Что такое коэффициент полезного действия котла
Оставьте свой номер и мы Вам перезвоним
Что такое кпд котла
Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).
По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.
* Чтобы купить котел Уникал заходите в соответствующий раздел. А если нужны отопительные котлы оптом, то переходите сюда.
Как рассчитать кпд котла
В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:
по уравнению прямого баланса:
ηбр = 100 Qпол / Qрр
где Qпол – количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр – располагаемая теплота, МДж/кг;
по уравнению обратного баланса:
ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),
где q – потери тепла в %:
- q2 – с уходящими газами;
- q3 – из-за химического недожога горючих газов (СО, Н2, СН4);
- q4 – с механическим недожогом;
- q5 – от наружного охлаждения;
- q6 – c физическим теплом шлаков.
Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса
ηнетто = ηбр – qс.н
где qс.н – расход энергии на собственные нужды, %.
Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса – при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.
Как увеличить кпд газового котла своими руками
Создать правильные условия эксплуатации газового котла и тем самым повысить коэффициент полезного действия можно реально, не вызывая специалиста, то есть своими руками. Что для этого нужно сделать?
- Отрегулировать заслонку поддувала. Это можно сделать экспериментальным путем, найдя, при какой позиции температура теплоносителя будет выше всего. Контроль проводите по термометру, установленному в корпусе котла.
- Обязательно следить, чтобы трубы системы отопления не зарастали изнутри, чтобы на них не образовывалась накипь и грязевые отложения. С пластиковыми трубами сегодня стало проще, их качество известно. И все же специалисты рекомендуют периодически продувать систему отопления.
- Следить за качеством дымохода. Нельзя допускать его засорение и налипания на стенки сажи. Все это приводит к суживанию сечения отводящей трубы и уменьшению тяги котла.
- Обязательное условие – чистка камеры сгорания. Конечно, газ не сильно коптит, как дрова или уголь, но стоит хотя бы один раз в три года мыть топку, очищая ее от сажи.
- Специалисты рекомендуют снизить тягу дымохода в самое холодное время года. Для этого можно использовать специальное устройство – ограничитель тяги. Устанавливается он на самом верхнем краю дымохода и регулирует сечение самой трубы.
- Снизить химические тепловые потери. Здесь два варианта, чтобы добиться оптимального значения: установить ограничитель тяги (уже выше было об этом сказано) и сразу после установки газового котла провести грамотную настройку оборудования. Рекомендуем это поручить специалисту.
- Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.
Во многие даже достаточно удаленные от городов малые населенные пункты в наше время уже проведен газ. И большинство жителей деревень и поселков России сегодня для отопления домов используют не дровяные печи, а котлы. Такое оборудование устанавливается в здании в одном из хозяйственных помещений. Далее к нему подключается дымоход и контур системы обогрева.
Что такое КПД
Выпускают газовые котлы в наше время многие компании как отечественные, так и зарубежные. При выборе такого оборудования владельцы частных домов в России, к сожалению, смотрят в основном лишь на его цену и мощность. Между тем очень важным параметром, позволяющим выбрать хороший нагревательный агрегат, является КПД. Газовый котел, помимо всего прочего, должен отличаться высокой производительностью.
Чем выше коэффициент полезного действия имеет подобное оборудование, тем меньше в последующем владельцам дома нужно будет платить за голубое топливо. Называют КПД газовых котлов соотношение затраченного топлива на тепловую отдачу.
Формула расчета усредненного КПД
КПД указывается в том числе и в техническом паспорте котла. Однако в данном случае потребителю предоставляется лишь усредненный показатель, высчитывают который фирмы, занимающиеся изготовлением подобного оборудования, по следующей формуле: n=(Q/Qo)*100%.
Здесь Q — тепло, которое удалось выделить, аккумулировать и использовать для обогрева помещений; Qo — общее количество тепловой энергии, выделяющееся при сжигании топлива.
Опередить по такой формуле, к сожалению, можно только усредненный КПД. Газовые котлы с большим показателем производительности на современном рынке представлены в довольно-таки большом ассортименте. У некоторых современных марок подобных агрегатов КПД может достигать 98%. Это конечно же, очень много. Однако на практике такой эффективной работы современные газовые агрегаты, к сожалению, зачастую не показывают. В процессе эксплуатации подобного оборудования в частных домах появляются разного рода теплопотери, что самым негативным образом сказывается на КПД. То есть, будучи установленными в доме, газовые котлы обычно теряют производительность.
Фактический КПД – формула
На месте КПД подобного оборудования определяют обычно по такой формуле: η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6).
Здесь:
q2 — тепловые потери из-за нагретых, уходящих в трубу продуктов сгорания;
q3 — потери из-за неверно выбранных пропорций газовой смеси (недожог);
q4 — потери из-за сажи внутри котла и механический недожог;
q5 — потери из-за колебаний наружной температуры воздуха.
При этом считается, что сильнее всего на КПД котла влияет показатель q2. То есть в наибольшей мере производительность и экономичность газового нагревательного агрегата зависит от того, сколько индуцируемого им тепла в буквальном смысле слова «вылетает в трубу».
Какие котлы имеют больший КПД
Отечественные производители на настоящий момент выпускают довольно-таки мощное и надежное газовое нагревательное оборудование. Однако в нашей стране, к сожалению, до сих пор не уделяется слишком много внимания экономии ресурсов. Поэтому наибольший КПД на сегодня имеют импортные газовые котлы. В особенности это касается низкотемпературных конденсационных моделей, у которых показатель нагрева теплоносителя не превышает 70 °С, а отводимых газов — 110 °С.
Самыми производительными марками газовых котлов, КПД которых очень высок, на современном рынке являются:
«Будерус».
«Виссман».
«Бакси».
«Вайлант».
Также очень неплохой маркой нагревательных агрегатов с высоким КПД считается «Де Дитрих».
Как увеличить КПД газового котла: основные способы
Если котел в доме не будет работать с должной производительностью, его владельцам придется переплачивать за расход газа, что, конечно же, самым негативным образом скажется на семейном бюджете. Чтобы повысить производительность нагревательного агрегата и тем самым избежать ненужных трат, можно:
модифицировать дымоход или улучшить условия отвода отработанных газов;
почистить камеру сгорания;
почистить или заменить магистрали системы отопления дома;
внести изменения в конструкцию котла;
отрегулировать пропорции газовой смеси в камере сгорания с использованием заслонки.
С использованием таких методик можно повысить КПД и двухконтурного газового котла, и одноконтурного. Подходят такие способы также и для настенных или напольных газовых нагревательных агрегатов.
Что делать с дымоходом
Очень сильно на производительность котлов влияет именно состояние отводящей продукты сгорания трубы. Если дымоход забьется сажей, это уменьшит его диаметр и, соответственно, тягу. Проверять состояние отводящей продукты сгорания газа трубы специалисты рекомендуют не реже 1 раза в год.
Котел закрытого типа для повышения КПД лучше всего будет подключить к коаксиальному дымоходу. В данном случае воздух начнет поступать в камеру сгорания через наружную полость двухполостной трубы, уже будучи слегка подогретым. Это, в свою очередь, снизит начальные теплозатраты на несколько процентов.
Дополнительные меры
Также в доме можно установить систему рециркуляции продуктов сгорания. В данном случае дым будет проходить через ломанный канал и после подмешивания воздуха снова поступать к горелке.
В сильные морозы тягу дымохода специалисты советуют немного снижать. Это также позволит слегка увеличить КПД газового котла напольного или настенного. Для снижения тяги при этом можно использовать особое приспособление, крепящееся непосредственно на дымоход.
Регулировка пропорций газовой смеси
В конструкции любого современного нагревательного агрегата, помимо всего прочего, имеется такой элемент, как заслонка. Правильно отрегулировав ее положение, можно довольно-таки серьезно повысить КПД газового котла.
Если заслонка котла будет открыта слишком сильно, в камеру сгорания начнет поступать очень много воздуха. В этом случае в топке будет образовываться сквозняк, вытягивающий на улицу вместе с продуктами сгорания и часть голубого топлива.
Еще более серьезное снижение КПД газового котла может вызывать слишком сильное закрытие заслонки. В этом случае в камеру сгорания будет поступать мало воздуха. В результате часть газа просто-напросто не сгорит и также выйдет в трубу вместе с дымом. Снизиться КПД нагревательного агрегата при таком положении заслонки может на целых 7%.
Отрегулировать пропорции горючей смеси внутри топки котла самостоятельно будет несложно. Сделать это можно экспериментальным путем. Владельцу дома нужно просто выдвигать и задвигать заслонку до тех пор, пока термометр котла не покажет самый высокий нагрев теплоносителя в системе отопления.
Очистка камеры сгорания
Голубое топливо отличается прежде всего тем, что при его сгорании не образуется слишком много сажи. Чистить топку работающего на газе котла, конечно же, нужно реже, чем твердотопливного оборудования этого типа. Но все же мыть камеру сгорания таких нагревательных агрегатов время от времени нужно. Специалисты считают, что делать такие чистки владельцам газовых котлов нужно не менее 1 раза в 3 года.
Накипь в трубах
Обязательно хозяевам частных домов, чтобы не тратить большие деньги на газ, нужно следить и за состоянием магистралей системы отопления. Снизить производительность котла может в том числе и обычное засорение труб. Опытные владельцы загородных домов, к примеру, не советуют слишком часто менять теплоноситель в контуре системы отопления. Нежелательно сливать воду из магистралей даже по окончании холодного сезона. Дело в том, что любая вода из скважины, колодца и централизованной системы содержит огромное количество растворенных минеральных веществ, которые в последующем и выпадают в трубах в виде осадка.
Какие изменения можно внести в конструкцию
Для повышения КПД настенных газовых котлов или напольных между топочной камерой агрегата и его теплообменником можно установить специальные турбулизаторы. Так называют особые пластины, способные значительно увеличить площадь отбора теплоэнергии.
Также работу котла можно регулировать с использованием датчиков температуры. Такие приспособления устанавливаются в помещениях дома и включают/выключают горелку нагревательного агрегата в зависимости от прогрева воздуха до заданной хозяевами температуры. При использовании датчиков важно правильно выполнить настройку и синхронизацию работы котла в соответствии с показаниями последних.
Включение горелки газовых нагревательных агрегатов при снижении температуры воздуха в помещениях ниже заданных параметров происходит от специальной «зажигалки». Называют так маленькую горелку, газ на которой не затухает никогда. Много голубого топлива такая «зажигалка» сжечь не может. Однако за сезон из-за ее работы зачастую все же сгорает несколько кубометров голубого топлива. Чтобы снизить потери, обычную «зажигалку» в котле можно заменить на «пьезо». Работать такое устройство будет не хуже традиционного, а экономия от его использования весьма значительная.
Другие изменения
Очень хорошие показатели в плане производительности имеются, помимо всего прочего, и у газовых нагревательных агрегатов, оснащенных модуляционными горелками. Современные котлы от лучших европейских производителей изначально дополняются подобными элементами двухуровневыми или же полностью модулированными. Горелки этого типа способны самостоятельно приспосабливаться к фактическим рабочим параметрам смонтированной в доме системы отопления. Таким образом процент недожога в котлах такой конструкции снижается до минимума.
В обычных нагревательных агрегатах владельцы дома могут, помимо всего прочего, попробовать изменить положение горелки. Установка этого элемента ближе к водяному контуру позволяет повысить КПД котла на несколько процентов. Тепловой баланс агрегата в этом случае увеличивается в большую сторону.
Конденсационные котлы
Таким образом, повысить КПД газового котла будет относительно несложно. Но конечно же, владельцам загородных домов лучше все же сразу приобретать экономичное и производительное оборудование этого типа. Самым высоким КПД, как уже упоминалось, отличаются конденсационные газовые котлы.
На отечественном рынке такое оборудование появилось относительно недавно. Экономичность этих котлов определяется в первую очередь тем, что в них дополнительно используется энергия, образующаяся из-за конденсации водных паров из отработанных газов. Эффективность такого оборудования на порядок выше, чем у обычных нагревательных агрегатов.
Многие производители подобных котлов уверяют даже, что они выпускают газовые котлы с КПД 100% или выше — 108-109%. Конечно, подобные утверждения оспариваются специалистами. Ведь, как известно, КПД любого оборудования редко доходит до 100%. Превышать же эту цифру такой показатель и вовсе не может. Увеличить количество тепла при сжигании одного и того же объема голубого топлива, разумеется, не способен даже самый совершенный нагревательный агрегат.
Но все же КПД газовых котлов отопления конденсационных намного выше, чем обычных. По мнению специалистов, он может доходить до 98-99%.
В плане экономичности расхода газа конденсационные котлы, таким образом, значительно превосходят простые. Однако, к сожалению, при этом и стоит такое оборудование намного дороже традиционного. Приобретать или нет такой агрегат — дело выбора самих хозяев газифицируемого дома. Скорее всего, в процессе эксплуатации газового котла с высоким КПД конденсационного разница в стоимости в конечном итоге окупится. Но произойдет это все же не слишком быстро, к чему покупатели должны быть готовы заранее.
 | Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии.
|
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