В данной работе предполагаем, что в котлах сжигается метан с низшей теплотой сгорания 35800 кДж/ 
.
6.1.1 Выбор коэффициента избытка воздуха
Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:
| (29) |
где 
— действительный объем воздуха, доданного в топку на 1 топлива.
Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают 
. Для используемой горелки принимаем 
.
6.1.2 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при 
=1):
| (30) |
|
Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1 природного газа:
Теоретический объем азота в продуктах сгорания:
| (31) |
Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:
| (32) |
|
Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:
| (33) |
|
Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:
| (34) |
|
Энтальпия теоретического объема воздуха:
| (35) |
Энтальпия продуктов сгорания:
| (36) |
где 
– энтальпия золы, при сжигании природного газа не учитывается;
– коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.
6.1.3 Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате
Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяется расход топлива и вычисляется коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.
В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (вода) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.
Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния агрегата:
| (37) |
Или
| (38) |
где 
– располагаемая теплота, 
;
– полезно использованная теплота, ;
- суммарные потери, ;
– потери теплоты с уходящими газами, ;
– потери теплоты от химического недожога, ;
– потери теплоты от механической неполноты сгорания, ;
– потери теплоты в окружающую среду, ;
– потери теплоты с физической теплотой шлаков .
Левая приходная часть уравнения теплового баланса (38) является суммой следующих величин:
| (39) |
где 
– теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 топлива; эта теплота учитывается тогда, когда воздух нагревается вне котельного агрегата (например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до воздухоподогревателя); если воздух нагревается только в воздухонагревателе, то, теплота не учитывается, так как она возвращается в топку агрегата;
– теплота, вносимая с паром для распыления мазута (форсуночный пар);
– физическая теплота 1 топлива.
Т.к. предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует и пар для распыления топлива не используется, то формула (39) принимает вид:
| (40) | |
| (41) | |
где 
- энтальпия 1 воздуха, кДж/ .
Тогда
|
Коэффициентом полезного действия водогрейного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку горячей воды, к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.
В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто – коммерческую экономичность. КПД-брутто котельного агрегата определяется по уравнению прямого баланса:
| (42) |
где 
– количество полезно используемой теплоты, кДж/ ;
– располагаемая теплота, кДж/ .
То же по уравнению обратного баланса:
| (43) |
где 
– относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.
Относительные потери теплоты с уходящими газами определяются по формуле:
| (44) |
где 
– энтальпия холодного воздуха:
|
– потери теплоты от механической неполноты сгорания (учитывается только при сжигании твердого и жидкого топлива), %
|
Потери теплоты в окружающую среду определяются по графику на рис.8.1 [11] 
=3%.
Потери теплоты от химического недожога определяются по таблице 3.1 [5] 
=0,5%.
КПД-брутто котельного агрегата:
| (45) |
6.1.4 Расчет количества топлива, сжигаемого в котельном агрегате
Общий расчет топлива, подаваемого в топку котельного агрегата:
| (46) |
где 
- полезная мощность котла:
| (47) |
где 
– расход воды через котельный агрегат, кг/с;
– энтальпия горячей и холодной воды (на выходе и входе водогрейного котла) [12], кДж/кг
|
Таким образом,
|
Список использованных источников
1. Строительная климатология. СНиП 23-01-99.
2. Котельные установки. СНиП II-35-76.
3. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите. ТСН 23-341-2002 Рязанской области Администрация Рязанской области г. Рязань – 2002.
4. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-86.
5. Тепловой расчет котельных установок. Методические указания для выполнения расчетной работы №1. Мордовский государственный университет им.Н.П.Орагева. Саранск, 2005.
6. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. Для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.
7. Выбор и расчет теплообменников. Учебное пособие. Пензенский государственный университет. Пенза, 2001.
8. Роддатис К.Ф. Котельные установки. Учебное пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. – М.: «Энергия», 1977.
9. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
10. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я.. Производственные и отопительные котельные 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1984.
11. Справочник эксплуатационника газифицированных котельных. Л.Я.Порецкий, Р.Р.Рыбаков, Е.Б.Столпнер и др. – 2-е изд., перераб. и доб. - Л.: Недра,1988.
12. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 – М.: Издательство МЭИ. 1999.
13. Сайт компании «Виссманн» www.viessmann.ru
14. Сайт компании «Grundfos» www.grundfos.ru
15. Сайт компании «Ридан» www.ridan.ru
16. https://www.ekran21.ru/produkcija/kotly/gazovye-kotly/