Мероприятия по повышению кпд котла на примере. Модернизация муниципальных котельных с установкой когенерационного оборудования

Энергосберегающие мероприятия по котельным и топочным в частных домах и зданиях с общей площадью не более 2000 м.кв.

Модернизация и автоматизация котельных малой и средней мощности:

• повышение энергетической эффективности котельных агрегатов при
  использовании низкотемпературных и конденсационных котлов;
• использование новых принципов сжигания топлива в котельных
  агрегатах;
• повышение надежности работы котельных агрегатов;
• использование современных горелочных устройств;
• автоматизация работы котельных агрегатов;
• автоматизация распределения теплоносителя по нагрузкам;
• химводоподготовка теплоносител;
• теплоизоляция трубопроводов;
• установка экономайзеров на дымоходы;
• погодо-зависимое управление контурами;
• современные жаро-газотрубных котельные агрегаты.

2.Контроль за температурой уходящих газов и избытком воздуха в них.

Ведение оптимальных воздушных режимов топки является основным условием обеспечения экономичной работы котла. Топочные потери q 3 и q 4 сильно зависят от избытков воздуха в горелках (α г) и в топке (α т). Необходимо сжигать топливо при избытках воздуха, обеспечивающих полное выгорание топлива. Эти избытки устанавливаются в процессе наладочных испытаний. Значительное воздействие на экономичность и температурный уровень горения оказывают присосы в топке. Рост количества присосов снижает избытки воздуха в горелках, эффективность перемешивания топлива и продуктов сгорания с воздухом, увеличивает потери q 3 и q 4 . Чтобы избежать увеличения топочных потерь, повышают общие избытки воздуха в топке, что также неблагоприятно. Пути повышения эффективности топочного процесса – устранение присосов в топке, организация оптимального режима горения, проведение испытаний, позволяющих находить эти условия.

Наибольшими потерями в котле являются потери с уходящими газами. Их величина может быть снижена при уменьшении избытков воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, а также при повышении температуры воздуха, забираемого из окружающей среды.

Наибольшее внимание следует уделять уменьшению α ух. Оно обеспечивается работой топочной камеры на минимально допустимых (по условиям выжига топлива) избытках воздуха в топке и при устранении присосов в топке и газоходах. Снижение α ух позволяет также снижать потери на собственные нужды по газовоздушному тракту и влечет понижение температуры уходящих газов. Присосы воздуха в топку газомазутных котлов производительностью 320 т/ч и ниже не должны превышать 5%, выше 320 т/ч – 3%, а для пылеугольных котлов той же производительности соответственно 8 и 5%. Присосы воздуха в газовом тракте на участке от выхода из пароперегревателя до выхода из дымососа не должны превышать (без учета золоуловителей) при трубчатых воздухоподогревателях 10%, при регенеративных 25%.

При работе котла одним из основных параметров, требующих постоянного контроля и исправности приборов, являются избытки воздуха в топке или за одной из первых поверхностей нагрева. Источником повышенных присосов воздуха в газоходах является износ или коррозия труб в трубчатых воздухоподогревателях (преимущественно холодных кубов), что также является причиной повышения расхода электроэнергии на тягу и дутье и приводит к ограничению нагрузки.

Температура уходящих газов υ ух зависит как от избытков воздуха, так и от эффективности работы поверхностей нагрева. При появлении на трубах загрязнений снижается коэффициент теплоотдачи от газов к трубам и повышается υ ух. Для удаления загрязнений следует проводить регулярную очистку поверхностей нагрева. При модернизации котла с целью понижения υ ух следует, однако, помнить, что это может вызвать конденсацию паров на стенках труб холодных кубов воздухоподогревателя и их коррозию.

Воздействовать на температуру окружающего воздуха возможно, например, путем переключения отбора воздуха (с улицы или из котельного цеха). Но при этом следует помнить, что при отборе воздуха из котельного помещения усиливается его вентиляция, появляются сквозняки, а в зимнее время из-за понижения температур возможно размораживание трубопроводов, приводящее к появлению аварийных ситуаций. Поэтому забор воздуха из котельного помещения в зимнее время опасен. Естественно, в этот период потери q 2 объективно возрастают, так как воздух может иметь и отрицательную температуру. Машинист должен поддерживать температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель на коррозионнобезопасном уровне, применяя подогрев в калориферах или рециркуляцию горячего воздуха.

Рост потерь теплоты в окружающую среду может происходить при разрушениях обмуровки, изоляции и соответствующем обнажении высокотемпературных поверхностей, при неправильном выборе и монтаже обмуровки. Все неполадки должны выявляться при обходе котла машинистом, заноситься в журнал дефектов и своевременно устраняться.

Хорошее перемешивание топлива и окислителя при вихревой схеме сжигания позволяет эксплуатировать котёл с пониженными (по сравнению с прямоточно- факельным процессом) избытками воздуха на выходе из топки (α”=1.12…1.15) без увеличения содержания горючих в золе уноса и без увеличения концентрации СО величина которой не превышает 40-80 мг/нм 3 (α=1.4).

Таким образом, снижение температуры и избытка воздуха в уходящих газах за счёт повышения эффективности работы топки позволяет уменьшить потери тепла с уходящими газами, а, следовательно, увеличить коэффициент полезного действия “брутто” котлоагрегата на 1…3% даже на котлах, проработавших до модернизации 30..40 лет.

1. Составление режимных карт

Для обеспечения грамотной экономичной эксплуатации для вахтенного персонала разрабатываются режимные карты, которыми он должен руководствоваться в своей работе.

Режимная карта – документ, представленный в виде таблицы и графиков, в котором для различных нагрузок и сочетаний оборудования указаны значения параметров, определяющих работу котла, которые необходимо соблюдать. Режимные карты составляются на базе результатов испытаний по оптимальным, наиболее экономичным и надежным режимам при различных нагрузках, качестве поступающего топлива и различном сочетании работающего основного и вспомогательного оборудования. В случае установки на станции однотипного оборудования испытания повышенной сложности проводятся на одном из котлов, а для остальных котлов испытания могут не проводиться или проводятся в сокращенном объеме (используется режимная карта испытанных котлов). Режимные карты должны регулярно пересматриваться и изменяться (при необходимости). Уточнения и изменения вносятся при переходе на новые виды топлива, после ремонтных и реконструкционных работ.

Для характерных диапазонов нагрузок в режимную карту в качестве определяющих параметров вводят: давление и температуру пара основного и промежуточного перегрева, температуру питательной воды, уходящих газов, количество, а иногда и конкретное указание сочетания работающих мельниц, горелочных устройств, дутьевых вентиляторов и дымососов; состав продуктов сгорания за поверхностью нагрева, после которой впервые обеспечивается достаточное перемешивание газов (конвективный пароперегреватель или водяной экономайзер II ступени); показатели надежности работы отдельных поверхностей или элементов котла и показатели, облегчающие управление котлом или наиболее быстро реагирующие на отклонение режима и возникновение аварийных ситуаций. В качестве последних показателей достаточно часто используются: температура газов в районе наименее надежно работающей поверхности нагрева (например, в поворотной камере, перед загрязняемой или шлакуемой конвективной поверхностью и т.д.); сопротивление (перепад давлений) загрязняемых, шлакуемых и корродируемых поверхностей нагрева (КПП; воздухоподогреватель); расход воздуха на мельницы и их амперажная нагрузка – особенно но топливах переменного состава; температура среды и металла в некоторых наиболее опасных с точки зрения перегрева поверхностях нагрева.

Кроме того, в режимной карте находят отражение периодичность включения средств очистки поверхностей нагрева и особые условия работы отдельных элементов и оборудования (например, степень открытия отдельных регулирующих воздушных и газовых шиберов, соотношение степени открытия шиберов первичного и вторичного воздуха горелок; условия работы линии рециркуляции газов и рабочей среды и т.д.).

При сжигании мазута в режимные карты дополнительно вносится температура его предварительного подогрева, при которой обеспечивается надежный транспорт мазута по мазутопроводам и его распыл в форсунках.

Наряду с определением состава газов для выявления оптимальности топочного режима необходимо регулярно определять присосы газов в топке и в конвективных газоходах.

Бытующее мнение о недостаточной опасности присосов воздуха в топке, о возможности использования этого воздуха в процессе горения неверно и опасно. Дело в том, что большая часть воздуха, поступающего в топку с присосами, проникает через неплотности стен топочной камеры относительно небольших размеров и не может глубоко проникать внутрь топочной камеры.

Двигаясь вблизи экранов, в зоне относительно невысоких температур, этот воздух в горении участвует слабо. В основной же зоне горения воздуха не хватает, часть топлива, не выгорая, выносится из топки, поднимая там температуры и создавая восстановительную среду. Повышение температуры частиц топлива (а следовательно, золы) и восстановительная среда усиливают процесс шлакования и загрязнения труб.

Ввиду важности поддержания оптимального воздушного режима топочного процесса эксплуатационный персонал станции должен постоянно следить за исправностью приборов газового состава и вести текущий контроль плотности топки и конвективных газоходов путем наружного осмотра и определения присосов.

Параметры, входящие в режимную карту, используются при настройке защит и систем автоматического регулирования.

1. Высокоэффективное регулирование

Одним из лучших путей, гарантирующим эффективную эксплуатацию котельной, является высокоэффективное регулирование, которое возможно применить и для паровых, и для водогрейных котельных. Высокоэффективное регулирование позволяет сэкономить в среднем от 4 до 5 % используемой тепловой энергии и окупается в течение года.

Как можно добиться повышения эффективности работы котла? Известно, что при определенном соотношении расходов воздуха и топлива происходит наиболее полное сгорание внутри котла. При этом следует добиваться ведения топочного процесса с минимальным количеством избыточного воздуха, однако при обязательном условии обеспечения полного сгорания топлива. Если в топку подается избыточный воздух в большем количестве, чем требуется для нормального ведения топочного процесса, то излишний воздух не сгорает и лишь бесполезно охлаждает топку, что может в свою очередь повести к потерям вследствие химической неполноты сгорания топлива.

Необходимо также контролировать температуру уходящих газов. При завышенной температуре дымовых газов на выходе из котла значительно снижается КПД агрегата за счет выброса в атмосферу лишней теплоты, которую можно было бы использовать по назначению. В тоже время при работе на жидких видах топлива нельзя допускать снижения температуры дымовых газов на выходе из котла ниже 140 °С при содержании в топливе серы не более 1 % и ниже 160 °С при содержании в топливе серы не более 2–3 %. Значения данных температур обусловлены точкой росы для дымовых газов. При этих температурах начинается процесс выпадения конденсата в дымогарных трубах и дымосборной камере. При контакте содержащейся в топливе серы с конденсатом вследствие химической реакции образуется сначала сернистая, а затем серная кислота. Результатом чего является интенсивная коррозия поверхностей нагрева.

Для достижения большей эффективности высокоточной регулировки необходимо предварительно произвести базисную очистку топки и дымоходов. Для уменьшения избыточного воздуха и уменьшения температуры уходящих газов необходимо:

– устранить негерметичность камеры сгорания;
– произвести контроль тяги дымохода, при необходимости установить в дымовой трубе шибер;
– повысить или понизить номинальную подводимую мощность котла;
– вести контроль соответствия количества воздуха для горения;
– оптимизировать модуляции горелки (если горелка снабжена этой функцией).

Для газовых котлов с помощью газового счетчика и секундомера можно выяснить, подается ли к горелке необходимое количество топлива. Если котел работает на мазуте, то проверяется, соответствует ли расход, измеренный расходомерным соплом, и давление, создаваемое мазутным насосом, подходящими для эффективной работы котла.

Краткое описание

Вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов придается большое значение во всех отраслях народного хозяйства и особенно в энергетике – основной топливопотребляющей отрасли. На каждой станции, в котельной разрабатываются организационно-технические мероприятия по совершенствованию технологических процессов, модернизации оборудования, повышению квалификации персонала.

Ниже будут рассмотрены некоторые пути повышения эффективности котельного агрегата и котельной в целом.
Энергоаудит котельной

Энергосбережение в котельной конечно же начинается с энергетического обследования (энергоаудита) котельной, которое покажет реальную оценку эффективности использования существующего оборудования котельной и системы отопления в целом, а также определит потенциал энергосберегающих мероприятий и способы реализации.

Содержание работы

Введение
Энергоаудит котельной …………………………………………………...3
Контроль за температурой уходящих газов и избытком воздуха в них. 9
Составление режимных карт …………………………………………….12
Высокоэффективное регулирование ……………………………………14
Использование вторичных излучателей ………………………………..18
Установка модернизированной подовой щелевой горелки в холодной воронке котла (для котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-50 ……………………20
Комплексные технологии повышения эффективности котельных коммунальной энергетики ……………………………………………….22
Библиографический список ……………………………………………...28

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Реферат
«Повышение эффективности котельных агрегатов и котельных»

Выполнил: Бондарева П.М.
Принял: Дождиков В.И.

Липецк 2011
Содержание
Введение

Энергоаудит котельной …………………………………………………...3
Контроль за температурой уходящих газов и избытком воздуха в них. 9
Составление режимных карт …………………………………………….12
Высокоэффективное регулирование ……………………………………14
Использование вторичных излучателей ………………………………..18
Установка модернизированной подовой щелевой горелки в холодной воронке котла (для котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-50 ……………………20
Комплексные технологии повышения эффективности котельных коммунальной энергетики ……………………………………………….22
Библиографический список ……………………………………………...28

Введение
Вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов придается большое значение во всех отраслях народного хозяйства и особенно в энергетике – основной топливопотребляющей отрасли. На каждой станции, в котельной разрабатываются организационно-технические мероприятия по совершенствованию технологических процессов, модернизации оборудования, повышению квалификации персонала.
Ниже будут рассмотрены некоторые пути повышения эффективности котельного агрегата и котельной в целом.

Энергоаудит котельной

Фактических показателей эффективности работы оборудования котельной.
Сравнение существующих показателей эффективности работы котельной с нормированными значениями.
Выявление и анализ причин несоответствия между фактическими значениями эффективности работы котельной и нормируемыми.
Пути достижения энергоэффективной работы котельной.

сбор и документирование информации - определение основных характеристик объекта исследования: сведения об оборудовании котельной, динамики потребления энергоносителей, сведения о потребителях тепла и т.п. Также определяются объемы и точки замеров тепловой и электроэнергии.;
инструментальное обследование - восполняет недостающую информацию по количественным и качественным характеристикам потребления энергоресурсов и позволяет оценить существующую энергоэффективность работы котельной;
обследование и обработка результатов, и их анализ - измерения с помощью уже существующих узлов учета, или при их отсутствии переносными специализированными приборами.;
разработка рекомендаций по энергосберегающим мероприятиям и оформление отчета.

Анализатор продуктов горения
Тепловизор (тепловизионная съемка)
Цифровой измеритель температуры
Термометр инфракрасный бесконтактный
Трехфазный анализатор электропотербления
Ультразвуковой расходомер жидкости
Ультразвуковой толщинометр

Мероприятия по энергосбережению в водогрейных котельных на газе

Регулярно проводить РНИ.
В межналадочный период регулярно делать ускоренные испытания и анализы дымовых газов на предмет соответствия режимным картам.
Отпуск тепла производить в соответствии с тампературными графиками.
Уменьшить мощность сетевых насосов по результату наладки сетей.
Уменьшить потери через дефекты изоляции.
Замена оборудования на более экономичное.
Ликвидация откратых схем и срезок графика путем совершенствования схемы теплоснабжения.
Борьба с утечками.
Учет и анализ всего.
Перевод паровых котлов на водогрейный режим.
Применение частотно-регулируемого электропривода.
Применение горелок, работающих с незначительным коэффициентом избытка воздуха.
Забор дутьевого воздуха из котельной.
Устранение присосов у котлов, работающих с разрежением в топке.
Установка экономайзера или теплоутилизатора.
Применение деаэрации воды.
Повышение температуры питательной воды.
Очистка поверхностей нагрева с обеих сторон.

повышение энергетической эффективности котельных агрегатов при
использовании низкотемпературных и конденсационных котлов;
использование новых принципов сжигания топлива в котельных
агрегатах;
повышение надежности работы котельных агрегатов;
использование современных горелочных устройств;
автоматизация работы котельных агрегатов;
автоматизация распределения теплоносителя по нагрузкам;
химводоподготовка теплоносител;
теплоизоляция трубопроводов;
установка экономайзеров на дымоходы;
погодо-зависимое управление контурами;
современные жаро-газотрубных котельные агрегаты.

2.Контроль за температурой уходящих газов и избытком воздуха в них.

Составление режимных карт

Высокоэффективное регулирование

В развитии современной котельной техники малой и средней мощности можно выделить следующие направления:

Повышение энергетической эффективности путем всемерного снижения тепловых потерь и наиболее полного использования энергетического потенциала топлива;

Уменьшение габаритных размеров котельных агрегатов за счет интенсификации процесса сжигания топлива и теплообмена в топке и поверхностях нагрева;

Снижение токсичных (вредных) выбросов (СО, NOx, SOx;

Повышение надежности работы котельного агрегата.

Энергетическая эффективность котельных агрегатов оценивается коэффициентом полезного действия (КПД). При работе на газообразном и жидком топливах КПД зависит в основном от потерь теплоты с уходящими газами При полном сжигании топлива потери теплоты от химической неполноты сгорания равны нулю, а потери теплоты через наружные ограждения в окружающую среду для современных котлов сведены к минимуму и составляют доли процента. Как известно, потери теплоты с уходящими газами зависят от температуры этих газов и коэффициента избытка воздуха, с которым осуществляется сжигание топлива. Подсосы воздуха в дымовой тракт современного котельного агрегата практически отсутствуют.

При снижении температуры уходящих газов до уровня, на котором происходит конденсация водяных паров продуктов горения (ПГ), достигается двойной эффект: с одной стороны, выделяемая скрытая теплота конденсации водяных паров существенно повышает используемый энергетический потенциал топлива, который усваивается хвостовыми поверхностями нагрева котла, с другой стороны, уменьшаются потери теплоты с уходящими газами.

Такие котлы получили название низкотемпературные (при отсутствии конденсации водяных паров продуктов горения) и конденсационные (при наличии конденсации водяных паров), их выпускают фирмы Viessmann, Ecoflame и др.

Основным недостатком конденсационных котлов является агрессивная среда, когда в образующемся конденсате растворяется диоксид углерода с образованием угольной кислоты Н2СО3, вызывающей интенсивную коррозию поверхностей нагрева. Образующийся конденсат необходимо нейтрализовать. Опасность кор розии многократно возрастает при использовании серосодержащего топлива, при сжигании которого образуются оксиды серы, являющиеся источником серной кислоты.

Защита от коррозии может быть обеспечена при выполнении элементов котла из сталей, обладающих высокой коррозионной стойкостью, т.е. из сталей, легированных присадками хрома, никеля и молибдена. Данные стали относятся к дорогим материалам, их применение значительно повышает стоимость котельных агрегатов, но при этом существенно возрастает экономичность установок. Например, при работе на природном газе КПД такого котла приближается к максимально возможному почти на 11 %. Содержание водяных паров в продуктах горения при сжигании жидкого топлива меньше, чем при сжигании газа, поэтому дополнительный выигрыш за счет использования теплоты в случае жидкого топлива составляет всего 5...7 %.

Исключительно важное значение для эффективности работы котельного агрегата имеют горелочные устройства. В настоящее время на российском рынке наряду с отечественными производителями (ООО «Сормово», ОАО «Старорусприбор», ООО «Каменский завод газоиспользующего оборудования» и др.) появилось много иностранных фирм (Baltur и Ecoflame (Италия), Benton (Швеция), De Ditrich (Франция), Korting, Saacke, Weisshaupt (Германия) и др.), производящих современную котельную технику и газогорелочное оборудование.

Современные газовые и жидкотопливные горелки отличаются высокой эффективностью сжигания топлива, экономичностью и экологическими характеристиками, высокой степенью автоматизации.

Управление работой горелок и контроль безопасности выполняют специальные устройства - менеджеры горения, с помощью которых осуществляются контроль герметичности магнитных клапанов, электронно-связанное управление соотношения топливо - воздух, связь с персональным компьютером, на экране которого отображается последовательность работы и настройка параметров работы.

Регулирование тепловой мощности горелок выполняется в зависимости от используемого топлива, типоразмера горелок и конкретных условий организации процесса. Наиболее качественное ведение процесса достигается при модулируемом способе регулирования тепловой мощности горелок.

Регулирование расхода воздуха у горелок некоторых типов осуществляется посредством изменения частоты вращения вентилятора, что обеспечивает наиболее экономичный режим работы горелки при снижении уровня потребления электрической мощности.

Новая технология сжигания реализуется, например (рис. 5.1). Камера горения такого котла представляет собой акустическую систему с высокой степенью гурбулизации дымовых газов. В камере горения котлов с пульсирующим горением отсутствуют горелки, а следовательно, нет и факела. Подача газа и воздуха осуществляется прерывисто с частотой примерно 50 раз в секунду через специальные газопульсирующие и воздушно-пульсирующие клапаны и процесс горения происходит во всем топочном объеме. При сжигании топлива в топке повышается давление, увеличивается скорость продуктов

Рис. 5.1.

1 - газопульсирующий клапан; 2 - ресивер газовый; 3 - газовая линейка; 4 - камера горения; 5 - водяная рубашка камеры горения; 6 - резонаторные трубы в водяной рубашке; 7 - выхлопной коллектор; 8 - водяная рубашка выхлопного коллектора; 9 - глушитель выхлопа; 10 - ресивер воздушный; 11 - вентилятор; 12 - воздушно-пульсирующий клапан; 13 - запальная свеча; 14 - предо&

хранительный клапан; ПГ - продукты горения

горения, что приводит к существенной интенсификации процесса теплообмена, т.е. обеспечивается возможность уменьшении массы и габаритных размеров котла.

Дымовые газы под избыточным давлением выходят из камеры горения, по резонаторным трубам поступают в выхлопной коллектор 7 и, проходя через глушитель выбрасываются через дымовую трубу наружу. Нагреваемая вода движется противотоком по отношению к дымовым газам по водяным рубашкам

Котлам пульсирующего горения не нужна дымовая тяга, и работать они могут при весьма низком давлении газового топлива - менее 0,7 кПа (70 мм вод. ст.). Потребляемая мощность электрооборудования котла не зависит от его теплопроизводительности и составляет не более 100 Вт.

Поступающая в камеру горения газовоздушная смесь сгорает почти полностью, поэтому в ПГ содержание СО примерно 95 мг/м3, оксидов азота - 35 мг/м3. По сравнению с аналогами, работающими по принципу факельного горения, котлы с пульсирующим горением выгодно отличаются небольшими размерами и массой.

Анализ котельной техники малой и средней мощности от отечественных и зарубежных производителей показывает, что наибольшее распространение в настоящее время находят горизонтальные жаротрубные и жарогазотрубные котельные агрегаты для производства пара и горячей воды, основные типы которых приведены на рис. 5.2.

Жаротрубный котел (рис. 5.2, выполняется в виде цилиндра, заполненного водой, внутри которого расположена жаровая труба выполняющая функции топки. Горелка устанавливается в торцовой части жаровой трубы. Передача теплоты от факела и ПГ к стенкам жаровой трубы осуществляется преимущественно путем излучения. Дымовые газы, пройдя жаровую трубу и отдав теплоту воде, направляются через патрубок в дымовую трубу.

В жаротрубном котле на рис. 5.2, жаровая труба имеет U-образную форму. Этим достигается некоторое увеличение поверхности нагрева и необходимое соотношение между длиной и высотой котла.

Интенсификация теплоотдачи от ПГ к поверхностям нагрева достигается в жарогазотрубных котлах, в которых установлены радиационная и конвективная поверхности нагрева. Радиационный теплообмен осуществляется в жаровой трубе таких котлов, а конвективный теплообмен - в трубах небольшого диаметра, через которые с достаточно большой скоростью проходят продукты сжигания топлива. Жаровая труба и конвективная поверхность нагрева в таких котлах, получивших название двухходовые жарогазотрубные, снаружи омываются водой. Разворот ПГ осуществляется в поворотной камере, расположенной за жаровой трубой.

Более глубокое использование теплоты ПГ за счет увеличения времени пребывания газов достигается в трехходовых жарогазотрубных котлах (рис. 5.2, в), в которых газы последовательно проходят жаровую трубу и конвективную поверхность 5, к которой они поступают через две поворотные камеры, расположенные со ответственно за жаровой трубой и в передней крышке, где уста новлена горелка

Известны горизонтальные котельные агрегаты с двумя жаро вы ми трубами, каждая из которых имеет самостоятельное отопление с помощью горелок.

Рис. 5.2. : а - жаротрубный; б - жаротрубный с U-образной жаровой трубой; в - трехходовой жарогазотрубный; г - жаротрубный с двумя жаровыми трубами; д - водо &трубный с змеевиковой поверхностью нагрева; е - жарогазотрубный с инверси онной топкой; 1 - горелка; 2 - жаровая труба; 3 - корпус; 4 - патрубок к дымовой трубе; 5 - конвективная поверхность нагрева; 6 - поверхность нагрева в виде змеевиков; ПГ - продукты горения

Наличие двух жаровых труб 2 (рис. 5.2, позволяет увеличить мощность котельного агрегата, а также более эффективно проводить регулирование его производительности. На малых нагрузках подача топлива на одну из жаровых труб может быть отключена, на средних и больших нагрузках в работе находятся обе жаровые трубы.

В водотрубных конструкциях котельных агрегатов вода находится внутри труб. Так, в котельном агрегате, изображенном на рис. 5.2, поверхность нагрева выполнена в виде змеевиков, образующих жаровую трубу 2 и конвективную поверхность 5.

Большое внимание при разработке современных конструкций котельных агрегатов уделяется снижению выбросов токсичных газообразных оксидов азота. Этого удается достичь при использовании специальных горелок с низкой эмиссией NOX, выборе геометрических характеристик топки, обеспечивающих умеренное значение плотности тепловыделения в топочной камере порядка 0,4...0,6 МВт/м3.

В жарогазотрубных котлах с инверсионной топкой (рис. 5.2, поток ПГ, пройдя топочную камеру, ударяется в заднюю ее стенку, в результате чего разворачивается и движется в обратном направлении к передней стенке, откуда через промежуточную камеру поступает в конвективную часть котла, в которой конвективная поверхность нагрева 5 выполнена из труб малого диаметра. В результате такой организации движения ПГ подмешиваются к факелу, снижая его температуру и тем самым приводя к уменьшению образования термических оксидов азота (оксидов азота, образующихся при высоких температурах).

В настоящее время для умягчения и обессоливания подпиточной воды используются весьма сложные установки, зачастую требующие для своей работы дорогостоящих компонентов. Кроме того, неизбежны штрафные платы и за сбросы солевого концентрата, который губительно влияет на окружающую среду.

Вакуумный водогрейный котел японской фирмы Takuma (рис. 5.3) - это герметичная емкость, наполненная определенным количеством хорошо очищенной воды. Топка котла представляет собой жаровую трубу, находящуюся ниже уровня воды.

Выше уровня воды в паровом пространстве 5 установлены два теплообменника и Один из них (теплообменник 5), включается в отопительный контур, другой (теплообменник - работает в системе горячего водоснабжения.

Благодаря небольшому вакууму, автоматически поддерживаемому внутри котла, вода закипает в нем при температуре ниже обычных 100 °C. Испарившись, она конденсируется на теплообменниках и затем поступает обратно в котел. Так как очищенная вода в процессе эксплуатации никуда не выводится из агрегата, облегчается задача обеспечения необходимого ее количества.

Рис. 5.3. :

1 – предохранительный клапан; 2 - блок автоматического удаления воздуха; 3 - теплообменник отопительного контура; 4 - теплообменник контура горяче го водоснабжения; 5 - паровое пространство котла; 6 - мановакуумметр; 7 дымовая труба; 8 - топка в виде жаровой трубы; 9 - конвективная поверхность нагрева; 10 - вентилятор; 11 - горелка; 12- блок управления; ПГ - продукты горения

Таким образом, снимается проблема химической подготовки котловой воды, качество которой является непременным условием ни дежной и длительной работы котельного агрегата.

Отопительные котлы американской фирмы Teledyne Lears это водотрубные установки с горизонтальным теплообменником из оребренных медных труб. Особенностью таких котлов, полу чивших название гидронные, является возможность исполыови иия их на неподготовленной сетевой воде. В этих котлах обеспе чивается высокая скорость протекания воды через теплообмен пик (более 2 м/с). Таким образом, если вода по своему состииу может вызывать коррозию оборудования, то образующиеся час тицы продуктов коррозии будут откладываться в виде накипи, но только не в теплообменнике котла. В случае использования жесткой воды быстрый поток снизит или предотвратит образование накипи. Необходимость высокой скорости привела разрабогчн ков к решению максимально уменьшить объем водяной части котла, так как в противном случае нужен слишком мощный циркуляционный насос, потребляющий большое количество электроэнергии.

Рис. 5.4. Жарогазотрубный трехходовой паровой котел Universal международной компании LOOS :

1 - импульсы к регулятору давления; 2 - манометр; 3 - люк для осмотра парового пространства котла; 4 - сепаратор пара; 5 - паровой вентиль; 6 - предохранительный клапан; 7 - люк в газоход; 8 - водяной экономайзер; 9 - обводной газоход (байпас) экономайзера; 10 - дымовая заслонка байпаса; 11 - сборная камера продуктов горения; 12 - дренажная труба для конденсата ПГ; 13 - гляделка; 14 - люк в водяное пространство котла; 15 - продувочный кран; 16 - опорная рама; 17 - поворотная камера ПГ; 18 - топка в виде жаровой трубы (топочная камера); 19 - конвективная поверхность нагрева; 20 - тепловая изоляция; 21 - секции для рециркуляции воды; 22 - горелка модулируемого регулирования; 23 - люк в поворотную камеру; 24 - водомерное стекло; ПГ - продукты горения

В последнее время на российском рынке реализуется котельная техника многочисленных зарубежных фирм и совместных российских и иностранных предприятий. На рис. 5.4 приведен жарогазотрубный трехходовой паровой котел Universal международной компании LOOS. Котел имеет топку выполненную в виде жаровой трубы, омываемой с боковых сторон водой. В переднем торце имеется откидывающаяся дверца с двухслойной тепловой изоляцией, в которой установлена горелка модулируемого регулирования. Продукты горения из жаровой трубы поступают к конвективной газотрубной поверхности нагрева совершают двухходовое движение, а затем из сборной камеры ПГ направляются в газоход, где установлен водяной экономайзер Для ре гулирования температуры подогреваемой воды в экономайзере часть газов может проходить мимо водяного экономайзера по об водному газоходу (байпас). Расход газов через водяной экопо майзер регулируется с помощью дымовой заслонки байпаса.

Подвод воды в котел осуществляется по патрубку, располо же иному в верхней части котла, а отвод пара - через паровой вентиль 5. Наружные поверхности котла имеют тепловую изоля цию Осмотр внутреннего состояния парового и водяного про странств котла производится через люки и Для слива кон денсата, образующегося из ПГ, предусмотрена дренажная труба 12. Котел устанавливается на опорную раму

Относительно большой объем топки и, как следствие, невы сокая плотность тепловыделения в топке (0,4... 0,6 МВт/м3) обеспечивают полное сгорание топлива. Благодаря трехходовому движению дымовых газов достигается высокая эффективность ра диационного теплообмена в жаровой трубе и конвективного теп лообмена в газотрубной части котла. Тепловая мощность котлов такого типа 11,2... 29,9 МВт, КПД котла в стандартном исполпе нии 95,9 %.

Удельный вес котельных в теплоснабжении всех потребителей теплоты в нашей стране составляет около 45%. В перспективном периоде удельный вес котельных дополнительно возрастет.

Такая ситуация создалась в связи с повышением технических показателей котельных установок и, как следствие, повышением экономической целесообразной границы применения комбинированного теплоснабжения. Для промышленного теплоснабжения характерна весьма значительная потребность в паре: она составляет около 50% общей потребности промышленных предприятий в теплоте.

В перспективе существенно увеличится количество мощных котельных производительностью более 58 МВт(50Гкал/ч). Однако мелкие котельные все же будут иметь значительный удельный вес; в настоящее время в стране работает около 120 тыс.котельных с чугунными секционными котлами, которые обеспечивают до 40% потребности жилищно- коммунального хозяйства в теплоте. Значительно увеличится число котельных в сельской местности, в связи с улучшение социально- бытовых условий жизни на селе. Одним из этих условий является применение таких систем теплоснабжения, при которых резко уменьшились бы затраты труда жильцов на их обслуживание и обеспечивался бы более высокий уровень теплового комфорта в помещениях.

Увеличение мощности котельных экономически целесообразно, так как при наличии достаточного числа потребителей тепловой энергии увеличение единичной мощности и числа котлоагрегатов приводит к снижению себестоимости продукции и штатного коэффициента. Однако результат может быть иным, если котельные в течение длительного периода работают с низким коэффициентом использования установленной тепловой мощности- явление, характерное для новых городов и поселков, при строительстве которых тепловая нагрузка сначала весьма незначительна, а мощные котельные выходят в условие нормальной эксплуатации лишь через ряд лет. При таких условиях работы удельно (в рублях на единицу выработанной теплоты) возрастают многие слагаемые себестоимости тепловой энергии: амортизационные отчисления, затраты на электроэнергию, заработная плата обслуживающего персонала и др.

Степень экономической эффективности строительства мощных котельных зависит от темпов возведения города: чем эти темпы выше, тем скорее котельные выйдут на условие нормальной эксплуатации.

Расчеты показали, что в новых городах в связи с этим более целесообразно возводить газифицированные и диспетчеризованные групповые котельные, так как они обеспечивают наименьшие приведенные затраты за срок их службы при наличии сравнительно невысокого штатного коэффициента. Число таких котельных непрерывно растет. В созданных специализированных предприятиях объединенных котельных и тепловых сетей объединено около 5000 котельных, в которых число чугунных котлов составляет более 85% общего их числа.

Технико-экономические показатели универсальных чугунных котлов (при работе на твердом или жидком топливе) за последние 20 лет значительно улучшилось: единичная их мощность увеличилась с 0,35 до 0,76 МВт (с 0,3 до 0,65 Гкал/ч), а удельный расход металла снизился с 8,2 до 4,1 т/МВт (с 9,5 до 4,8 тч/Гкал). Однако серьезнейшим недостатком универсальных отопительных котлов является сравнительно низкий их эксплуатационный их КПД: при работе на рядовом угле – 0,55-0,6, а при сжигании газа-0,75-0,78. КПД котлов в групповых котельных можно повысить путем совершенствования конструкций котлоагрегатов, уменьшения температуры уходящих газов, выбора рационального топочного режима, автоматизации и диспетчеризации работы котельных.

Основным путем повышения КПД отопительных котельных является выпуск котлоагрегатов, имеющих более совершенную по эффективности сжигания в них топлива конструкцию.

Эффективность сжигания угля главным образом повышают путем комплексной механизации топочного процесса. Наибольший эффект (по данным НИИ санитарной техники ЦНИИЭП инженерного оборудования) обеспечивается при механической топке с шурующей планкой, достаточно простой и надежной в эксплуатации, которая позволяет механизировать подачу топлива на колосниковую решетку, его передвижении по площади решетки, шуровку горящего слоя и удаления образовавшихся шлаков.

Испытания котлов с такой топкой показали, что их эксплуатационный КПД повышается на 15-20% за счет уменьшения потерь теплоты с уходящими газами (больших при зарастании конвективных поверхностей нагрева универсальных котлов сажей и уносом, а также при повышенном избытке воздуха, поступающего в топку) и в результате химического и механического недожога топлива.

КПД механизированного котлоагрегата «Братск-1», снабженного такой топкой, достигает 87%, что позволяет окупить дополнительные капитальные вложения (колоагрегат дороже универсального котла той же мощности) всего за 3-4 года (в зависимости от мощности котельной и длительности работы в течение года).

Существенное значение для повышения КПД котлов имеет их газоплотность, с увеличением которой одновременно повышается и длительность работы котлов (переток горячих газов из топки в конвективные газоходы через зазоры между секциями нагревает металл). Как показали исследования, при допускаемой по ГОСТу ширине зазора до 2 мм коэффициент избытка воздуха достигает 1,5-1,7 вместо рекомендуемого 1,2 и соответственно увеличиваются потери теплоты с уходящими газами и снижается КПД котлов.

Уплотнение зазоров асбестовым шнуром не обеспечивает необходимой газоплотности. Рекомендуется использовать разработанную НИИ сантехники термостойкую герметизирующую мастику « Виксисант», изготовляемую

на основе кремнийорганических эластомеров с термостабилизирующими добавками и наполнителями и низкомолекулярного каучука. Эту мастику наносят из труб на поверхность стыкующихся ребер.

В настоящее время за рубежом широкое распространение получают чугунные котлы, работающие под наддувом. Достоинствами таких котлов являются постоянство коэффициента избытка воздуха и, следовательно, высокий КПД, высокий теплосъем с поверхности нагрева. Такие котлы разрабатываются и в нашей стране. Их работа без гермитизирующих мастик типа « Виксисант» невозможна.

Совершенствование конструкций котлов малой и средней мощности практически лишило перспектив внедрения в нашей стране форсуночно-насадочных контактных нагревателей ФНКВ, КПД которых в связи с наличием контактной теплопередачи был близок к единице. Недостаток таких аппаратов - затраты электроэнергии на подъем нагретой воды на необходимую высоту и на преодоление гидравлического сопротивления системы – не является решающим при сравнении с базовым вариантом - котлами, имеющими сравнительно низкий КПД. Теперь же эта новая техника оказалась экономически нецелесообразной.

Температуру уходящих газов обычно снижают с помощью экономайзеров, устанавливаемых за котлами. Чем дороже сжигаемое в них топливо, тем целесообразнее более глубокое охлаждение газов в экономайзере. Экономически целесообразная температура этих газов за экономайзером t`` эк.цел должна удовлетворять условию.

где t эк.кор -минимально допустимая температура газов в экономайзере, назначаемая исходя из недопустимости коррозии его поверхностей;

t` эк -температура газов, входящих в экономайзер.

Поверхностные экономайзеры не обе­спечивают снижения температуры уходящих газов до экономически целесообразной величины. Кроме того, в небольших по мощности котельных обычные экономайзеры устанавли­вать нецелесообразно, так как для их размещения не­обходима значительная дополнительная площадь, а для изготовления экономайзеров обычного типа требуется большое количество металла. Эти недостатки отсутст­вуют у контактных экономайзеров, использующих не только явную теплоту отходящих газов, но и скрытую теплоту парообразования, что обеспечивает высокий экономический эффект их применения.

В настоящее время серийно выпускаются контактные экономайзеры ЭК-БМ мощностью до 1,22 МВт (1,05 Гкал/ч), применяемые в котельных промышленных и коммунальных предприятий; в них осуществляется на­грев воды для технологических нужд. Достоинства кон­тактных экономайзеров: экономия металла, высокая ин­тенсивность теплообмена меж­ду газами и слоем насадки из керамических колец, боль­шая площадь поверхности теплообмена в единице объ­ема и резкое повышение ко­эффициента полезного дейст­вия котельных установок (на 10-15%).

Однако экономайзерам ЭК-БМ присущи и значительные недостатки: большие габариты блока (при мощности 1,22 МВт его длина 2,44, ширина 2 и высота 5 м; большая масса -5тв том числе масса металлических частей 2,2 т); невозможность использования для подъема нагретой воды к потребителям, давления, создаваемого в городской водопроводной сети (из-за разрыва струи воды внутри экономайзера); непригод­ность экономайзеров для бытового горячего водоснаб­жения, так как содержащиеся в отходящих газах кан­церогенные вещества, окислы азота и углерода при контактном нагреве переходят в воду.

Указанные недостатки исключены в двухконтурном контактном экономайзере,разработанномТ.П.Калашниковой.В первом его контуре происходит контакт­ный нагрев воды отходящими газами, во втором кон­туре нагретая вода передает свою теплоту в поверх­ностном теплообменнике воде, расходуемой на бытовые нужды.

" Газы из сборного борова котельной посту­пают в контактный экономайзер и, отдав свою теплоту с температурой около 30°С, удаляются дымососом в дымовую трубу. Вода поступает в экономайзер через водораспределитель, основной нагрев воды происходит в насадке, состоящей из керамических колец. Нагретая до температуры 65°С вода затем поступает в теплооб­менник, где отдает свою теплоту водопроводной воде и насосом подается в водораспределители, а нагретая примерно до 55°С водопроводная вода сливается в бак-аккумулятор системы горячего водоснабжения. Однако сроки службы теплообменника и насоса невелики из-за наличия в воде первого контура большого и непрерыв­но увеличивающегося количества свободной углекис­лоты и кислорода. В связи с этим устанавливают кис­лотоупорные канализационные насосы и применяют пластмассовые трубы и теплообменники.

Теплопроизводительность такого экономайзера для котельной с шестью котлами «Минск-1» теплопроизводительностью по 0,93 МВт (0,8 Гкал/ч) каждый была определена в 1 МВт (0,86 Гкал/ч), что позволило от­казаться от установки в котельной одного котла (КПД котлов повысился на 18%). При увеличивающихся затратах на топливо, срок окупаемости капитальных вложений не превышает 2 года.

Экономическая эффективность применения такого экономайзера в значительной степени зависит от плот­ности орошения его насадки водой, скорости газов в нем и принятой высоты насадки. При увеличении скорости газов снижается стоимость экономайзера и повы­шается уровень использования их теплоты, но возрас­тают затраты на электроэнергию. Одновременно повышаются эти затраты и уровень воды при увеличении плот­ности орошения или, высоты насадки.

Очевидно, что имеются какие-то сочетания величин перечисленных параметров, при которых приведенные затраты на установку были бы минимальными. Слож­ность нахождения такого оптимального сочетания зна­чительно уменьшается, если предварительно будет най­ден интервал высокой тепловой эффективности насадок, являющийся частным от деления объемного коэффи­циента теплопередачи k v , Вт/(м 3∙ К) [ккал/(ч∙м 3∙ С], на мощность N, затрачиваемую на преодоление сопро­тивления насадки. Сначала определяют коэффициент ее теплопередачи k н по формуле Н. М. Жаворонкова:

. (13.2)

Объемный коэффициент теплопередачи k v являет­ся произведением k н на площадь поверхности 1м 3 на­садки (для колец 25X25 мм эта площадь составляет ≈205м 2).

Требуемую мощность определяют по общеизвестным формулам. Средние скорости газов в экономайзере не должны превышать 1-1,2 м/с, а плотности ороше­ния-5- 10 м З /(м 2 ∙ч). При таких условиях можно до­статочно экономично вести процесс теплопередачи и избежать установки чрезмерно громоздкого и дорогого экономайзерного корпуса.

Экономическую эффективность экономайзерной установки можно также повысить путем при­менения иных видов насадки, сочетающих большую площадь поверхности теплообмена с более аэрогидродинамически обтекаемой формой. Выбор той или иной насадки определяется экономическим расчетом.

Экономически весьма эффективную схему приме­нения в котельных контактных теплообменников разра­ботал НИИ санитарной техники и оборудования зданий (Киев). Наличие в таких котельных не только кон­тактных экономайзеров, но и контактных воздухопо­догревателей позволяет одновременно уменьшить расход топлива и отказаться от применения химводоочистки для подпитки системы теплоснабжения. Такой резуль­тат достигается благодаря тому, что происходящий в контактном экономайзере процесс обра­зования конденсата (из содержащихся в дымовых газах водяных паров) усиливается за счет увлажнения возду­ха, поступающего в контактный воздухоподогреватель. Применение такой схемы в объединенной ко­тельной энерготехнологического комплекса Челябинс­кого завода оргстекла (два котла КВ-ГМ-50 и один котел ГМ-50) показало, что при нагреве поступающего в котлывоздуха может быть получено столько конденсата, что котельная может эксплуатироваться без химводоочистки (при возврате из системы тепло­снабжения более 66% конденсата). Дополнительным эффектом является сниженный в несколько раз выброс (из дымовой трубы в атмосферу) окислов азота.

Нагретая в экономайзере вода стекает в декарбонизатор и далее с помощью насоса направляется в промежуточный теплообменник и теплообменник си­стемы горячего водоснабжения, а затем возвращает­ся в экономайзер. Часть этой воды подается в бак, откуда она затем перекачивается в деаэратор и далее ею подпитывают систему теплоснабжения.

Вода, циркулирующая, в воздухоподогревателе смешивается с водопроводной водой, часть которой возмещает ее потери за счет испарения в воздухопо­догревателе, а ее остаток удаляется в канализацию, унося с собой содержащиеся в воде соли

Эксплуатация такой котельной установки на Челя­бинском заводе оргстекла позволила снизить себестои­мость вырабатываемой тепловой энергии на 15% и удельные капитальные вложения на 10% по сравнению с теми же экономическими показателями для обычной котельной такой же мощности.

Существенное повышение КПД групповых котель­ных достигается при разработке (в процессе их про­ектирования) рационального эксплуатационного режима работы котлов; при таком режиме КПД котлов при любой нагрузке на котельную должен быть близок к максимально возможному при данном типе котлов и виде топлива.

Известно, что с увеличением теплопроизводительности котла удельные потери в окружающую среду q 5 уменьшаются, а удельные потери, с уходящими газами q 2 , химическим недожогом q 3 и механическим q 4 недожогом увеличиваются. Сначала снижение потерь q 5 больше увеличения потерь q 2 + q 3 + q 4 и КПД котла возрастает, но затем потери q 2 + q 3 + q 4 растут скорее, чем снижа­ется q 5 ,и КПД начинает уменьшаться.

Зная зависимость КПД котлов от их тепловой на­грузки, можно установить и рациональный режим их работы.

По данным АКХ (академия коммунального хозяйства) наиболее экономична работа котлов Кч-3 и Кч-2, оборудованных форкамерными или инжекционными горелками для сжигания газа, при КПД не менее 85%, а при сжигании мазута - не ниже 82% для котлов Кч-2 и 85% для котлов Кч-3. С учетом этого ус­ловия составляют график работы каждого котла при следующих основных предпосылках: 1) число работаю­щих котлов в течение всего отопительного периода долж­но обеспечивать их работу с КПД не менее минимально допустимого; 2) в первую очередь пускаются в действие котлы с наибольшим КПД.

Исходя из этих условий,можно составить график работы четырех на­ходящихся в одной котельной котлов «Универсал-5» с теплопроизводительностью 1,58 МВт (1,36 Гкал/ч). Один котел должен работать при нагрузке котельной до 0,35 (0,3), два котла - в интервале нагрузок от 0,35 до 0,62 (от 0,3 до 0,53), три котла - от 0,62 до 0,87 (от 0,53 до 0,75) и четыре котла - при нагрузке более 0,87 МВт (0,75 Гкал/ч). Очевидно, что при расчетной теплопроизводительности котельной котлы будут работать менее экономично; этот небольшой период времени наступит тогда, когда нагрузка превысит 0,36∙4=1,44 МВт (1,24 Гкал/ч). При расчётных температурах наружного воз­духа - 32°С и внутреннего воздуха 18°С один котёл должен работать при температуре наружного воздуха выше 5°С, два котла - в интервале от 5 до -2°С, три котла.- в интервале от -2 до -10°С и четыре котла - при температуре ниже-10°С. Еще больший эффект будет получен, если помимо этих расчетов будут опреде­лены температуры воды, выходящей из каждого котла при разных t" H .

Аналогичные графики должны быть составлены и для котельных с более крупными котлами. Во всех слу­чаях наличие таких графиков в составе проектов соответствующих котельных позволит сэкономить значитель­ное количество топлива без дополнительных капитальных вложений.

Практика показала, что при ручном регулирований теплопроизводительности котлов их КПД значительно меньше расчетного. При использовании автоматически действующих регуляторов КПД газифицированных кот­лов значительно повышается. При этом теплопроизводительность котельной регулируется путем поддержания температуры воды, выходящей из котлов, в соответствии с расчетным отопительным графиком. Одновременно пу­тем изменения количества воздуха, подаваемого в зону горения (при отрегулированном расходе газа), обеспе­чивается качественное его сжигание.

Повышение КПД котельных установок достигается также при диспетчеризации их работы и наличии в гази­фицированных котельных приборов автоматического регулирования горения газа. По данным Санкт-петербургского научно-исследовательского института АКХ, при исполь­зовании таких приборов расход газа снижается на 7% от расчетной его величины при регулировании процес­са горения вручную. Диспетчеризация работы котельных обеспечивает дополнительную экономию теплоты, так как она позволяет своевременно обнаружить и устра­нить все нарушения процесса горения. Одновременно решается и вторая, весьма важная задача - уменьшение числа рабочих, обслуживающих котельные. Во многих случаях это достигается за счет вывода всего эксплуатационного персонала из котельных и периодического обслуживания их слесарями, находящимися в штате дис­петчерского пункта.

Так, в ряде городов страны осуществлена, в част­ности, диспетчеризация работы групповых котельных, организованная по одно- или двухступенчатой схеме. При первой схеме все котельные присоединяют непос­редственно к центральному диспетчерскому пункту, при второй схеме центральный пункт связан с местными диспетчерскими пунктами, получающими сигналы о ра­боте каждой котельной, присоединенной к данному пунк­ту. Одноступенчатая схема более проста, но требует са­мостоятельных линий связи для каждой подключенной котельной. При двухступенчатой схеме стоимость этих линий, меньше, но увеличиваются затраты на устройство диспетчерских пунктов.

Экономическую целесообразность диспетчеризации работы котельных определяют путем сопоставления при­веденных затрат, руб., на обычные котельные П н.д и на диспетчеризованные П д :

где З ко т и З д - заработная плата персонала, обслуживающего недиспетчеризованные и диспетчеризованные котельные (с начисления­ми); К о - капитальные вложения в оборудование и контрольно из­мерительные приборы;

К п,К зд , К л - затраты на проектные рабо­ты, на строительство помещений диспетчерского пункта и на линии связи;

Р о, Р л, Р а - затраты на ка­питальный ремонт оборудования системы диспетчеризации линий связи и на аренду помещения;

∆T - уменьшение затрат на теплоту, расходуемую в системах отопления и горячего водоснабжения, при­соединенных к данным диспетчеризованным котельным;

У – коэффициент затрат.

Урок службы системы диспетчеризации котельных в настоящее время может быть определен только ориенти­ровочно, так как еще неясны перспективы технического прогресса в этой области жилищно-коммунального хозяйства. Однако можно предполагать, что он будет близок к среднему сроку службы инженерного оборудования жилых домов, который в настоящее вре­мя, с учетом морального износа, принимают равным 30-35 лет; при этом У≈ 12.

Значительное снижение КПД производственно-отопи­тельных котельных наблюдается из-за резких колебаний нагрузок, больших по величине и непродолжительных по времени (в тех случаях, когда тепловые нагрузки на технологические нужды значительно превышают отопительно-вентиляционные и они неравномерны). В связи с переменным расходом теплоты изменяется режим ра­боты топки, которая в силу своей инерционности не сра­зу приспосабливается к изменившейся нагрузке, и котел работает в условиях неустановившегося состояния; при этом КПД вертикально-водотрубных котлов снижается на 4-8%.

Применение тепловых аккумуляторов обеспечивает работу котлов с постоянной нагрузкой при высоком КПД в тех случаях, когда колебания ее у потребителей весьма значительны. Кроме того, аккумуляторы воспри­нимают, часть пиковой нагрузки, что часто позволяет уменьшить число устанавливаемых котлов или их единичную мощность.

При наличии в производственно-отопительной котельной паровых котлов целесообразно применять пароводяные аккумуляторы переменного давления. При понижении в них давления вода перегреется и частично прев­ратится в пар, дополнительно поступающий потребите­лям. При снижения нагрузки часть вырабатываемого пара поступает в аккумуляторы, где он конденсируется, повышая энтальпию воды, находящейся в аккумуляторах.

Подобные аккумуляторы широко применяются за рубежом. Целесообразность их установки определяют экономическим расчетом, в котором учитывают повыше­ние КПД котельной в среднем на 10%. Область эконо­мически целесообразного применения аккумуляторов за­висит от отношения аккумулирующей их способности L, т пара, к средней нагрузке котельной Д ср, т/ч. По данным Ю. Л. Гусева и И. И. Павлова при L/Дср до 4,2 при сопоставлении приведенных зат­рат на котельную с четырьмя газифицированными котлами ДКВР-10 и котельной с тремя такими же котлами и аккумулятором.

Наибольший эффект от применения аккумуляторов достигается в котельных, работающих на твердом топ­ливе, так как в таких случаях из-за высокой тепловой инерции топки и слоя топлива вывод котлов на режим работы с высоким КПД (после пиковых или резко сни­женных нагрузок) происходит после значительного ин­тервала времени.

На многих предприятиях потери пара иногда дости­гают 15-20% всей его выработки. Наиболее частыми причинами этих потерь являются неисправность конденсатоотводчиков, образование вторичного пара в конденсатосборных баках и продувка паровых котлов.

Для нормальной работы конденсатоотводчика необходимо, чтобы давление пара у входного его штуцера было не менее 35 КПа (0,35 кгс/см 2) и чтобы он был способен выжать конден­сат в конденсатопровод, если последний расположен вы­ше конденсатоотводчика. При наличии меньшего давления устанавли­вают подпорные шайбы, однако при изменении давле­ния пара ими нельзя соответственно отрегулировать ко­личество отводимого конденсата. Этих недостатков ли­шена регулируемая подпорная шайба, се­чение проходного отверстия которой может изменяться с помощью винта.

Шайбу устанавливают между двумя флан­цами. Для ее ремонта, а также для быстрого пропуска большого количества конденсата образующегося в нача­ле работы паропровода, у шайбы монтируют обводную линию с запорным вентилем на ней.

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы повышения эффективности работы котельных установок"

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРШКАЦЙИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский научно-исследовательский теплоэнергетический институт

твенное объединение "Минскэнерго"

ТЕОРЕТИФСКИЕ основы ПОШПЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

На правах рукописи

БАЙРАПЕВСКИЙ Борис Аыуратович

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательбком теплоэнергетическом институте Республики Беларусь.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СЕДЕЛКИН В.М.

доктор технических наук, профессор БУБНОВ В.П.

доктор технических наук, профессор БОКУН И.А.

Ведущая организация - БЕЗШШИЭНЕРШПРШ, г.Минск.

Защита состоится " Э 1993 г. в час.

П заседании специализированного совета ИГО АН Б ДО06.03.01 по 7!репу: 220109, Минск - Сосны, Шститут проблем энергетики АН Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭ АН Б.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в л пух экземплярах просим направлять в адрес специализированного совета при ИПЭ АН Б: 220Ю9, Минск - Сосны, Институт гроблем энергетики АН Б, Специализированный совет ИПЭ АН Б.

Ученый секретарь специализированного совета, д"-ктор технических наук ^

Б.Е.Тверковкин

ОЩА.Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход народного хозяйства нашей страны на рыночные отношения в условиях нехватки электрических мощностей, возросших требований к охране окружавшей среды и кризисных явлений в плане поставки топлива ставит серьезные задачи в -области теплоэнергетики, как одной из ведущих отраслей промышленности. Опыт показывает, что осуществление природоохранных мероприятий в ряде случаев требует коренного пересмотра утвердившихся ранее конструкций горелок и режимов работы поверхностей нагрева котлов. В условиях эксплуатации бывают случаи, когда высокая температура воды.за котлом, а следовательно и температура уходящих газов, может быть снижена режимными мероприятиями до потребного температурного уровня в теплосети, установленной графиком. Исследования показали, что здесь большую роль играют соотношения массовых потоков теплоносителей: расходов воды через котлы, в теплосети и от бойлеров ТЭЦ. Выявление закономерностей этих потоков позволяет организовать рациональное распределение их, что в свою очередь способствует уменьшению до минимума, а в ряде случаев и до нуля разрывов между температурами воды в теплосети и на выходе из котлов. Низкотемпературная коррозия конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов в ряде случаев является результатом несовершенства конструкции и схемы циркуляции воды в "них. В основе решения этой проблемы лежат особенности процессов лучистого и конвективного теплообмена через, поверхности нагрева котла. Выпускаемые заводами трубчатые воздухоподогреватели (ТВП) холодной ступени являются наиболее консервативными элементами котлов в плане своей конструкции и нерациональности температурных режимов работы.

Решение указанных проблем требует углубления знаний в вопросах теплообмена и распространения струйных потоков в топках и горелках котлов. Значительная часть таких задач решается путем модельных исследований. Поэтому вопросам усовершенствования практических методов моделирования в диссертационной работе уделено большое внимание.

Цельнаботы. Разработка комплексных мероприятий по стабилизации надежности и повышению экономичности теплоэнергетического оборудования на практике, внедрение которых примем шло к любой энергосистеме и ряде промышленных предприятий. Не исключено применение этих разработок к нетрадиционным конструкциям теплоэнергетического оборудования, которые утвердятся ь бпи:кайгаем будущем.

На основании выполненных исследований шш постижения указанной цели решены следующие задачи:

Разработаны практические метопы модельных исследований, доступные к осуществлению как силами НИИ, так и в условиях про-извопства;

Разработана модель процессов тепло- и массообмена в ст~. руйных потоках, образованных взаимодействием коаксиальных встречных и.спутных ограниченных струй, характерных для форкамерных горелок;

Выявлен ряд закономерностей в отношении распределения разнотемпературных потоков в пределах котельной и определено их влияние на. режимы работы котлов;

Разработаны варианты модернизации водогрейных котлов с традиционной (а.с.СССР М» 943493, 1010409) и каскадной (а.с.СССР Jf 992940) схемами питания, метопы расчета оптимальных режимов работы котла и котельной в целом;

Определены основные закономерности процессов теплообмена

и разработаны инженерные меиоды расчета трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени разных модификаций: с неравномерным подогревом воздуха за калориферами, с трубами разных диаметров (o.e. СССР Ш& 699837, 821843, 966419), с ребристыми трубами и с электрообогревом труб (а.с. СССР ОТ 800497, 8I95I3).

Научную новизну представляют:

Результаты исследований в области моделирования теплофи-зических процессов при работе топок котлов, горелочных устройств, смесительных и струйных камер горения, воздуховодов и пр.;

Результаты экспериментальных исследований режимов работы циклонной камеры и рециркуляционных форкамерных горелок при сжигании газа и мазута;

Результаты анализа структуры струйных потоков в рециркуляционных камерах при холодных продувках и в условиях горения топлива. Разработка метопа расчета процессов распространения струй в форкамерной горелке и теплообмена их с ограждающими стенками;

Результаты исследования закономерностей распределения ра-знотемпературных потоков воды в пределах котельной и влияние этого ({актора на экономичность работы водогрейных котлов;

- "введение показателя, характеризующего степень загрязнения

поверхностей нагреса котлов в сравнении с их номинальным состоя*

Нием и применение этого показателя для расчета оптимального распределения нагрузок между водогрейными котлами; ■

Результаты исследования общего принципа каскадной схемы питания Са.с. СССР № 992940) и режимов работы водогрейных котлов по этому принципу;

Результаты анализа процессов теплообмена в трубчатых воздухоподогревателях традиционной конструкции, с трубами разных

диаметров, с ребристыми трубами и в случае электрообогрева труб.

Практическая ценность материалов исследования заключается в следующей:

Разработана система инженерных формул, позволяющих определить оптимальный масштаб модели и осуществить расчеты тепловых и аэродинамических характеристик объекта исследования, а именно: температур газов и ограждающих стенок камеры горения, коэффициентов Теплообмена, тепловосприятий и теплонапряжений в зоне горения, скоростей потоков газов и воздуха, сопротивлений каналов и устройства в целом;

Разработан метод расчета тепловых и аэродинамических характеристик рециркуляционных камер горения;

Высокотемпературный подогрев мазута рассматривается кан альтернативное мероприятие, компенсирующее затраты, вызванные ухудшением экономичности работы котла в связи с осуществлением мер по подавлению оксидов азота: двухступенчатого сжиганий, введения газов рециркуляции, увлажнения мазута, сжигания замазучен-ных вод и т.д.;

Разработан метод расчета оптимальных режимов работы котельной на основании фактических показаний штатных приборов с применением, вычислительной техники;

Обоснована целесообразность применения каскадной схемы питания теплообменников любых типов с целью передачи тепла с малыми перепадами температур теплоносителей на входе и выходе;

Разработаны принципы каскадной схемы питания водогрейных котлов разных типов с целью увеличения их надежности и экономичности;

ного подогрева воздуха в калориферах.

Методы исследования основаны на результатах:

Обобщения фактических режимов и опытных данных о работе оборудования и сопоставления их с установленными нормами, теоретическими предпосылками и опытными данными других исследователей с учетом сложившихся концепций по тому или иному вопросу на уровне мировых стандартов;

Анализа причин отклонения режимов работы оборудования от установленных норм;

Анализа принципиальных и фактических возможностей усовершенствования существующих конструкций оборудования и соответствующих технологий, контроля за качеством и производством электроэнергии и теплоты.

Достоверность научных результатов п выводов, полученных в работе определяется:

Правомерной последовательностью теоретического анализа, в частности при изучении процессов моделирования теплообмена и распространения струй в форкемерных.горелках, при изучении особенностей рекимов работы поверхностей нагрева водогрейных котлов, трубчатых воздухоподогревателей и т.д.;

Опытными данными и удовлетворительными результатами анализа их погрешностей (порядка 10-20$ при исследовании циклонной камеры и 4-12$ при исследовании работы форкамерных горелок на котле), что позволило разработать метод выбора и расчета конструктивных характеристик форкаыерных горелок в процессе их проектирования;

Обоснованной оценкой недостатков фактических режимов работы оборудования, его конструкций.и методов контроля за эффективностью технологических процессов. Например, при исследовании, оптимальных режимов работы котельных, схем питания и циркуляции котлов, вопросов модернизации воздухоподогревателей и контроля за эффективностью работы Тс)Ц, котельных и теплосетей.

Автор защищает: материалы исследования, собранные в единый комплекс, которые могут быть использованы в порядке намечаемых программ по пути дальнейшего усовершенствования технико-экономических показателей в области теплоэнергетики, а именно:

Теоретические разработки в области молельных исследований; нетрадиционные методы анализа результатов опыта; инженерные формулы расчетов по определению режимов работы моделей, взаимосвязей между техническими характеркотиками модели и оригинала;

Методы оценки эффективности работы смесительных камер и вариантов компоновки вихревых горелок в топке котла в плане защиты ограждающих стен от попадания факела;

Результаты теоретических исследований в области процессов тепло- и массообмена при распространении потоков в смесительных форкамерах горения со спутными и встречными коаксиальными струями;

Результаты теоретических исследований по выявлению оптимальных режимов работы водогрейных котельных;

Варианты модернизации водогрейных котлов;

Принцип каскадной схемы питания водогрейных котлов традиционных и вновь создаваемых конструкций;

конструкции различных модификаций трубчатых воздухоподогревателей (ТШ) и результаты теоретических исследований особенностей процессов теплообмена в таких ТЕП;« методы их.расчета.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались: ..

На научно-техническом совещании Оптимальное использование ^теплогенерирующих источников, осуществляющих теплоснабжение городов"-в г.Минске 12 июня 1981 г.;

На Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение на-аекнссти водогрейных котлов типа ПТВМ и КВ-ГМ и схем теплоснабжения" в г.Риге 19-21 октября 1982 г.;

На научном семинаре лаборатории энергопереноса ИТМО АН ЗССР в г.Минске в июне 1965 г.;

На заседаниях теплотехнических секций НЮ Белэнергоремма-ггадки 18.05.84 г., 20.05.85 г., 24.01.86 г. и областного правления НТО Э и ЭП Минской области в мае 1986 г.;

На заседании технико-экономического совет? Минскэнерго от /го соответствует" объемам продуктов сгорания на входе в топку.

Равенство масштабов А/т_= Mo можно достигнуть путем подогрева рабочего воздуха.. 7Z в модели, поступающего из амб-рпзуры горелки. В сравнении с температурой рабочей среды в топ-_ ко (Ц) омэ определяется так: То Vre

Тт -У4 4„Тт

На основании dwitob установлено, что при изучении температурных полей в модели топки в качестве рабочего тела целесообразно использовать воздух, в для визуализации потоков рекоменяует-п " чп.пн^я" модель со ипуЕями воздуха через амбразуры горегоч-|п" у"-тррПстт.!. Рлсширемие ргбочей среды в топке имитируется об-

разованием воздухо-водяной смеси. Организация вдува воздуха в "водяной" модели приводит к разным значениям плотностей ^ и

*г, что в свою очередь позволяет постигнуть равенства масштабов/^, и Мт » а также свести к минимуму различия между аэродинамикой взаимодействующих потоков модели и оригинала.

Выбор масштабов Мт и Мо определяется также запачами исследования, необходимостью соблюдения равенств критериев Рос-сби (/?о), характер изуюших интенсивность крутки потоков, и техническими возможностями при изготовлении модели. Выполненные исследования позволили разработать рабочие формулы по определению конструктивных размеров закручивавшего аппарата при изготовлении модели горелки..

Математическое моделирование взаимодействия вихревых потопов на выходе из горелки с потенциальной средой в топке представляется в виде относительных постоянных составляющих скоростей Ух = их/и01 И Уу = Цч/и.о1 ■

1х ¿Г % (Х-ЭС^2+ (У-УсУ "

Г7 _ -г- ¿¿у1 _ -г- (Х-- 2о1_

где Гс/(2 // Д0i) - тангенциальная скорость враще-

ния на границе потенциального потока плоского вихря в амбразуре С -ой горепкм с радиусом, /2 циркуляция скорости; ^¿/¿о, ¿О - ширина топки, Ус~ - координаты размещения центра вихря ¿"-ой горелки, СС-Х/1, У=„y/¿ - текущие координаты, П - число-вихревых горелок на стене топки.

Нерациональные направления крутки горелок относительно друг друга приводят к набросан факела на близлежащие экраны.Расчетные формулы (16) позволяют построить эпюры скоростей в любых горизонтальных и вертикальных сечениях топки, включая и плоскости ограждающих стен. На рис.Зв порядке примера показаны восемь произвольных вариантов направления круток потоков в амбразуре горелок котла ПТВМ-50. Расчеты выполнены по формулам (16) при условии, что диаметр ядра вихря равен диаметру амбразуры горелки, т.е. 0,33 м. Ширина топки ¿0 = 4,2 м. Вертикальные составляющие скоростей Уу вычислены только плп

сечения топки на уровне 3 м от пола.

Моделирование процессов массообмена при влиянии сил конвекции и гравитации основано на■дальнейшем исследовании модифицированного комплекса

упоминаемого в работах Повха И.Л., Батурина В.В., Дудинцева Л.М., Талиева В.П. и пр. Установлено, что при исследовании таких потоков необходимо строго разграничивать расчетный (инд. "Р") и фактический (инд."Ф") масштабы перепадов температур на входе (вх) и выходе (вых) исследуемого объема: (,-

~~ ¿ех). ®т0 вызвано затруднениями при расчете теп-лопотерь через ограждающие стенки модели в окружающую среду.При неудовлетворительной теплоизоляции модели.измерения могут выполняться при значениях Сл^^С^ , что практически не сказывается на точности результатов. При пересчете локальных температур" с модели на натуру следует также исходить из фактического Сл1 значения масштаба перепадов температур. Расчетное значение С^ используется в процессе отлаживания модели по расходу рабочей среды и уровню фактических теплопотерь через ограждающие стенки.

При изучении смесеобраоовательных процессов практический интерес представляют значения скоростей и концентраций компонентов, имеющих постоянные источники в разных точках исследуемого объема и вентилируемых потоком рабочей среды. Метод исследования основан на измерении скорости падения концентрации одного вещества/? при замещении его другим В. Положим, нзчи-" ноя с некоторого момента времени 2 - 0,состав исследуемой среды Осм, подаваемой в пространство 14м, резко изменил концентрацию компонента от

Замещение компонента Д другим компонентом В произошло таким, образом, что суммарный объемный расход

не изменился. Что

касается локальных значений концентраций Сс компонента Л, то нечиная с момента I = О они с течением времени I > 0 уменьшаются. В данном случае механизм замещения одного компонента другим В аналогичен механизму мономолекулярной химической реакции типа /)-*■ В В данном случае по аналогии с законом дей-стьуюшиг мпсс, учитывал падение концентрации Сг во ■ времени, гмргм:

где Мь - константа.

На основании пальней-ших исслепо-ваний определено выражение, характе-ризуюзее степень вентиляции элементарных объемов АД в двух сравниваема точках М и А/ о потоками вентиляции

соответственно:

Ргз.З, ..Гмпрдаямяа рмугтхутая еацтвЕясё» Смрмгерэх.. " екорое*г,1 .е^генио Тйпга гст.м ПТЕМ - 50 п5 уртвяз 3:1 Н

Гфиэаигалыяк еоет?вг.Фя;гх \"л евйяз» етги еЗ при рьггг^ж

лгах: тпрайлгийй кгрткл г.отвгов возят** е р®Гйвтра*торг»к.„

ашчения й.^гП{ й: раСот»-0-я герммц &",--оч<М№тм Кг" I -Уц йря ОТГЛОЧЗШЦК КргйЖЯС ГврвЛЕП. "; "■„.■......".. ■■"*

где Со, С/ч, £v - концентрации рабочей срепы (вещества fí) в начальный момент времени 7 = 0 (в среднем по всему объему ис-слепуемого пространства), и спустя некоторое время Т в точках М и /V ; " \Л/м,ы ~ условные- скорости потоков рабочей срепы в точках М ■ и /V ; СТ - концентрации примесей, выделяе-

мых стационарно в адекватных точках /У и Л/ оригинала.

Локальные концентрации примесей C¿ в оригинале по лонным испытаний модели определим так:

Ci пр_ Ti Ар " его)

СсТ" Ve, горения со спутио-иольчеси«

¡потоками воздуха. Пунктирша яяник - дадьыз лрГгорении топлива, применительно ¡штрихпуият"ирщэ - при холодных ррэдувка*. Спяорпдсл ляшяш по- гя зтЬиКаШЮННОЙ

" «ллями У.тп^игчтч 1» .1" гти г" п г 1 гпПРНая. ТйЯ"и ППИ * . -

(двухступенчатой) камере горения; ■ - сделан ена-

"казаки криви«, зсарактершз клк.для условия горении, так к при холодщх- продувках. 2 - 3 4 г-& /0 .

5 - и)х\ 6 -Юа». 7-Ь7Р, О 9 -"¿л"/^Г, 10 Ъ -Вх/Вр. К, .13М гЛ. К

лиз расширения струй в исследуемом объеме и разработан метод расчете распределения средних скоростей, температур" и массовых потоков рециркуляции вдоль камеры как при холодных продувках,та к "и в условиях горения;

Разработан метод расчета тепловых и аэродинамических- характеристик исслеяуеиш: горелочних устройств;

В Евстдй глаРе.рассмотрены пути обеспечения надежности, повышения зконимичности и экологического эффекта котельных устано-

вок, На основании исследований установлено, что влияния на экологический эффект обоих факторов - расхода, топлива В с одной стороны и перепадов температурДТ между газами и окружающей средой с другой - равнозначны и противоположны, т.е.: ЗС^/дВ = Г ДО ¿^у» ~ концентрация рассеиваемых выбросов в

приземном слое ат-

о о,2 о.ч о,а о.! /.о х*

1.0 /.е ■ ".г

0.2 О,Ц Цб /¿>

мосферного воздуха. Таким образом, всякое мероприятие по- снижению температуры уходящих газов за котлом следует рассматривать с точки зрения влияния этого мероприятия на технологический процесс подогрева воды и генерации пара в нем..Если снижение температуры уходящих газов приводит к соответствующему ро-

1.1С"1"Т1ПП дичг.1» кттри горения со встречт-колмигы-

"571ГЛ--,! ! > ¡¿ XI. Ку>«Т*Г№« ЛИНИИ - Д1НН4» В|И ГОргНЛИ ТОП-

птяхяууктигн!« - г т и холоечкх пр07у?ктх. СПХ01М1ГЧ1 лиге- с ту КПД СруТТО КО-ята крч!», л"-г:-"К7срч1.г тк Д1Ч уе*0»я3 горения, так и: ТТО (Т.О. ВЛНЯеТ

гчи /010дкл грояугклх. I - Гхя^ЯГ. 2 - Тр "УК, 3 -Л-/0. "

л -р. 5 -¿Л, с,-ирг. 7 С-ю... э - ю - т звено,учоствую-

¿,-/Э->°С, II -В,/В, 1П -Рг-,%

шее в техпологиче-ском процессе теплообмена рабочих сред в котле), то в этом случае увеличения концентраций вредных выбросов, т.е. экологического "ущерба" за счет снижения эффективности работы дымовой трубы, не будет. В противоположность этому всякая утилизация дымовых газов за последней поверхностью нагрева котла путем включения теплообменных аппаратов и прочих звеньев, но участвующих в технологическом процессе теплообмена в котле и не способствует?* уменьшения расхопя топлива, чревата увеличением вредных выбросов за счет снижения эффективности работы дымовой трубы (с пониженной темперртурой газов и неизменном их массовом расходе).

Одним из ьажных резервов экономии топлива в котельных является освоение их оптимизационных режимов. Установлено,что оптимизация режима работы водогрейной котельной может осуществляться по двум направлениям одновременно: по пути оптимального распределения нагрузок между "котлами и по пути уменьшения до минимума разрывов между значениями температур воды на выходе из котлов и в прямой теплосети. В отличие от известного цетода "относительных приростов" задача оптимального распределения нагрузок в ванной работе основана на анализе фактических показателей работы котла и сравнении их с номинальными. При выполнении соответствующих расчетов вводится комплекс f , характеризующий влияние загрязнения поверхностей нагрева (с помощью коэффициента ^) за период эксплуатации на рост температуры уходящих газов в сравнении с номиналом. Из сравнительного анализа процессов теплообмена через чистую и загрязненную поверхности нагрева следует, что производная дбух/З^ для того или иного состояния котла является константой, т.е. Э^ух/д?~ ~ - (¿ух~ ¿еР),К0"^£опи; здесь ¿УК) -температура уходящих газов и воды в поверхностях нагреЕа, К0 - коэффициент теплопередачи. Величину этого комплекса можно вычислить путем сравнения значений при фактических и номинальных условиях на основании известной формулы Я.Л.Пеккера для ^ и анализа функций: ¿ух, с/ул, ¿хв)> /("¿т^ f) ; здесь ¿т, Окт - температура воды на входе в котел и ее расход; - коэфф)ициент избытка воздуха в уходящих газах. В. конечном итоге замкнутая система уравнений., позволяющая вычислить нагрузку Ос с -го котла при общем числе их / имеет вид:

_/7____^ _/___(25)

где fc (Ql) - функция изменения от нагрузки фактического значения кпд брутто котла. Она определяется из учета аналогичной исходно-нормативной зависимости -ff&J путем корректировки последней на фактические отклонения балансовых потерь теплоты: В гсиомамтнон когле rax;

где ^ и можно установить по формуле Пеккера Я.Л.,

Исследования второго пути оптимизации работы котла позволили установить три категории режимов работы комплекса. теплоснабжения, кржпый из которых (ь расчете на опин котел) характеризуется определенными соотношениями расходов поды в сети (jci , через бойлера ТЭЦ Gr^ni и через котел -Gutni , а именно: по 1-й категории Gci^($ктс, по 2-ой категории u£s"&K"nt"^ßcc\

Сравнительный"анэлиз показал, что эффект за счет экономии топлива б результате оптимизации нагрузок колеблется в пределах от 0 до 0,373. В то же время аналогичный эффект зе счет оптимального распреголения потоков воды в пределах котельной в 3-5 раз больше, т.е. в пределах от 0 до 1,48$.

На основании анализа теплового режима работы поверхностей нагрева и топок водогрейных котлов следует, что их необходимо модернизировать:

Улучшить топочные процессы путем организации исполнения минимально-допустимого уровня гор елочных устройств в топке котла и увеличения объема топки за счет ликвидации больших откосов холодной воронки;

Увеличить коррозионную стойкость котлэ, не снигая его оконаличности, путем организации последовательного подогрева воды сначала в экранях топки, затем в конвективных поверхностях ногревя котла, расположенных в газоходе и перевопя режичо работы конвективного пучка с противоточного на прямоточный;

Повысить надежность работы котла при резких колебаниях гидравлического режима путем исключения нисходящих потоков ьо-ды в экранных трубах и исключения подачи и отвода воды через коллектора по схеме „2Г " с целью замены ее"но схему„/7" , обеспечивающую меньшую гидравлическую разверку труб;

Увеличить производительность котла и защитить от коррозии поверхности нагрева его, расположенные в зоне уходящих газов путем организации дополнительного ввода холодной или горячей (после насосов рециркуляции) воды в промежуточный трпкт котла и организации двух независимых контуров от насосо рециркуляции при работе котла по 2-х ходовой схеме: один поток направлять в контур, позволяющий выдерживать меньшую темперртуру воды на входе, другой - в контур, требующий более высокого температурного уровня. При этом общая темперптурр воды поело смече-

ния на выходе из обоих контуров котла должна соответствовать заданному графику в теплосети.

Задача по снижению температуры воды на выходе из котла до заданной величины решается также путем организации каскадной схемы питания (КСП). Принципиальная схема подогрева воды таким способом показана на рис.8а на примере котла, включенного в теплосеть. Здесь один котел, способный передавать тепло &= -С6к(Ь~£ц) " разбит на J секций. Каждая из них способна генерировать, положим.//^" часть теплоты от суммарной величины 0=^1 йс = С"6к£. (-¿я -¿а) , т. е. ¿? , причем,

£ -< ¿£ -¿7/ " Эпюры изменения температур теплоносите-

ля в случае организации КСП (линия 3) и без нее (линия 4) показаны на рис.8б. Такой результат постигается путем соответствующего распределения потоков воды, указанных на рис.8а. Изменение расходов эт^х потоков (при условии, что тепловые и гидравлические режимы всех секций одинаковы) и уменьшение степени подогрева волы в таком секционном котле в зависимости от числа секций J можно выразить так:

Gh j а „-¿о) + ¿¿-¿л

G,< ~ ¿(¿x<-io)+ ¿л~1н ■

где = Od - расход воды через каждую t -ую секцию котла, Sp - поток рециркуляции.

Кривые (27) показаны на рис.Бв. Расчеты выполнены при значениях ¿а = 70°С, {и = Ю4°С, ¿2 = 150°С.

Таким образом, основной особенностью КСП водогрейного котла является возможность снижения среднего температурного уровня циркулирующей воды в поверхностях нагрева со всеми вытекающими из этого последствиями. В частности, более низкий температурный уровень воды в котле позволяет иметь некоторый запас в отношении предельных норм"качества котловой воды, что очень важно при частом попадании в теплосеть сырой воды. Кроме того,открываются возможности снижения температуры уходящих газов путем

уменьшения

5) OS" 0.4 -0.20

температуры волы на выходе из котла. Такая схема питания может быть использована не.только при разработке котлов новой конструкции,но и при модернизации старых. Организация КСП котлов, работающих в базовом режиме. по 4-х ходовой схеме-позволяет увеличить их производительность, не уменьшая температуру воды на входе ниже Ю0-104°С. Известные отличия между процессами теплообмена в топке и газоходе котлэ открывают возможности по организации с помощью КСП ра-знотемпературных режимов подогрева вопы в его.секциях с целью стабилизации температуры уходящих газов. на допустимом уровне в широком дгапазоне нагрузок. К СП котла позволяет загружать его в пиковом, базовом и соответственно промежуточном (смешанном) режимах по мере необходимости ь оперативном порядке путем соответствующих переключений,не меняя циркуляции воды ь се-

Т>ис.8. . Каск»дная Схема.и тодогрей }(чго уотла с организацией четирсх (^«4) одинаковых секций нагреяа. & - схем» циркуляции потоков: I - сетевой насос; 2 - на-соо рециркуляции. б - опяри течлерптур соды по тракту котла: 3-е организацией 1-ЕЛ; 4-е традиционной схечой питания, в - зарис;"мсст»! иугененяя потоков Gp , Sie и степени подогг«""" годы п котле ¿jJ - i/t от числа секций/ : 5 - ¿ij - In)/ (¿i - ///); С - fy/Gr-,

ти и котле. Организация КСП облегчает задачу оптимизации режима котельной в целом из учета загрузки насосов рециркуляции и повышения надежности, и экономичности котлов, способствует осуществлении оптимизации комплексе теплоснабжения в целом.

излагаются результаты исследования режимов работы трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени (ТШ). Одно и то же количесюо труб в ТШ традиционной конструкции* может располагаться о разными шагами по фронту движения воздуха и глубине куба. Исследования показали, что в связи с этим меняются тепло-технические характеристики куба (его сопротивление по воздуху и тепловосприятие). На рис.9 в порядке примера показаны изменения некоторых характеристик куба в зависимости от." числа рядов по глубине его » конструктивного параметра

-.¡о но, последний определяется значениями ша-. ГОВ Роп, Рсу- и числом рядов = 39 в ТШ, с которым производится.сравнение ■ (инп."О"). На оси ординат (рис.9) в виде безразмерных комплексов указаны: К= (..¡о; 0„=(0г»-0оу

Го -/00 0^О)

АРоУ/ооЖ1

чина я от некоторого чи-; ела рядов (V як в

0,2 0,4ОА 0,6 0,7 "Т

Рис.® . Теплотехнические характеристики ТТЛ трздшгаом- СТОРОНу УМеНЬШеНИЯ СО-

но» конструкии» в зависимости от параметра т.е. от" ПрОТиВЛвНИе ДР ТШ вариантов коипоновк» тру« » доске с разними числами:; возоастяет » В радов/..Безразмерные комплексы: I -_коз«иииент теп- . УВс,ко возрастает» а в

«передач* Ш х г - тепловосприятие См; 3,4 - темпера- СТОрОНу уменьшения Тй-

»да воздуха * ка»и*оде ¿Л»ГГ1Ь - сопротив- т возпветявт МП нн_ лени, по воздуху/}? : 6 - >змекен«о параметра У/СЬт возрастает, НО Нв-

1ЧЖНМ1 радо» / 4 значительно. Пр-И этом

рост температуры газов т£г за ТШ (т.е. снижение тепловосприя-тия ТВП) практически невелико. Оптимальное значение параметра в ТШ традиционной конструкции определяется в процессе разработки конструкции котла. . "

Исследования показали, что эффективными средствами увеличения надежности работы ТШ холодной ступени и экономичности котла в целом являются: установка по ходу подогреваемого воздуха рядов труб с постепенно или ступенчато убывающими диаметрами и дифференцированный подогрев воздуха в. секционном калорифере.Эта задача решена на основании анализа критериальных уравнений теплообмена в ТШ, где в качестве аргументов взяты диаметры и шаги труб. Принцип решения поставленной задачи следующий. По заданным значениям температур воздуха и газов на входе в ТШ и за калорифером определяются диаметры труб в первом и последнем рядах куба. Затем по полученным расчетным формулам устанавливается кривая распределения диаметров труб по рядам ТШ от первого до последнего. Вывод этих формул основан на анализе изменения тепловосприятия куба ТШ в каждом ¿"-ом ряду» что можно представить в виде уравнения:

К< 6вСв¿и = & ¿„с = - Япс, (28)

где Кг - коэффициенты пропорциональности; ЭС-Х/Х^ с началом отсчета (Л = О, I - I) от осей первого ряда; Ау - расстояние между первым (= I) и последним (¿V) рядами труб; Ое - массовый расход воздуха; ^ - поверхность и пла-

тность теплового потока труб С -го ряда; На основании (28) при установленных граничных условиях"определяем общие выражения по распределению диаметров труб и температуры воздуха по глубине куба модернизированного ТШ: /

&Хр(К, -X)] .

¿е;-1е< ~2)Гв-2>Г ехр(- ъ) " (30)

где константы ^

-\££1-, I (32)

/-ехр(-кл) " 2) -Ыа /с}