Мониторинг работы котла.

В этой статье приведен пример работы котла, показывающий, какое значение имеет в системе отопления водяной теплоаккумулятор и кирпичный массив котла. Для опыта было отмерено 22 кг хорошо просушенных березовых дров.

Цель была поставлена так: сжечь это количество дров и сравнить теоретическое количество тепловой энергии, которое возможно получить от дров, с фактическим количеством энергии, сохраненном в тепловом водяном аккумуляторе и в массиве котла.

Теоретически из 22,5 кг березовых дров влажностью 15% возможно получение 94,5 кВт·ч тепловой энергии. Чтобы определить количество полезной энергии, надо измерить температуру объектов до работы котла и после его работы, а затем расчетным путем определить искомые значения.

В качестве объектов, поглощающих тепло, приняты теплоаккумулятор емкостью 1 м³, массив кирпичей топки котла и массив кирпичей камеры дожига котла.

Теплоаккумулятор представляет собой прямоугольную емкость размерами ДхШхВ 2000х500х1000 мм. Аккумулятор установлен на ребро 500 мм, утеплен со всех сторон, кроме лицевой с размерами 500х1000. То есть, видимая его часть есть прямоугольник высотой 1 метр.

Эта площадь условно поделена на 8 частей, каждая высотой 125 мм. Таким образом, от верха до низа аккумулятора определены восемь слоев воды. В каждом слое находится по 125 кг воды.

Поскольку нагрев аккумулятора происходит слоями, сверху вниз, предполагается сделать замеры температуры каждого слоя в начале и в конце работы котла.

У кирпичных массивов топки и камеры дожига будут замеряться температуры левой, правой и задней стенки, а также верха. Температуру кирпичей передней стенки измерить не представляется возможным. Поэтому по количеству кирпичей, примерно распределенных по всем плоскостям, включая переднюю стенку, будет определен вес кирпичной массы.

Замеры производятся ручным цифровым пирометром. По окончании топки котла, практически ровно через час, полученные значения температур сведены в таблицу:

Далее определяем количество тепловой энергии, сохраненной в этих объектах. Для этого необходимо перемножить вес объекта, значение его теплоемкости и разницу температур.

Теплоемкость воды принимаем 0.00116356 кВт·ч/кг•°С. Теплоемкость огнеупорного кирпича, из которого сложены топка и камера дожига, при температуре 500 градусов составляет 0,000305556 кВт·ч/кг•°С.

С помощью Excel проведены все расчеты по определению общего количества полезной тепловой энергии. Рисунок можно увеличить, щелкнув по нему мышкой.

Что показали результаты? В теплоаккумуляторе было накоплено 23,74 кВт·ч, а вот в массиве котла, в его основной огнеупорной части отложилось 59,11 кВт·ч. Более, чем в два раза больше. И общее количество - 82,85 кВт·ч тепла.

Таким образом, казалось бы, КПД котла составил 82,85 / 94,5 • 100 = 87,67%. Однако, это не совсем верно. КПД фактически больше на какую-то величину, поскольку в расчетах не учтена еще тепловая энергия, которая сохранилась в остальных кирпичах котла. Например, стенки колпака с регистрами и кирпичи дымохода.

Кроме того, после закрытия задвижки котла в его топке всегда остается некоторое количество жарких углей, которые продолжают отдавать тепло до полного своего выгорания. Не было учтено также то тепло, которое источали в окружающий воздух дверки топки и камеры дожига, разогретые до 300 градусов. И, наконец, не было учтено тепло, уходящее в трубу с дымовыми газами.

Но и такого расчета уже достаточно, чтобы понять его эффективность. Что же касается мощности котла, то в данном опыте она определилась как раз значением полученного тепла, так как сжигание было проведено за 1 час: 82.85 кВт.

Но и это значение можно принять лишь для данного опыта. Если бы в котле за этот же час было сожжено не 22,5 кг дров, а 30 кг (что вполне допустимо при таких объемах топки и камеры дожига), то и тепла было бы выделено тоже больше.

Скачать таблицу с расчетами, посмотреть формулы и поиграться со значениями можно отсюда. Осталось объяснить, откуда взяты значения теплоемкости воды и шамотного кирпича.

Вода. Значение ее теплоемкости при 20°С считается 4,187 кДж/кг•°K. Чтобы перевести килоджоули в киловатт-часы, надо применить множитель 0,0002777777777778. Его легко узнать в конвертере единиц. Таким образом, перемножив эти два значения, получаем 0.00116356 кВт·ч/кг•°С. Кельвина или Цельсия - в данном случае единица измерения температуры может быть принята и та и другая.

Огнеупорный кирпич. Его теплоемкость при температурах 200 и 600 градусов указана здесь Это значения 0,94 кДж/кг•°С и 1,34 кДж/кг•°С соответственно. Для температуры 500 градусов была взята для расчетов немного заниженная теплоемкость (1.1 кДж/кг•°С) для вычисления обоих объектов. Таким же путем, как и в случае с водой, это значение преобразовано и принято 0,000305556 кВт·ч/кг•°С.