Экономическая эффективность- это результативность использования ресурсов. Она определяется путем сопоставления результатов и затрат расходованных на достижение этих результатов.

Для определения эффективности производства на уровне предприятий принимается система показателей, включающая обобщение и дифференцированные показатели.

К дифференцированным показателям относят показатели, применяемые для анализа эффективного использования отдельных видов ресурсов.

Обобщающие показатели характеризуют экономическую эффективность использования совокупности ресурсов.

Фондоотдача характеризует уровень использования основных производственных фондов участка. Основные производственные фонды включают балансовую стоимость всех видов групп производственных фондов. Расчет фондоотдачи производится по формуле:

Где - средний тариф за 1ГДж теплоты, руб.

Средний тариф за 1ГДж отпущенной теплоты на 28% превышает себестоимость 1ГДЖ отпущенной теплоты и определяется по формуле:

Фондоемкость показывает количество основных фондов, вложенных в получение 1руб. продукции.

Фондовооруженность определяется по формуле, тыс.руб./чел

Производительность труда оценивается по коэффициенту обслуживания и определяется по формуле, МВт/чел

Где Ч-численность эксплуатационного персонала, чел.

Среднемесячная заработная плата работников определяется по формуле:

Среднемесячная заработная плата рабочих определяется по формуле:

Где -численность рабочих (основных и вспомогательных). чел.

Прибыль полученная от годового отпуска теплоты котельной определяется по формуле:

Не вся прибыль полученная предприятием остается в его распоряжении. Предприятию необходимо произвести уплату налога на недвижимость и налога на прибыль, если есть штрафные санкции. Оставшаяся часть прибыли поступает в распоряжение предприятия.

Где - сумма налога на прибыль, руб.

Где - ставка налога на прибыль, по действующему законодательству, %.

Рентабельность- относительная величина, выраженная в процентах и характеризующая эффективность применения в производстве ресурсов овеществленного труда или текущих издержек производства.

Определяют следующие показатели рентабельности: уровень рентабельности отпущенной теплоты, уровень рентабельности собственного капитала, уровень рентабельности капиталовложений.

Уровень рентабельности отпущенной теплоты определяется по формуле,

Уровень рентабельности собственного капитала определяется по формуле,

Все полученные результаты по разделам 1 и 2 сводим в таблицу 6.

Таблица 6- Основные технико-экономические показатели котельной

Наименование	Обоснование	Показатели
Установленная мощность котельной, МВт
Годовая выработка теплоты, ГДж/год
Годовой отпуск теплоты, ГДж/год
Число часов использования установленной мощности, ч/год
Удельный расход топлива на 1 отпущенный ГДж теплоты: - условного, тут/ГДж - натурального, тнт/ГДж		0,038 0,058
Годовой расход топлива в котельной: - условного, тут/год - натурального, тнт/год		11209,8 17106,6
Удельный расход электрической мощности на собственные нужды, кВт/МВт
Установленная мощность токоприемников, кВт
Удельный расход воды, т/ГДж
Годовой расход воды, т/год
Амортизационные отчисления, тыс. руб.
Численность персонала, чел
Фонд оплаты труда работникам, тыс. руб.
Среднемесячная заработная плата, тыс. руб./мес.: - работников - рабочих
Годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб./год
Себестоимость 1ГДж отпускаемой теплоты, руб./ГДж
Фондоотдача
Фондоемкость
Фондовооруженность, тыс. руб./чел.
Прибыль, тыс. руб.
Чистая прибыль, тыс. руб.
Рентабельность отпущенной теплоты, %
Рентабельность собственного капитала, %

Описание:

Стоимость энергии составляет значительную часть эксплуатационных расходов для любого коммерческого здания. Модернизация инженерных систем позволяет сократить эти расходы. Капитальные вложения в модернизацию котельного оборудования во многих случаях имеют короткий срок окупаемости.

Экономическая эффективность модернизации котельной

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.

Для оценки эффективности сгорания используется анализатор уходящих газов. Измерения производятся до и после регулировки.

Наиболее подходящими для высокоэффективной регулировки являются котлы с надувными газовыми топками и мазутными топками. Менее подходящими являются котлы с комбинированными горелками для двух видов топлива, а также газовые котлы с атмосферными горелками.

Для комбинированных горелок режим для одного вида топлива часто является компромиссом для сохранения работоспособности на другом виде топлива. А регулировка газовых котлов с атмосферной горелкой ограничено техрегламентом и физическими характеристиками оборудования.

Регулирование пропусками

Для чугунных котлов в отопительных системах при регулировании теплоподачи в систему отопления по температуре внутреннего воздуха в контрольном помещении здания (регулирование «по отклонению») оно может осуществляться за счет периодического отключения системы (регулирование «пропусками») с помощью температурного датчика. Это позволит экономить от 10 до 15 % потребляемой тепловой энергии и окупится в течение двух лет.

Для стальных котлов такой способ регулирования температуры воды нежелателен. С точки зрения прочностных характеристик для стального котла большой температурный перепад нестрашен, но эксплуатировать котел с температурой воды в обратном трубопроводе (на входе в котел) ниже 55 °С не следует. Дело в том, что при такой температуре котловой воды температура дымовых газов в местах соприкосновения со стенкой дымогарной трубы может оказаться ниже температуры точки росы, что вызовет выпадение конденсата на стенках дымогарных труб и приведет к их преждевременной коррозии. Поэтому чаще применяют регулировку температуры воды с помощью трехходового клапана с температурным датчиком, минус этого способа – долгий срок окупаемости, от 5 лет и выше. Как альтернативу можно применить регулирование пропусками в сочетании с термостатическим датчиком температуры обратной воды. Такой способ менее экономичен и окупится в течение 4–5 лет.

Регулирование выключением

В повсеместной практике осенью с наступлением отопительного периода служба эксплуатации запускает систему отопления и выключает только весной. Это приводит к тому, что даже в теплые дни котел не отключается и продолжает работать.

Автоматическое регулирование выключением при достижении наружной температуры +8 °С может сохранить от 3 до 5 % потребляемой тепловой энергии и окупится за 2–3 года.

Регулирование циклов котла

Если работа котла регулируется «пропусками» в зависимости от температуры наружного воздуха, часто возникает следующая проблема: в переходные периоды, когда наружная температура в течение суток резко изменяется, цикл включения/выключения котла обычно короткий, трубы и отопительные приборы не успевают как следует прогреться и это приводит к недогреву здания; зимой же, когда холодная температура держится постоянно, цикл включения/выключения котла чрезмерно долгий, что приводит к излишнему перегреву здания. Для устранения этой проблемы рекомендуется установить контроллер, регулирующий минимальное и максимальное время включения котла. Это экономит от от 3 до 5% потребляемой тепловой энергии и окупится примерно за 3 года.

Статья подготовлена Н. А. Шониной , старшим преподавателем МАрхИ

П.B. Росляков, К.А. Плешанов,
Московский энергетический институт (технический университет)

АННОТАЦИЯ

Ниже рассматривается способ сжигания топлива с контролируемым химическим недожогом, позволяющий снизить эмиссию оксидов азота на 20-40% и повысить эффективность работы котла. Приведены результаты внедрения метода, экспериментальных и теоретических исследований.

1. ВВЕДЕНИЕ

Энергетическая стратегия России на период до 2030 года , одобренная правительством РФ, ставит новые задачи по улучшению энергетической и экологической эффективности российского ТЭК в целом. Эти требования сформулированы для нового и уже эксплуатируемого энергетического оборудования и в частности для паровых котлов.

2. СПОСОБЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

2.1. Традиционные представления о сжигании топлив в топках котлов

Большая часть технического парка котлов в России разрабатывалась до 80-х годов. В те времена считалось, что топливо должно сжигаться с большими теплонапряжением сечения топочной камеры qF, коэффициентом избытка воздуха а, при высоких температурах в зоне активного горения (ЗАГ) &здг-Это позволяет минимизировать потери с химическим и механическим недожогом топлива. Но при таких условиях эмиссия оксидов азота NOX максимальна. Поэтому проблема улучшения экологических характеристик действующих котлов стоит особенно остро.

2.2. Пути улучшения экологических характеристик котлов, реализуемые на стадии сжигания топлива

Внедрение на старых котлах мероприятий по снижению выбросов вредных веществ (ВВ), таких как ступенчатое, стадийное сжигание, рециркуляция продуктов сгорания и т.д. приводит, как правило, к снижению КПД котла, требует значительного объёма реконструкции и существенных финансовых затрат.

После принятия в 2004 году Федерального закона «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции Организации Объединённых Наций об изменении климата» в стране уделяется особое внимание эффективности работы ТЭС и снижению выбросов парникового газа СО2 в атмосферу. Поэтому современные средства снижения оксидов

азота должны не только улучшать экологическую безопасность котла, но и повышать эффективность его работы. Разработанный в МЭИ метод сжигания топлива с контролируемым химическим недожогом совмещает в себе требования по улучшению экологической и экономической эффективности работы котла.

Метод оптимален с точки зрения внедрения, т.к. является простым, малозатратным и быстрореализуемым.

3. СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ХИМИЧЕСКИМ НЕДОЖОГОМ

3.1. Физическая сущность метода

Основная идея способа сжигания топлива с умеренным недожогом состоит в уменьшении локальных избытков воздуха в ЗАГ за счёт уменьшения количества организованного подаваемого воздуха в топку. Снижение свободного кислорода в зоне горения подавляет образование термических и топливных оксидов азота, при этом несколько увеличивается эмиссия продуктов неполного горения топлива, контролируемых по содержанию монооксида углерода СО в продуктах сгорания (рис. 1).

3.2. Определение оптимальности режима сжигания топлива

В опытных исследованиях, проводившихся при сжигании разных видов топлива на котлах различной мощности, определялись экологические и экономические характеристики котлов. В дымовых газах ТЭС содержится различное количество вредных для окружающей среды примесей, поэтому

экологическая безопасность работы котла оценивалась по суммарному показателю токсической вредности ΠΣ , учитывающему содержание вредных примесей и их токсичность. Результаты исследований при содержании СО в уходящих из котла газах в нормируемых пределах 300-400 мг/нм3* дают снижение ΠΣ в 1,5-2 раза. При этом рост вклада продуктов неполного сгорания топлива (бенз(а)пирена (Б(А)П) и СО) увеличивался всего до 2-10% (рис. 2).

Эффективность работы котла оценивалась по его КПД. В ходе исследования котлов, сжигающих природный газ, максимум КПД приходится на содержание СО в уходящих газах от 50 до 100 мг/нм3 (рис. 3).

Численные эксперименты, проведённые с помощью ППП РОСА-2, разработанного на кафедре парогенераторостроения МЭИ, показали, что содержание СО в уходящих газах котла на уровне 50 мг/нм соответствует сжиганию предварительно перемешанной гомогенной топливовоздушной смеси при <х=1. При этом КПД котла максимален, т.к. потери от недожога топлива

В реальных условиях сжигания природного газа с недожогом снижение эмиссии ΝΟΧ приходится на диапазон от 20 до 40 %. Дальнейшее увеличение СО в уходящих газах котла нецелесообразно, т.к. происходит снижение КПД котла, а выбросы ΝΟΧ изменяются незначительно.

ЬКз- /5-i.yi Μ; ί - численный эксперимент

В качестве обобщённого критерия эффективности метода, учитывающего как экологическую безопасность, так и эффективность работы котла, служит суммарная плата станции S^ за выброс вредных веществ (ВВ) 5ВВ в соответствии с и используемое топливо 5Т: 5Σ = 5Т + Sm. Цена за топливо принималась равной 2230 руб. за 1000 м3 природного газа (установленные цены в I квартале 2009 г.).

При нынешних нормативных платах за вредные выбросы превалирующее значение на зависимость 5Σ = ДСО), показанную на рис. 5, оказывает плата за топливо (больше 99,9 %). Следует особо отметить, что природный газ в данное время является самым дешёвым топливом в России. Тем не менее при сжигании и других видов топлива величина 5Σ будет также в основном определяться стоимостью топлива, т.е. эффективностью котла.

Из вышеперечисленного следует, что оптимальным эксплуатационным режимом котла при его работе с умеренным недожогом является режим, при котором достигается максимум КПД. Ничтожная доля платы ТЭС за выбросы вредных веществ в атмосферу в общих эксплуатационных издержках указывает на нецелесообразность внедрения дорогих воздухоохранных мероприятий. Часто их внедрение на действующих котлах кроме заметных капитальных затрат на реконструкцию котла приводит к увеличению и эксплуатационных затрат. Данное положение дел является аргументом в пользу увеличения существующих нормативных плат за выбросы вредных веществ в атмосферу.

Все значения величин в тексте и в иллюстрациях даны приведёнными к стандартным условиям: температура 0 "С, давление 101,3 кПа и избыток воздуха в газах а=1,4.

3.3. Результаты работ иностранных исследователей

Результаты по исследованию и внедрению предлагаемого способа сжигания с контролируемым недожогом подтверждаются выводами зарубежных работ , в которых такая технология сжигания рассматривается в качестве комбинированного решения проблем повышения экологической безопасности и эффективности работы котла.

В частности, в работах , посвященных сжиганию в котлах твёрдого топлива, отмечено снижение эмиссии оксидов азота от 10 до 30 %. Для природного газа эффективность снижения NOX составляет от 10 до 20 %.

В ходе исследования предлагаемого способа сжигания топлива проводилось его внедрение на энергетических (БКЗ-75-3,9ГМ, ЦКТИ-75-3,9, ТП-150, ТГМ-84Б, ТПЕ-430) и водогрейных (КВГМ-180-150) котлах, на которых были получены положительные результаты.

Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать предложенный способ сжигания топлива с умеренным недожогом для снижения эмиссии оксидов азота на действующих котлах докритического давления (ДКД) паропроизводительностью до 500-640 т/ч, на которых невыгодно внедрять затратные воздухоохранные мероприятия.

4. ВНЕДРЕНИЕ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ХИМИЧЕСКИМ НЕДОЖОГОМ

При традиционном сжигании окончательное выгорание топлива должно происходить исключительно в топочной камере. Полного сгорания топлива в топке добивались повышенным количеством организованно подаваемого воздуха в топку, поддержанием высоких температур в зоне горения. Вызывалось это отсутствием необходимых приборов контроля состава продуктов сгорания. Повышенный избыток воздуха в топке приводил к завышенному образованию оксидов азота и чрезмерным потерям с уходящими газами из котла. Современный уровень технологического развития даёт возможность устанавливать в газовых трактах котлов приборы контроля состава продуктов сгорания, которые позволяют улучшить как эффективность работы котла, так и его экологические характеристики.

Современные экологически безопасные способы сжигания топлива характеризуются затягиванием процесса горения. Довольно часто, как и в случае сжигания топлива с контролируемым химическим недожогом, окончательная конверсия продуктов химнедожога происходит в конвективной шахте котла . Поскольку при реализации способа сжигания топлива с контролируемым химическим недожогом необходимо поддержание оптимального избытка воздуха, то на котлах следует устанавливать системы непрерывного инструментального контроля продуктов сгорания для определения концентраций СО, Ог и NO продуктах сгорания.

Большинство действующих в настоящее время на ТЭС котлов были введены в эксплуатацию более 20 лет назад, поэтому, как правило, их эксплуатационные характеристики уже не в полной мере соответствуют проектным величинам. Это в первую очередь относится к присосам холодного воздуха в топочную камеру и газоходы котла, а также к равномерности раздачи топлива и воздуха по горелочным устройствам. Поэтому перед внедрением режимов сжигания топлива с контролируемым умеренным недожогом на таких котлах следует провести уплотнение топки, поверку штатных приборов и устранение перекосов в топливовоздушных трактах. Последнее позволяет оптимизировать процесс сжигания топлива и уменьшить выход СО и Б(А)П.

Полная идентификация режима сжигания топлива требует установки приборов контроля газового состава в нескольких сечениях газового тракта котла.

Данная рекомендация связана с тем, что конверсия продуктов неполного горения топлива вдоль тракта котла приводит к изменению показателя вредности дымовых газов . Расчетные зависимости суммарной вредности продуктов сгорания в режимном (за поворотной камерой) и контрольном (за дымососом) сечениях будут отличаться при работе с недожогом. Поэтому выбор оптимальных условий работы котла с умеренным недожогом только по результатам измерения состава газов в режимном сечении будет ошибочным.

Именно по этому контроль концентраций О2 и СО необходим в режимном и контрольном сечениях. Известно, что образование оксидов азота полностью завершается в топочной камере и далее по газовому тракту их массовый расход и концентрация (в пересчете на сухие газы и α = 1,4) практически не меняются. Поэтому контроль содержания ΝΟΧ принципиально может быть организован в любом из указанных сечений газового тракта, где обеспечивается наибольшая представительность результатов.

При проведении наладочных испытаний с целью составления режимных карт желательно также проводить инструментальные измерения содержания бенз(а)пирена в режимном и контрольном сечениях газового тракта. При этом следует иметь в виду, что содержание Б(а)П вносит ничтожную долю в суммарную вредность уходящих газов, выбрасываемых в атмосферу (см. рис. 2 кривая 4).

Отдельно следует отметить, что система непрерывного контроля газового состава, включающая приборы для анализа СЬ, СО и NO, может быть использована не только для реализации малотоксичных режимов сжигания, но и как система мониторинга для расчета платы за вредные выбросы в атмосферу и их рассеивание на прилегающих территориях.

Современные требования к автоматизации процесса выработки электроэнергии и контролю сжигания топлива требуют интеграции системы контроля дымовых газов в АСУ станции. Исходя из этого в декабре 2007 г. научно-технический совет (НТС) РАО «ЕЭС России» на заседании секции «Энергосберегающие и экологические проблемы энергетики» рассмотрел и одобрил полученные результаты работы по исследованию и внедрению предложенного способа сжигания. НТС признал возможным внедрение способа сжигания топлива с контролируемым умеренным недожогом на ТЭС, оснащённых стационарными измерительными системами контроля Ог, СО и NOX в продуктах сгорания, работающих в составе АСУ котлов .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальные исследования проводились на котлах паропроизводительностью от 75 до 500 т/ч (БКЗ-75-39ГМ, ЦКТИ-75-39, ТП-150, ТГМ-84Б, ТПЕ-430) при сжигании природного газа.

Результаты испытания показывают стабильное снижение эмиссии NOX на 20-40 %. Суммарная вредность продуктов сгорания снижается в 1,5-2 раза.

Достигнуто повышение КПД брутто котла до 1 %. При этом наблюдается снижение затрат на тягу и дутьё до 0,1 %.

Экономия средств на топливо и плату за выбросы вредных веществ составляет 0,5-2 млн руб / год на каждые 100 т/ч паропроизводительности котла.

Внедрение предложенного способа сжигания не требует значительных материальных и временных затрат. Для повышения его эффективности на котлах должны быть установлены средства инструментального контроля состава дымовых газов (Ог, СО и NOX).

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ТЭК- топливно-энергетический комплекс; КПД - коэффициент полезного действия; ППП - пакет прикладных программ; АСУ - автоматическая система управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года.

http://minenergo.gov.ru/news/min_news/l 515.html

2. Сжигание природного газа с контролируемым химическим недожогом как эффективное средство снижения выбросов оксидов азота/ П.В. Росляков, И.Л. Ионкин, Л.Е. Егорова//Новое в российской электроэнергетике. 2006. №12. С. 23-35.

3. Эффективное сжигание топлив с контролируемым химическим недожогом/ П.В. Росляков, И.Л. Ионкин, К.А. Плешанов // Теплоэнергетика. 2009. №1. С. 20-23.

4. Контроль вредных выбросов ТЭС в атмосферу. П.В.Росляков, И.Л. Ионкин, И.А. Закиров и др.; М.: Издательство МЭИ, 2004.

5. ГОСТ Ρ 50831-95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.

6. Постановление Правительства РФ от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» (с изменениями от 1 июля 2005 г.)

7. Carbon Monoxide Measurement in Coal-Fired Power Boilers. Yokogawa Corporation of America, 2008.

8. Reducing NOX Emissions Using Corbon Monoxide (CO) Measurement. Rosemount Analythical, 1999.

9. Emission analysis. Toyota, 2001.

10. The Benefits of Coal/Air Flow Measurement and Control on NOx Emission and Boiler Performance. S. Laux, J. Grusha, Foster Wheeler Power Group, 2003.

11. Исследование процессов конверсии оксида углерода и бенз(а)пирена вдоль газового тракта котельных установок/ П.В. Росляков, И.А. Закиров, И.Л. Ионкин и др. // Теплоэнергетика. 2005. №4. С. 44-50.

12. Контролируемый химический недожог - эффективный метод снижения выбросов оксидов азота. Протокол от 18 декабря 2007 г. заседания секции «Энергосберегающие и экологические проблемы энергетики» НТС РАО «ЕЭС России».

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПАРОВЫХ

КОТЕЛЬНЫХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК С ВИНТОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность 05.14.04- Промышленная теплоэнергетика

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар-2006

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: д-р техн. наук, профессор

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, профессор

Ведущая организация:

инженерный центр энергетики», г. Краснодар

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы . Произошедшие в экономике России изменения заставляют по-новому взглянуть на проблемы малой энергетики. По разным оценкам от 50 до 70 % территории России, на которой проживает более 20 млн. человек, не охвачено централизованным энерго и электроснабжением. На этой огромной территории жизнедеятельность людей обеспечивается, главным образом, средствами малой энергетики: электроснабжение – от автономных дизельных электростанций (ДЭС), теплоснабжение – от местных котельных установок, работающих на твердом, жидком и реже газообразном топливе.

Анализ режимов работы и технического состояния существующих источников тепловой энергии свидетельствует об их низкой энергетической эффективности и надежности. Последнее подтверждается участившимися случаями аварийного отключения котельных, вызванными прекращением электроснабжения, например, из-за обрывов линий электропередач. В результате таких аварий прекращается циркуляция теплоносителя, что в условиях низких температур может приводить к размораживанию трубопроводов и всей системы в целом.

В связи с этим весьма актуальным является вопрос об организации в паровых котельных производства электрической энергии для покрытия собственных нужд и для отпуска сторонним потребителям. В большинстве коммунальных и промышленных котельных установлены котлы типов ДКВР, ДЕ, КЕ и др., вырабатывающие пар с давлением 1,3 МПа. В то же время потребители используют его, как правило, при давлении 0,3-0,4 МПа. Понижение давления осуществляется в редукционных устройствах путем дросселирования, при этом на каждой тонне пар теряется 40-50 кВт*ч энергии. Указанный перепад давления может быть использован для производства электрической энергии в автономной энергогенерирующей установке, состоящей из парового двигателя и электрического генератора.

Это позволит не только существенно снизить себестоимость вырабатываемого тепла, но и обеспечить надежное электроснабжение котельной.

Цель работы. Целью работы является повышение эффективности работы паровых котельных за счет использования свободного перепада давления пара для выработки электрической энергии в когенерационной установке с винтовым двигателем.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

Разработать математическую модель винтового двигателя и провести расчетное исследование режимов его работы;

Экспериментально проверить работоспособность двигателя и адекватность разработанной математической модели;

Провести оптимизацию характеристик винтового двигателя для условий его эксплуатации по тепловому графику в паровых котельных;

Разработать методику расчета и выбора геометрических параметров двигателя и режимов работы когенерационной установке в соответствии с переменной теплопроизводительностью котельной для получения максимально возможной годовой выработки электрической энергии.

Научная новизна.

В диссертационной работе получены новые научные результаты:

Разработана математическая модель винтового двигателя, работающего на различных рабочих телах, в том числе на водяном паре;

Проведена экспериментальная проверка адекватности математической модели винтового детандера;

Получены режимные характеристики винтового двигателя при его работе на водяном паре;

Предложена методика выбора геометрических параметров двигателя, режимов его работы в соответствии с переменной теплопроизводительностью котельной для получения максимальной годовой выработки электрической энергии.

Методы и средства выполнения исследований .

Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались общепринятые методы термодинамических расчетов процессов с переменной массой рабочего тела. При разработке методики расчета использовались методы математического анализа, пакеты прикладных программ (Excel, Mathcad), а также аппроксимирующие уравнения для используемой области h-s-диаграммы водяного пара. Экспериментальная проверка математической модели осуществлялась на электрогенераторном комплексе ДГУ-250.

К защите представляются следующие основные положения :

Математическая модель винтового двигателя, работающего на различных рабочих телах, в том числе на водяном паре;

Результаты расчетного и экспериментального исследования винтового двигателя;

Результаты оптимизации геометрических и режимных характеристик винтового двигателя;

Методика выбора геометрических параметров двигателя и режимов его работы в соответствии с переменной теплопроизводительностью котельной для получения максимальной годовой выработки электроэнергии;

Практическая значимость.

Внедрение коагенерционных установок с винтовым двигателем в паровые котельные является энергосберегающим мероприятием, т. к. позволит исключить потери энергии при редуцировании пара.

Отказ от покупной электроэнергии позволит значительно уменьшить себестоимость вырабатываемого тепла, повысить надежность электроснабжения источника, а также уменьшить экологический вред от выбросов в атмосферу.

Рекомендации, разработанные на основе анализа режимов совместной работы систем теплоснабжения и парового двигателя, позволяют осуществить рациональный выбор геометрических параметров и производительности винтового двигателя, а также режима его работы в зависимости от величины и характера присоединенной тепловой нагрузки. Предложенные методики позволяют определить величину годовой выработки электроэнергии, рентабельность, экономическую эффективность и срок окупаемости данной установки.

Реализация результатов .

Результаты проведенных по разработанной методике расчетных и экспериментальных исследований положены в основу корректировки технической документации на детандер-генераторную установку с целью постановки ее на производство

Изготовленный и исследованный опытно-промышленный образец винтового двигателя в составе когенерационной установки ДГУ-250 планируется к установке на одной из паровых котельных.

Методика подбора геометрических параметров и производительности двигателя для максимального покрытия годового графика тепловой нагрузки котельной передана в для использования при проектировании детандер-генераторных комплексов.

Апробация работы .

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Международном научно-техническом семинаре «Энергосбережение и возобновляемая энергетика – 2005» (г. Сочи), V Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии» (г. Новочеркасск, 2005г.), Международной научно-технической конференции «Энергетика XXI века» (Крым, 2005), научно-техническом семинаре предприятия «Краснодарская ТЭЦ» АО «Кубаньэнерго»(Краснодар, 2005г.), заседании кафедры «Промышленная теплоэнергетика и ТЭС» КубГТУ (Краснодар, 2006г.), четвертой южнороссийской научной конференции. «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки».

Публикации . По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 118 страницах, включая 36 рисунков, 5 таблиц. Список используемой литературы включает 117 наименований.

Во введении обоснована актуальность работы. Отмечается наличие потерь энергии в котельных при редуцировании потоков пара, указывается на ненадежность работы источников тепла при авариях в системах электроснабжения, которые приводят к прекращению теплоснабжения. Сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глава диссертационной работы посвящена обзору отечественной и зарубежной литературы в области повышения эффективности источников тепла при организации в них производства электрической энергии, т. е. при реконструкции котельных в мини-ТЭЦ.

Рассмотрены и проанализированы известные методы организации комбинированного производства тепловой и электрической энергии в существующих котельных, включая использование газотурбинных агрегатов (ГТУ), двигателей внутреннего сгорания, паротурбинных установок (ПТУ). Отмечены достоинства и недостатки каждого из этих технических решений.

Обоснована целесообразность использования в области электрических мощностей когенерационных комплексов до 500 кВт винтовых двигателей.

Проанализирован отечественный и зарубежный опыт использования винтовых расширительных машин в разных отраслях промышленности.

С учетом изложенного сформулированы задачи исследования.

Во второй главе показано, что для осуществления совместной работы котельной, электрогенераторного комплекса и системы теплоснабжения необходимо иметь возможность с достаточной степенью точности прогнозировать характеристики винтового двигателя и параметры рабочего тела в процессе расширения.

Для решения этой задачи в данной главе разработана математическая модель рабочего процесса детандера. Основными усложняющими моментами при этом явились переменность массы пара, расширяющегося в рабочей полости, протечки пара из полостей высокого давления в полости с более низким давлениям, а также протекание процесса в области влажного пара вблизи пограничной кривой.

В основу математической модели винтового двигателя положено уравнение первого закона термодинамики в виде

dQподв=d(Gh)-Vdp=hdG+Gdh-Vdp, (1)

где dG – изменение массового заряда в полости;

dh – изменение удельной энтальпии пара в полости при повороте

ведущего ротора на угол dφ.

Тепло, подведенное к полости dQподв, алгебраически складывается из отвода тепла через стенки корпуса ВРМ в окружающую среду dQвнеш, подвода тепла с паром, натекающим в полость i из сзади идущих полостей dGi-4,dGi-1, а также отвода тепла с утечками во впереди идущие полости dGi+1,dGi+4,dGi+5 .

dQподв = dQвнеш + dGi-4*hi-4+dGi-1*hi-1-(dGi+1+dGi+4+dGi+5)*hi, (2)

По оценкам других исследователей отвод тепла в окружающую среду dQвнеш составляет до 0,5% мощности ВРМ и может не учитываться.

С учетом (1) изменение давления в полости при повороте ведущего винта на угол dφ составит:

Интегрирование уравнения 3 возможно осуществить только численными методами в связи с отсутствием аналитических зависимостей между входящими в него величинами

Изменение давления в парной полости при повороте ведущего ротора на угол в конечных разностях

Результирующее изменение массы пара в полости;

Приращение энтальпии в полости, которое является

результирующей величиной трех составляющих:

Увеличения объема при изоэнтропном расширении от до

Изменение массы пара из-за натечек и утечек

От смешения с паром, натекающим в полость.

На основе уравнения (4) были разработаны программы расчета рабочего процесса ВРМ на сухом, перегретом и влажном паре.

Для расчета рабочего процесса двигателя на влажном паре нами было разработано математическое описание hS - диаграммы в области протекания исследуемых процессов в виде комплекса аппроксимирующих уравнений.

Одной из основных характеристик работы винтового двигателя является адиабатный КПД, который может быть представлен в виде произведения частных коэффициентов

, (5)

где - соответственно коэффициенты, учитывающие потери с протечками, отклонениями режима от расчетного, гидравлические потери.

В работе предложены уравнения для расчета этих показателей.

Расход рабочего тела через ВРМ

. (6) Внутренняя мощность ВРМ . (7)

Электрическая мощность на клеммах генератора определяется с учетом механических потерь в двигателе, редукторе и генераторе.

Материалы, полученные при расчетах по предложенной методике, позволяют осуществлять прогнозирование показателей детандер-генераторных установок с ВРМ и оптимизировать их геометрические параметры для максимального покрытия тепловой нагрузки конкретного источника тепла, а также выполнять технико-экономические расчеты для оценки эффективности предлагаемых технических решений.

В третьей главе дано описание конструкции и схемы опытно-промышленного образца детандер-генераторной установки ДГУ-250 с винтовым двигателем, а также приведены результаты расчетного и экспериментального исследования ее работы на сжатом воздухе и дано сопоставление экспериментальных характеристик с расчетными данными.

Коагенерационная установка ДГУ-250 состоит из винтового двигателя, редуктора, электрогенератора и щита управления. Стенд, на котором производились испытания установки, оборудован приборами для измерения и регистрации температур, давлений, расхода рабочего тела, а также скорости вращения роторов винтовой расширительной машины.

При проведении испытаний ВРМ на сжатом воздухе в условиях завода изготовителя была подтверждена работоспособность комплекса и всех систем, а также получены экспериментальные зависимости .

Используя разработанную математическую модель ВРМ, те же зависимости были получены расчетным путем.

Результаты сопоставления опытных и расчетных показателей (расхождение не превышает 7 %) позволяют сделать вывод о достаточной адекватности предложенной математической модели.

Кроме того, в условиях работы ВРМ в паровых котельных, входящих в систему теплоснабжения, основным фактором, определяющим режим работы комплекса, является меняющаяся тепловая нагрузка источника тепла, и как следствие, изменение входного давления пара Рвх. Это потребовало рассмотреть влияние Рвх и n на основные показатели установки Рис (1,2,3)

Важным преимуществом ВРМ перед другими типами расширительных машин является положительное влияние наличия жидкой фазы в потоке расширяющегося газа на показатели работы двигателя.

При работе на водяном паре конденсат не только может образовываться в рабочей полости при снижении давления, но и поступать в машину вместе с паром. В результате под действием центробежных сил на поверхности расточки корпуса и на боковых поверхностях зубьев появляется пленка конденсата, толщина которой в зависимости от количества конденсата может оказаться сопоставимой с величиной зазоров в машине. Заполнение зазоров жидкой пленкой существенно снижает перетечки между полостями, что заметно повышает КПД винтового

Рисунок 1 - Зависимость расхода пара от частоты вращения ведущего ротора при различных значениях Рвх.

Рисунок 2 - Зависимость мощности ДГУ от частоты вращения ведущего винта и различных значениях Рвх.

двигателя. Расчеты по разработанной программе показали, что при уменьшении величины зазоров в 2 раза КПД машины возрастает на 8 %.

Четвертая глава посвящена рассмотрению условий наиболее эффективной совместной работы ВРМ и систем теплоснабжения при переменной тепловой нагрузке потребителей. На рис 4 приведена принципиальная схема включения электрогенераторного комплекса в тепловую схему котельной. Покрытие пиковой части теплового графика предусмотрено через регулятор давления 5.

Рисунок 4 - Принципиальная схема паровой котельной с ВРМ

1- паровой котел, 2 – деаэратор, 3- расширительная машина, 4 – генератор, 5-редукционный клапан, 6-регулятор давления, 7- сетевой подогреватель, 8-питательный насос, 9- сетевой насос, 10 – потребитель.

При эксплуатации комплекса задачей является не только обеспечение расхода пара через ВРМ, соответствующего меняющейся тепловой нагрузке, но и получение максимально возможной годовой выработки электроэнергии.

Теплопроизводительность ВРМ (под этим показателем условно будем понимать количество теплоты, переданное потоком пара, выходящим из ВРМ, сетевой подогревательной установке) выражается известным уравнением

Из уравнения (9) следует, что регулирование теплопроизводительности ВРМ в соответствии с меняющейся тепловой нагрузкой возможно двумя путями:

· изменением расхода пара через ВРМ, которое может осуществляться регулированием частоты вращения роторов и Рвх,;

· регулированием конечного давления , что приводит к изменению энтальпии в конце изоэнтропного расширения и следовательно величины .

Следует также учитывать, что при колебаниях как , так и происходит изменение , в основном за счет появления потерь от несоответствия внутренней и внешней степеней понижения давления, что учитывается режимным КПД двигателя.

В данной главе рассмотрены возможности регулирования расхода пара через ВРМ за счет изменения частоты вращения роторов, а также за счет давления пара на входе в машину и выходе из нее.

Установлено, что наиболее широкие возможности изменения

расхода пара дает регулирование частоты вращения роторов, однако при работе в параллель с системой электроснабжения использовать этот вариант регулирования не представляется возможным.

Определение зависимости теплопроизводительности ВРМ от давления до и после расширительной машины показало, что изменение Рвх приводит к практически линейному изменению расхода пара через двигатель, а варьирование выходного давления Р2 крайне незначительно (2-3%) сказывается на величине Q. Следовательно, регулирование теплопроизводительности ВРМ в соответствии с меняющейся тепловой нагрузкой котельной практически возможно только за счет изменяющегося давления пара на входе в машину.

При этом верхний предел теплопроизводительности определяется максимальной величиной давления пара, поступающего в машину. При снижении входного давления соответственно уменьшается массовый расход пара и следовательно теплопроизводительность и мощность ВРМ.

Предложено минимальную теплопроизводительность ВРМ определять из условия равенства электрической мощности Nэ, вырабатываемой электрогенератором, величине собственных нужд котельной Nсн. Очевидно, что если вырабатываемая мощность не покрывает собственные нужды источника, использование когенерационной установки теряет смысл.

Для обеспечения круглогодового использования когенерационной установки необходимо также выдержать условие .

Существенное расширение диапазона регулирования теплопроизводительности машины можно получить, изменяя геометрическую степень расширения двигателя , где Vнр – объем парной полости в момент начала расширения.

Увеличение теплопроизводительности ВРМ возможно за счет снижения геометрической степени расширения, т. к. при этом возрастает расход пара через машину. Это позволит существенно увеличить покрытие тепловой нагрузки паром, отработавшим в ВРМ. При этом общая годовая выработка электроэнергии возрастает. Поскольку является конструктивным параметром, ее величина может закладываться при проектировании впускного окна машины, исходя из требуемой теплопроизводительности ВРМ для данной котельной.

На рис 5 верхняя кривая отображает годовую выработку электроэнергии Эг для исследуемого агрегата при различных значениях . Максимальное значение Эг достигается при =2,15 и составляет 1,98 млн. кВт*ч, в т. ч. за отопительный период 1,36 млн. кВт*ч, за летний сезон 0,62 млн кВт*ч.

Анализ приведенных сезонных графиков показывает, что для покрытия летней нагрузки ГВС целесообразно иметь большие значения , т. к. при этом будет максимально использоваться потенциальная энергия пара, поступающего в ВРМ. Суммарная выработка электроэнергии за летний сезон при этом возрастает с увеличением .

Рисунок 5 - Выработка электроэнергии за отопительный

и летний периоды работы котельной.

В отопительный период в связи с необходимостью покрывать возрастающую тепловую нагрузку целесообразно иметь машину с малыми значениями . В этом случае выработка электроэнергии за отопительный сезон возрастает за счет увеличения расхода пара через машину т. к. увеличивается объем заполняемой полости.

С учетом изложенного предложено, исходя из годового графика тепловой нагрузки, при проектировании машины под конкретную котельную, предусмотреть возможность замены окна впуска при переходе с отопительного сезона на летний и наоборот. Размеры впускного окна однозначно определяют величину объема полости в начале расширения, а следовательно и , расход пара через машину.

Расчеты показали, что для принятой геометрии винтов оптимальное значение составляет для летнего периода 3,5; при этом выработка электроэнергии за сезон обеспечивается в количестве 854 тыс. кВт * ч. Оптимальное значение для зимнего периода составляет 1,2; при этом выработка электроэнергии за сезон –1545 тыс. кВт*ч. Суммарная годовая выработка электроэнергии в таком варианте составляет 2400 тыс. кВт * ч, что на 420 тыс. кВт* ч (21,2 %) выше, чем при оптимальном в течение всего года без замены окна впуска.

Найденные в процессе экспериментов и расчетов закономерности и при указывают на возможность использовать изменение противодавления за ВРМ для увеличения электрической мощности и годового производства электроэнергии комплексом при безусловном покрытии базовой части теплового графика.

Для реализации данного предложения достаточно установить регулятор противодавления за ВРМ, работающий по программе, увязанной с требуемой температурой нагрева сетевой воды в соответствии с температурным графиком системы теплоснабжения. В частности в летний период давление пара за ВРМ Р2 может быть максимально понижено, что позволит в течение всего периода иметь повышенную мощность двигателя, а следовательно и увеличить выработку электроэнергии.

В заключительной части главы приведены полученные расчетным путем поля тепловых нагрузок, покрываемых винтовыми двигателями 6-ой (d=250 мм) и 7-ой (d=315 мм) базы. Изложена методика подбора конструктивных параметров ВРМ для конкретной котельной. Даны рекомендации, направленные на получение максимальной годовой выработки электроэнергии.

Проведенная технико-экономическая оценка внедрения ДГУ-250 в одной из котельных показала, что годовая выработка электроэнергии составляет 2 400 тыс. кВт*ч и срок окупаемости не превышает 1,8 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ известных технических решений по организации комбинированной выработки тепловой и электрической энергии в котельных. Установлено, что в условиях меняющейся тепловой нагрузки работа агрегатов по тепловому графику связана с существенным ухудшением их эффективности.

2. Предложена математическая модель ВРМ, на основании которой разработана методика расчета рабочего процесса для водяного пара, учитывающая переменность массы, явление конденсации в рабочих полостях и наличие жидкой фазы в потоке.

3. Проведена наладка систем головного образца детандер-

генераторной установки и получены экспериментальные характеристики ВРМ, подтверждающие ее работоспособность и адекватность разработанной математической модели машины.

4. Проведено расчетное исследование работы ВРМ на водяном паре. Установлено, что КПД двигателя находится в пределах 0,65-0,75 и незначительно меняется в широком диапазоне частоты вращения роторов и начального давления пара, что указывает на возможность эффективной работы ДГУ при значительных колебаниях тепловой нагрузки.

5. Показано, что заполнение зазоров в машине сконденсировавшейся влагой приводит к заметному увеличению ее КПД за счет уменьшения величины протечек

6. Выполнен анализ совместной работы ДГУ с системой теплоснабжения в условиях меняющейся тепловой нагрузки. Проанализированы возможности регулирования режима работы ВРМ.

7. Разработана методика оптимизации годовой выработки электроэнергии на базе теплового потребления для котельных с различными величинами и соотношениями зимней и летней нагрузок.

8. Даны рекомендации по подбору типоразмера и геометрических параметров ВРМ с целью получения максимальной годовой выработки электроэнергии. Показано, что практически весь диапазон тепловых нагрузок от 4 до 75 ГДж/ч при применении предложенных методов регулирования покрывается двумя типоразмерами ВРМ (6ой и 7ой базы).

9. Результаты исследования позволят ставить вопрос о широком внедрении установок данного типа в производственных и отопительных паровых котельных.

1. Репин установка для паровых котельных// Материалы V международной конференции.- Новочеркасск,2005.-С. 31-34.

2. Репин исследования когенерационной установки для паровых котельных// Энергосбережение и водоподготовка № 2, 2006.-С.71-72.

3. Репин производства электроэнергии и холода на газотурбинных станциях. // Материалы четвертой южнороссийской научной конференции. «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки». Краснодар. 2005.-С. 27-30.

4. К вопросу о повышении надежности электроснабжения паровых котельных// Материалы четвертой южнороссийской научной конференции. «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки». Краснодар. 2005. - С. 27-30.

5. , Репин использования энергии давления природного газа на малых газораспределительных станциях/ Энергосбережение. № 3, 2004.- С. 70-72.

6. , Репин расчета рабочего процесса винтового парового двигателя// Материалы V международной конференции. Новочеркасск, 2005. - С. 28-31.

7. , Репин комплекс для паровой котельной// Материалы Международного научно-технического семинара. Сочи, 2005 г.

8. Репин электроснабжение котельной с использованием цикла на низкокипящем рабочем теле// Материалы международной конференции «Проблемы энергетики», Крым, 2004

9. , Репин результаты расчетного исследования электрогенерирующего комплекса для паровой котельной// Материалы Международного научно-технического семинара. Сочи, 2005 г.

- 53.64 Кб

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.

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.

Высокоэффективное регулирование

– 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).

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