценку мощности котла в киловаттах (кВт). Это не скорость испарения, а субъект того же коэффициента мощности с точки зрения характеристики «от и до».

Чтобы установить фактическое испарение по массе, прежде необходимо вычислить точную температуру питательной воды, а также значение давления создаваемого пара.

Имея эти значения, можно установить, сколько энергии потребуется на каждый килограмм воды. Затем  можно использовать уравнение для расчета выхода пара:

Пв = Мв * 3600 / Ет

где: Пв – выход пара; Мв – мощность бойлера номинальная, кВт; 3600 – количество секунд в часе; Ет – энергия на каждый килограмм пара, кДж/кг.

Рассмотрим практический пример вычисления требуемого значения выхода пара (Пв):

К примеру, имеется бойлер номинальной мощности 3000 кВт (кДж/с), который работает при давлении 10 бар и температуре питающей воды 50°C. Какой объём пара способна выдать эта бойлерная машина?

Для расчетов потребуются значения энтальпии питающей воды (при атмосферном давлении и температуре 50ºС) и значение энтальпии пара (при давлении 10 бар). Эти параметры можно найти в специализированных таблицах.

Hпв = 209,438 кДж/кг

Нп = 2781,33 кДж/кг

Бойлер должен обеспечивать количество энергии:

Ев = 2781,33 – 209,438 = 2571,892 кДж/кг

Соответственно, максимально возможный выход пара составит:

Пм = 3000 * 3600 / 2571,892 = 4199 кг/ч.

Мощность парообразования бойлера в лошадиных силах

Этот способ вычисления мощности бойлеров традиционно используется в США, Австралии, Новой Зеландии. Бойлерная лошадиная сила, равная 550 футам фунт-сила/с, не считается общепринятым значением и обычно пересчитывается в общепринятый коэффициент (746 Вт = 1 л.с).

В Новой Зеландии бойлерная лошадиная сила является показателем зоны теплообмена в котле. Одна лошадиная сила приравнивается к 17 футам поверхности нагрева, как показано в уравнении:

BoHP = HTA * 1 / 17

где: BoHP – парообразующая мощность котла; HTA – площадь теплообмена, ft2;

К примеру, бойлер имеет площадь теплопередачи 2500 квадратных футов. Какой будет парообразующая мощность этого котла?

BoHP = 2500 * 1 / 17 = 147

Для США и Австралии принятое определение котловой лошадиной силы — это количество энергии, необходимое для испарения 34,5 фунтов воды при температуре 212°F (100ºС).

Предположим, есть бойлер с мощностью парообразования 500 BoHP. Каким будет выход массы пара (фунтов/ч) для этого оборудования?

500 * 34,5 = 17250

Американская практика показала: значение BoHP от 28 до 30 фунтов/ч является более реалистичным максимальным непрерывным показателем с учетом давления пара и средней температуры питательной воды. Поэтому, если пересчитать в этом диапазоне:

500 * 28 = 14000

Следовательно, если потребуется 17250 фунтов/ч пара, тогда бойлер на 500 BoHP окажется слишком малым в плане производительности. Фактически потребуется бойлер с номинальным BoHP:

BoHP = 17250 * 1 / 28 = 616

Для России подобные расчёты не актуальны, но в качестве сравнения рассмотреть американскую практику подбора вполне логично.

Детальное видео производства бойлерных систем


По материалам ресурса: Pointing.spiraxsarco


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *