Повышение эффективности работы котельной установки за счет автоматизации процесса розжига. Технические возможности повышения эффективности эксплуатации котельного оборудования Повышение эффективности работы котельных установок

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 %.

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.

За последние годы в результате комплекса технических, экономических и организационных мероприятий, направленных на сокращение потерь топлива в процессе использования его в теплогенерирующих установках, достигнут высокий технический уровень эксплуатации. Теплостанции, построенные за этот период по унифицированным типовым проектам, резко отличаются от теплостанций старой постройки. При хорошем качестве монтажа и квалифицированной эксплуатации современных теплостанций может быть достигнут достаточно высокий уровень использования топлива. Наряду с этим в теплостанциях имеются резервы экономии топлива за счет устранения потерь по следующим причинам: при хранении топлива на складе; из-за отсутствия систематического контроля за соблюдением норм расхода топлива и анализа его потерь; вследствие неудовлетворительной постановки учета выработки теплоты и расхода топлива; применение топлива, не соответствующего по фракционному составу, зольности, влажности, составу золы, конструктивным особенностям топочных устройств; потерь теплоты на собственные нужды; из-за неисправности или отсутствия измерительных приборов и теплотехнического контроля и устройств автоматики; вследствие неудовлетворительного ведения топочного процесса и потерь в связи с этим от механической и химической неполноты сгорания, а также вследствие зашлаковывания топки; ввиду больших присосов воздуха по газовому тракту теплогенерирующей установки, что приводит к большим потерям тепла с уходящими газами; наружного загрязнения поверхностей нагрева, связанного с несоблюдением установленного режима очистки или некачественной её наладки; внутренних отложений на поверхностях нагрева, связанных с нарушением водно-химического режима; неудовлетворительного состояния изоляции элементов котлоагрегата, газоходов и трубопроводов; неиспользование теплоты непрерывной продувки; несоблюдение оптимальных режимов работы источников теплоснабжения; нерационального режима теплоснабжения потребителей (перетоп) отапливаемых зданий; отсутствие регулирования расхода теплоты в рабочие дни и часы и т. д.; больших потерь конденсата; относительно невысокой квалификации обслуживающего персонала; недостаточной воспитательной работой с персоналом и неэффективного стимулирования персонала за экономию топлива.

Если в результате реконструкции или улучшения режима эксплуатации удаётся повысить КПД теплогенерирующей установки, то годовую экономию (т/год) рассчитывают по формуле:

где Q - установленная теплопроизводительность котельной;

уст - число часов использования установленной мощности;

Qнр - низшая теплота сгорания топлива;

1 и 2 - КПД установки до и после проведения мероприятий по его повышению в долях от единицы;

3600 - переводной коэффициент.

Наряду с устранением потерь, не менее важным в перспективе развития экономических источников теплоты систем теплоснабжения является решение следующих задач: 1) повышение централизации и концентрации производства пара и теплоты за счёт строительства крупных современных теплостанций и ликвидации при этом мелких устаревших; 2) ускорение разработки и внедрения в производство нового, более экономичного оборудования; 3) поставка паровых и водогрейных источников теплоснабжения в укрупнённых блоках, что значительно снизит стоимость монтажа и повысит КПД агрегата за счёт снижения присосов воздуха; 4) повышение качества топлива, предназначенного для сжигания в слоевых топках; 5) максимальное использование вторичных ресурсов теплоты, имеющихся на предприятии, для нужд теплоснабжения, а также ресурсов самой теплостанции; 6) разработка и внедрение экономических режимов отопления производственных и общественных зданий, предусматривающих снижение внутренней температуры помещений на 6-8С в выходные дни и, где допустимо - в ночные часы, с последующим восстановлением расчётной температуры до норм; 7) улучшение теплозащиты вновь строящихся жилых зданий с экономически оптимальными термическими сопротивлениями наружных ограждений; 8) расширение обмена опытом на теплостанциях путём проведения общественных смотров, организации соревнования за экономию топлива, улучшения информации персонала.

Мероприятия по снижению потерь твёрдого и жидкого топлива при хранении и на собственные нужды.

Для рационального проектирования сооружений и надёжной эксплуатации с минимальными потерями необходимо знать основные физические свойства твёрдого топлива, подлежащего хранению: влажность, склонность к самовозгоранию, смерзаемость, сыпучесть и т.д.

Для снижения потерь твёрдого топлива при хранении необходимо проводить следующие мероприятия: 1) исходя из местных условий, на основании технико-экономических расчётов, по возможности строить склад закрытого типа; 2) выбрать форму и размеры штабеля с наименьшей наружной поверхностью на единицу объёма, что обычно достигается устройством крупных штабелей; 3) производить послойное уплотнение штабелей для борьбы с самонагреванием; 4) обеспечивать организованный сток воды для предотвращения скопления атмосферных вод; 5) выполнять подштабельное хранение в соответствии с нормами и требованиями; 6) разные марки топлива хранить в раздельных штабелях; 7) перед загрузкой прибывшей партии свежего топлива очищать склад от старого топлива и посторонних предметов; 8) сокращать время между выгрузкой угля и завершением уплотнения штабеля; 9) постоянно вести контроль за температурой угля в штабеле.

Для достижения хороших экономических показателей целесообразно: 1) выбирать рациональный способ разогрева топлива в железнодорожных цистернах для быстрого и полного его слива в хранилище; 2) отказаться от хранения мазута в открытых ёмкостях, которые способствуют дополнительному обводнению атмосферными осадками и увеличению потерь, связанных с испарениями; 3) отказаться от использования открытых лотков для слива топлива; 4) обеспечивать на всех режимах работы котельного агрегата необходимый подогрев мазута перед сжиганием, что обеспечивает его хорошее распыление форсунками и не приводит к повышению потерь теплоты от механической (q4) и химической (q3) неполноты сгорания; 5) следить за состоянием тепловой изоляции стальных наземных резервуаров паро- и мазутопроводов, что предотвратит потери тепла в окружающую среду. При неправильном хранении потери жидкого топлива значительно могут превышать нормированные (0,003 - 0,006 кг/м2 с поверхности испарения резервуарной ёмкости).

Потери теплоты на собственные нужды неизбежны, однако для их снижения необходимо проводить следующие мероприятия: 1) заменять паровые форсунки механическими, с воздушным распылением, что позволит снизить расход пара на распыление топлива; 2) проводить наладку экономического режима паровой обдувки или заменять её дробеочисткой или виброочисткой, что также приведёт к экономии пара; 3) снижать расход теплоты на подогрев питательной воды за счёт максимального возврата конденсата; 4) использовать выпар деаэраторов для подогрева химически очищенной воды; 5) продувать котлы в соответствии с оптимальным режимом, усовершенствовать схему продувки и использовать теплоту продувочной воды и вторичного пара из расширителя непрерывной продувки; 6) снижать расход теплоты на мазутное хозяйство; 7) устранять неплотности во фланцевых соединениях, в арматуре, утечки из вентилей нижних точек и из предохранительных клапанов.

Снижение потерь теплоты за счёт оптимального топочного режима

Влияние топочного процесса на экономичность работы котла весьма велико в первую очередь за счёт изменения величины химической неполноты сгорания (q3) и механического недожога (q1). На их величину влияют: видимое теплонапряжение топочного объёма, коэффициент избытка воздуха а.

Для снижения потерь теплоты от химической (q3) неполноты сгорания можно рекомендовать проведение следующих мероприятий: 1) обеспечение достаточного количества воздуха для горения с интенсивным его перемешиванием с топливом; 2) поддержание оптимального напряжения в топке и расчётной температуры в топке; 3) перевод котлоагрегатов на автоматическое регулирование соотношения “топливо-воздух” (т.е. обеспечение оптимального избытка воздуха); 4) забор воздуха на горение из наиболее горячих зон котельного зала. При сжигании жидкого топлива следует обеспечить требуемую температуру подогрева мазута, хорошую фильтрацию, а также распыление и интенсивное его перемешивание с воздухом для горения. При сжигании твёрдого топлива в слое необходимо применять острое дутьё в топках для каменных углей, обеспечить механизированный непрерывный заброс топлива на решётку.

Для снижения потерь тепла от механической неполноты сгорания проводят следующие мероприятия: предварительную подготовку топлива (дробление крупных кусков угля и отсев мелочи); сжигают топливо с определённым ограничением содержания мелочи и постоянным содержанием зольности; обеспечивают правильное распределение воздуха и равномерное горение топлива на площади решётки; обеспечивают постоянное перемешивание слоя, не допуская прогаров и завалов; применяют в необходимых случаях острое дутьё.

Снижение потерь теплоты в окружающую среду.

В соответствии с правилами Гостехнадзора все элементы котлов, трубопроводов, перегревателей, экономайзеров и вспомогательного оборудования, расположенные в местах, доступных для обслуживающего персонала, должны иметь температуру наружной поверхности тепловой изоляции не выше 45С. При соблюдении этих условий потери теплоты в окружающую среду с 1м2 поверхности не будет превышать 350Вт/м2. Для снижения потерь в окружающую среду во время всего периода эксплуатации и во время ремонта необходимо: 1) постоянно следить за качеством тепловой изоляции; 2) использовать частично тепловыделения от оборудования путём забора теплового воздуха из верхней зоны котельного агрегата и подачи его на всос дутьевого вентилятора; 3) не допускать снижения разряжения меньше 10-20 Па в топке с целью предотвращения выбивания пламени и газов через неплотности топочной гарнитуры.

Снижение потерь теплоты с уходящими газами.

Наибольшими потерями теплоты котельного агрегата являются потери с уходящими газами. Например, по данным испытаний ЦКТИ им. И.И.Ползунова, для котлов КЕ - 6,5 - 14 потери с уходящими газами составляют 13, а для котлов КЕ - 4 - 15С -12. Кроме того, потери с уходящими газами значительно зависят от единичной паропроизводительности котельного агрегата. Для снижения потерь теплоты с уходящими газами в основном применяют развитые конвективные антикоррозионные поверхности нагрева, такие, как воздухонагреватели из стеклянных труб, керамические набивки в регенеративных вращающихся воздухонагревателях и т.п. Следует всегда помнить, что снижение температуры уходящих газов на 12 - 14С - это повышение КПД котла на 1.

Основными мероприятиями, позволяющими снизить потери тепла с уходящими газами, являются: 1) соблюдение минимального по условиям полного горения коэффициента избытка воздуха; 2) повышение газоплотности котлоагрегата и снижение присосов холодного воздуха; 3) борьба со шлакованием экранных и радиационных поверхностей нагрева путём отладки топочного режима; 4) регулярная качественная очистка наружных поверхностей нагрева конвективных пакетов труб; 5) поддержание качественного водяного режима с целью предотвращения внутренних отложений в трубах котельного агрегата; 6) поддержание в барабане котла номинального давления; 7) поддержание расчётной температуры питательной воды; 8) правильное конструктивное оформление конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающее более полное омывание их газами со скоростью, обеспечивающей самоотдувку; 9) обеспечение плотности непроницаемости газовых перегородок, предотвращающих протекание газов мимо конвективных пакетов труб; 10) обеспечение марки и качество сжигаемого топлива, соответствующего расчётному; 11) установка развитых хвостовых поверхностей нагрева; 11) применение для котельных, сжигающих природный газ, вакуумных деаэраторов, позволяющих снизить температуру питательной воды до 65- 70С (по сравнению с температурой 104С при атмосферных деаэраторах), что позволит обеспечить более глубокое охлаждение газов.

Использование теплоты непрерывной продувки паровых котлов.

Существуют различные методы использования теплоты непрерывной продувки воды: 1) непосредственная подача воды в качестве теплоносителя в систему отопления; 2) подача продувочной воды для подпитки тепловой сети; 3) использование теплоты отсепарированного пара в деаэраторе со сбросом в дренаж отсепарированной воды; 4) использование отсепарированного пара в деаэраторе и теплоты отсепарированной воды в теплообменнике для подогрева сырой воды. При этих методах сокращение потерь теплоты с продувкой в каждом случае определяется расчётным путём.

Снижение потерь конденсата.

Конденсат в котельных с паровыми котлами - наиболее ценная составляющая питательной воды. При сокращении его потерь снижаются расходы теплоты на продувку, и повышается возможность более эффективного использования топлива. Все потери можно разделить на 4 основные группы: 1) потери вследствие несовершенства схем сбора конденсата; 2) потери от неплотностей оборудования линий трубопроводов; 3) потери вследствие чрезмерного слива (при пусках, остановках котлов с непрерывной продувкой, перелив конденсата в дренаж при отсутствии автоматического управления конденсатными насосами и т.д.); 4) потери пара на собственные нужды без возврата конденсата (с паровой обдувкой), на распыление мазута в паровых форсунках (при открытом подогреве цистерн с мазутом) и т.д.

Для снижения потерь конденсата необходимо: а) устранять испарения и утечки (через неплотности сечением 1мм2 теряется в зависимости от давления в паропроводе от 5 до 20 кг/ч пара и более; вследствие неплотностей в арматуре, фланцевых соединениях трубопроводов теряется основная масса конденсата от 20 до 70); б) заменять паровые форсунки механическими, паромеханическими или с воздушным распылением; в) снижать расход на собственные нужды (особенно где имеются питательные насосы с паровым приводом); г) для работы деаэратора обязательно устанавливать охладитель выпара. Внутрикотельные потери конденсата обычно поддаются ежедневному учёту и контролю. Для полной и точной их оценки проводят специальные исследования. Однако в эксплуатации ориентировочно они могут быть оценены по измерению добавки химически очищенной воды. Все места испарений и утечек, установленных на основании визуальных осмотров, устраняют.

2007-06-19

Факторы, влияющие на техническое состояние котельного оборудования коммунальной энергетики Сокращение запасов топливно-энергетических ресурсов приводит к стремительному росту дефицита и цен на органические виды топлива. Следствием этого является сокращение калорийной способности, отклонение от стандартов качества, ухудшение его химического состава, путем введения низкокалорийных ингредиентов и увеличения доли внутреннего балласта. Все это приводит к ускорению коррозии оборудования и как следствие к созданию аварийно-опасных ситуаций, а также снижению КПД и загрязнению атмосферы.

4.2. Изменения в течении времени, отношения температур подачи/обратки (1 — без излучателя, 2 — с излучателем)

6. Результаты лабораторных испытаний котла «Виктор-100» на дизельном топливе (1 — без излучателя, 2 — с излучателем)

9. Влияние снижения расхода котловой воды на температуру теплоносителя (Q — проток котловой воды м3/ч в котле, N — номинальная мощность котла, кВт)

11.2 Температуры точки росы различных видов топлив (1 — природный газ, 2 — сжиженный газ, 3 — дизельное топливо, 4 — флотский мазут)

Наиболее остро эта задача стоит в жилищно-коммунальном хозяйстве, где по данным областных администраций, более 57% котлов эксплуатируется более 20 лет, а 40% имеют КПД менее 82%. (На рис. 1 показана структура находящегося в эксплуатации котельного оборудования в коммунальном хозяйстве Украины по состоянию на 1.01.2007 г.)

Негативно на эксплуатацию котельного оборудования влияет необоснованная децентрализация теплоснабжения, несанкционированный отбор теплоносителя, перевод без мероприятий по модернизации существующего оборудования в низкотемпературные режимы эксплуатации, снижение мощности котлов за счет низкого давления газа, нарушения режимных карт, отложения накипи на конвективных поверхностях теплообмена, повышенные расходы потребляемой электроэнергии, нарушение регламента ремонта, материальный и моральный износ вспомогательного оборудования и тепловых сетей.

Перечисленные факторы приводят к недожогу топлива, коррозии и преждевременному выходу из строя оборудования, снижению качества теплоснабжения и обоснованным претензиям потребителя. Сложившаяся ситуация требует незамедлительного решения комплекса вопросов для модернизации системы генерации и распределения тепловой энергии, а также использование малозатратных методов для продления сроков службы существующего оборудования.

Последнее обстоятельство вызвано тем, что полную замену существующего оборудования на новое невозможно провести в короткие сроки из-за отсутствия необходимых денежных средств. Политика же резкого повышения тарифов на коммунальные услуги приводит к повышению уровня инфляции, что негативно сказывается на развитии экономики страны и уровне жизни населения. Поэтому техническое переоснащение и модернизации котельного оборудования является важной задачей.

Определение эффективности работы котельного оборудования и разработка технических решений по его модернизации

Определение эффективности работы котельного оборудования должно начинаться с проведения энергоаудита, в ходе которого изучается не только техническое состояние оборудования, но и структурные, организационные и экономические факторы влияющие на его эксплуатацию. В частности необходимо определить ежегодное потребление энергии, с выяснением объемов закупки и собственной генерации, а также использования и распределения энергии с определением ее стоимости и соотношения стоимостных показателей по различным видам энергии (электроэнергия, газ, мазут, вода, тепло, пар, воздухоснабжение, хладоснабжение и т.п.). Круг вопросов, необходимых для принятия правильных решений, включает:

выяснение сезонных, месячных, суточных, часовых колебаний потребления энергии и ее производных;
определение тарифов на энергию и топливо с рассмотрением схемы оплаты;
определение профиля использования энергии, с разбивкой на производственные и непроизводственные нужды, динамикой потребления энергии по видам продукции или работ, составление баланса потребления энергии по видам;
определение эффективности работы систем и оборудования с инструментальным контролем, визуальным осмотром, проведением необходимых замеров и обследованием состояния оборудования;
определение максимальной, средней и минимальной нагрузки;
сопоставление фактических и проектных характеристик оборудования и систем, выработка перечня предлагаемых мероприятий;
анализ предыдущих мероприятий проводимых на предприятии для сокращения энергопотребления;
анализ возможностей энергосбережения в процессе текущей эксплуатации и возможностей по их реализации;
описание возможностей энергосбережения, с разработкой вариантов использования различного оборудования и технологических схем;
расчет минимальной и максимальной стоимости предлагаемых вариантов модернизации и переоснащения оборудования;
расчет годовых затрат и экономии энергии по ее видам;
разработка предложений по мониторингу работы генераторов тепла и температурного режима теплоиспользующего оборудования с расчетами его стоимости, годовой экономии и оценкой сроков окупаемости.

На рис. 2 показаны основные факторы, влияющие на надежность и стоимостные показатели работы отопительных котлов и вспомогательного оборудования, которые необходимо учитывать в ходе энергоаудита.

Методы повышения эффективности генерации тепловой энергии

Усилия по повышению эффективности работы котельного оборудования необходимо направить на сокращение потерь тепловой энергии с уходящими газами, потерь в результате химического и механического недожога, изоляции котельного оборудования и трубопроводов. Механический и химический недожог устраняются как правило проведением экологотеплотехнической наладки оборудования, либо заменой горелочного устройства на более совершенное.

Сокращение нерационального производства и распределения теплоты обеспечивается установкой современной котловой автоматики с погодным регулированием. Снижение температуры уходящих дымовых газов предусматривает изменение режима эксплуатации, что не всегда выполнимо ввиду появления конденсата в оборудовании и дымовых трубах, недогреву теплоносителя и нерациональным режимом эксплуатации котлоагрегата.

Надо отметить, что при констуировании котлов в прежние годы конструкторы стремились сократить металлоемкость котлов и обеспечить их высокую ремонтопригодность и с этой целью ориентировались на высокотемпературные режимы эксплуатации котлов, мало заботясь об экономии топливно-энергетических ресурсов. Результатом стало то, что находящееся в эксплуатации оборудование представлено в основном водотрубными котлами, имеющими пониженные объемы котловой воды, плохо автоматизированными и часто оборудованными примитивными горелочными устройствами.

Однако в сегодняшних экономических условиях данное оборудование нет возможности вывести из эксплуатации. Поэтому необходимы технические мероприятия, позволяющие повысить КПД котлов, снизить вредные выбросы в атмосферу и продлить сроки их работы. Одним из таких методов может стать применение вторичных излучателей, с установкой их в топку котла, разработанный в институте технической теплофизики НАН Украины.

Известно, что котел является открытой системой, в которой ввод реагентов и отвод продуктов реакции происходит во время химического процесса. Материальный обмен может производиться при конвективном или диффузионном массообмене в топке котла при непрерывном отводе и подводе исходных веществ и продуктов сгорания. Важным показателем качества реакций химических превращений является интенсивность горения.

В промышленных установках интенсивность горения в камерной топке оценивают по величине q v — удельного тепловыделения, отнесенного к единице объема системы, кВт/м 3: Q v =BQ н /V, где B — расход горючего в м 3 /с (кг/с); Q н — теплотворная низшая способность топлива, V — объем камеры сгорания т.е. ее геометрические параметры, конфигурация и пр.Исходя из этого, модернизация существующего оборудования может быть направлена на изменение топочного объема.

Это обеспечит локализацию реакций горения, создание оптимальных условий их протекания и поддержание наиболее выгодных режимов эксплуатации для получения максимально возможного КПД и снижения вредных выбросов в атмосферу. Известно, что интенсивность горения, определяемая по скорости расхода горючих веществ, зависит не только от скорости протекания химической реакции, но и от скорости процесса смесеобразования, определяющим фактором которой является интенсивность протекания турбулентной и молекулярной диффузии.

Последнее может быть обеспечено организацией внутренней рециркуляции дымовых газов в топке котла. Реакции горения протекают с выделением теплоты, т.е. являются экзотермическими, они как правило необратимы и протекают до полного расхода исходных веществ. Однако в высокотемпературных установках в зоне горения могут протекать и эндотермические реакции, идущие с поглощением теплоты, например на реакции диссоциации конечных продуктов сгорания СО 2 ,Н 2 О,NO X восстановления СО на раскаленной поверхности углерода при недостатке кислорода и т.п.

Кроме того реакции между горючим и окислителем никогда не осуществляются непосредственно между молекулами исходных веществ, в реакции принимают участие более активные, чем молекулы элементарные частицы с незаполненными внешними электронными оболочками — свободные атомы (Н, О), гидроксил ОН и др. в достаточной степени, содержащиеся в дымовых газах, поступающих на повторный дожог.

Для жидкого топлива в отличие от газа изменение скорости горения происходит только в результате изменения концентрации окислителя в зоне прохождения реакции, которое компенсируется радикалами -ОН и пр. Надо учитывать, что при температуре 1650°С 90% спектрального излучения факела находится в инфракрасной области, видимой—9%, ультрафиолетовой—1% и до 70% от общего теплосъема происходит именно в топке котла.

Поэтому одним из методов интенсификации топочного теплообмена является достижение максимальной степени черноты топки. Это может быть осуществлено путем создания многокамерной топки, в которой происходит позонное отделение реагентов от продуктов сгорания, с параллельным повышением радиационного теплообмена.

На основании этого мы предлагаем метод использования вторичных излучателей, которые не только позволяют изменить аэродинамику хода дымовых газов, обеспечив их повторный дожог, но и за счет переизлучения, компенсируя временное затенение топки, повысить ее черноту и интенсификацию теплообмена. На рис. 3 показан внешний вид вторичных излучателей, расчетная схема топочного пространства с инсталлированным вторичным излучателем и топка котла Vitola-Bifferall производства немецкой фирмы Viessmann.

Надо отметить, что новизна предлагаемого метода заключается в том, что он включает не только изменение аэродинамики топки и увеличение площади теплопередающих поверхностей, как на рис. 3.3, но и интенсификацию лучистого теплообмена. При этом оребрение вторичного излучателя позволяет за счет конвективного теплообмена обеспечить интенсивный отвод тепла и охлаждение вторичного излучателя, предохраняющее его от температурных напряжений в процессе работы.

Аналитические расчеты показывают, что введение в корень факела газов рециркуляции обеспечивает повышение температуры в топке, изменение кинетики сжигания топлива и изменение термодинамических характеристик котла (рис. 4.2, лабораторные данные).При этом до 80% дымовых газов, в зависимости от ширины раскрытия щелевого зазора на фронте котла L проходят повторный дожог (рис. 4.1, расчетные данные).

Проведенные исследования вторичных излучателей в котлах с вентиляторными горелками показывают повышение КПД котла приблизительно на 1-3%, за счет интенсификации радиационного теплообмена, увеличивающего теплосъем топки. Таким образом снижается нагрузка на конвективную часть котла, что позволяет продлить сроки службы и уменьшить износ оборудования минимум на 4-6 лет.

Кроме того отмечается изменение термодинамических характеристик котла, позволяющее при одинаковых расходах топлива сократить время набора температуры котловой воды примерно на 15-20%, что в эксплуатационных условиях дает экономию приблизительно 3,5% природного газа за счет сокращения времени набора температуры и при выходе горелки на номинальную мощность.

Стабилизация процесса горения позволяет обеспечить бесперебойную безопасную работу оборудования, его плавный пуск, а повторный дожог дымовых газов и поддержание оптимального режима горения сокращают выбросы СО в пять раз и оксидов азота в два раза. Подбор вторичных излучателей производится исходя из типа и мощности котла, объема и конфигурации топочной камеры, особенностей горелочного устройства и вида топлива.

На сегодняшний день уже прошли промышленные испытания и рекомендованы для внедрения вторичные излучатели для жаротрубных котлов с вентиляторными горелками. Данная работа продолжается, так на рис. 5 показаны полученные в ходе промышленных испытаний характеристики эффективности работы котла с сеточным вторичным излучателем, свидетельствующие о перспективности этого направления.

Надо отметить, что для подбора оборудования нами разработаны аналитические и компьютерные модели, позволяющие производить правильный подбор вторичных излучателей. После лабораторных и промышленных испытаний появляется возможность использования вторичных излучателей для модернизации котлоагрегатов. В лабораторных условиях мы провели экспериментальную проверку показателей работы котла «Виктор-100», серийно выпускаемого Броварским заводом коммунального оборудования, мощностью 100 кВт на дизельном топливе.

Определено, что после установки вторичного излучателя в топке котла происходит увеличение температуры, в среднем на 400°С (рис. 6.1), при этом температура уходящих дымовых газов снижается на 50°С (рис. 6.2).В начальный период времени температура уходящих из котла дымовых газов значительно ниже, при этом температура в топке выше, чем без излучателя, что объясняется тем, что в первый период времени теплота тратится на разогрев вторичного излучателя.

Как видно из графика (рис. 6.2) время стабилизации процесса выхода котла на рабочий режим не превышает 5 мин.Предлагаемый метод оказывает также положительное влияние на работу котла, устраняя образование конденсата при «холодном» пуске, тем самым предохраняя его конструкцию от коррозии и локальных перегревов. Надо отметить, что изучение процессов, протекающих в топочных камерах котлов, работающих под наддувом, затруднительно ввиду повышенных требований к их герметичности.

Иллюстрацию протекающих в топке котла процессов можно получить, используя методы компьютерного моделирования с использованием пакетов прикладных CFD-программ. Проведенное нами CFD-моделирование подтвердило правильность выбранного метода. Таким образом появляется новая возможность определения характеристик работы котлов для подбора вторичных излучателей и других способов их модернизации. На рис. 7 представлены эпюры температур котла «Виктор-100».

Отчетливо видно, что после установки вторичного излучателя в топку изменяется распределение температуры по ее объему, в частности отсутствуют зоны локального перегрева, снижается температура на выходе из топки и на фронте котла. Данные CFD-расчета полностью согласуются с данными лабораторных исследований и подтверждаются аналитическими расчетами.

На рис. 8.1 представлены расчетные данные изменения аэродинамических характеристик топочной камеры и значения скорости потоков в топке котла с вторичным излучателем и без него, эпюры давлений (рис. 8.2) и как следствие изменения распределения метана (рис. 8.3) и концентрации NO X (рис. 8.3).Разумеется, что подобные расчеты могут быть проведены для других типов котлов и любого вспомогательного и термического оборудования.

Методы повышения эффективности распределения тепловой энергии

Сокращение расхода топлива может быть обеспечено за счет качественного сжигания и сокращения нерациональных потерь теплоты. Качественное автоматическое регулирование процессов генерации и распределения теплоты обеспечивает значительную экономию топливно-энергетических ресурсов. Значительной экономии тепловой энергии и улучшения эксплуатационных характеристик оборудования можно добиться, произведя модернизацию гидравлической схемы.

Гидравлическая схема существенно влияет на процесс генерации и распределения теплоты и срок службы котельного оборудования. Поэтому при ее рассмотрении необходимо учитывать следующие параметры: почасовую динамику изменения температур, расходы по отдельным контурам и относительный коэффициент объема котловой воды к общему объему воды в системе отопления.

Важным параметром также является температура обратной воды. Для исключения образования конденсата в котле и дымовых газах температура обратной воды должна всегда поддерживаться выше точки росы, т.е. в среднем от 50 до 70°С.Исключением являются котлы конденсационного типа, в которых при низких температурах обратной воды происходит интенсификация процесса конденсации и как следствие повышение КПД. При этом, если ф о ≤ 10%, необходимо проводить дополнительные мероприятия по обеспечению поддержания заданной температуры обратной воды.

Такими мероприятиями являются организация подмеса, разделение контуров теплообменными аппаратами, установка смесительных клапанов и гидравлического разделителя (стрелки).Кроме того важным фактором снижения расходов топлива и электрической энергии является определение расхода теплоносителя через котел (группу котлов) и определение оптимального протока (рис. 9).

Модернизация трубной обвязки котлов

Для модернизации трубной обвязки котлов рекомендуются несложные мероприятия и устройства, которые могут быть изготовлены силами эксплуатационного персонала. Это создание дополнительных контуров в системе теплоснабжения; установка гидравлического разделителя (рис. 10. 1), позволяющего корректировать температуру и давление теплоносителя, и схема параллельных потоков (рис. 10. 2), обеспечивающая равномерное распределение теплоносителя.

Температура теплоносителя должна постоянно корректироваться в зависимости от изменения температуры наружного воздуха, чтобы поддерживать желаемую температуру в подключенных контурах. В связи с этим важным резервом экономии топлива является максимально возможное количество контуров теплоснабжения и автоматизация процесса регулирования. Размер гидравлического разделителя выбирается так, чтобы при полной нагрузке разность давлений между подающей и обратной линией не превышала 50 мм вод. ст. (примерно 0,5 м/с).

Гидравлический разделитель может монтироваться вертикально либо горизонтально, при монтаже (рис. 10.1) в вертикальном положении имеется ряд дополнительных преимуществ: верхняя часть работает как воздухоотделитель, а нижняя часть используется для отделения грязи. При каскадном подключении котлов необходимо обеспечить равные расходы теплоносителя через котлы одинаковой мощности.

Для этого гидравлическое сопротивление всех параллельных контуров также должно быть одинаковым, что особенно важно для водотрубных котлов. Таким образом обеспечиваются равные условия работы водогрейных котлов, равномерное охлаждение котлов и равномерный теплосъем с каждого котла в каскаде. В связи с этим следует обратить внимание на трубную обвязку котлов, обеспечив параллельное направление движения прямой и обратной воды.

На рис. 10.2 приведена схема параллельных потоков, которая применяется для обвязки котлов, работающих в каскаде без индивидуальных насосов котлового контура и арматуры, регулирующей расход теплоносителя через котел. Это простое и дешевое мероприятие позволяет исключить образование конденсата в котлах, а также частые старты и выключения горелок, которое снижает расход электроэнергии и продлевает срок службы котла и горелочного устройства. Предлагаемая схема «параллельных потоков» применяется также в протяженных горизонтальных системах и при подключении солнечных коллекторов и тепловых насосов в одну общую систему.

Технические решения по обеспечению эвакуации дымовых газов

Борьба за экономию топлива в наших экономических условиях нередко сводится к изменению режимов эксплуатации котельного оборудования. Однако это часто приводит к его преждевременному выходу из строя и дополнительным материальным и финансовым затратам, связанным с ремонтом оборудования. Большую проблему при работе на малых нагрузках создает влага в продуктах сгорания, которая образуется в процессе реакции горения, за счет химической кинетики.

При этом при температуре дымовых газов около 50-60°С на стенках дымохода и оборудования образуется конденсат. Содержание влаги в зависимости от точки росы приведено на рис. 11.1, это приводит к необходимости поддерживать высокие температуры в топке и снижать КПД котла за счет повышения температуры уходящих газов. Это утверждение не распространяется на котлы конденсационного типа, где используется принцип получения дополнительной теплоты за счет фазового перехода при конденсации водяных паров.

На рис. 11.2 показана прямая зависимость точки росы (t р) от коэффициента избытка воздуха α для различных видов топлива. Наличие водяных паров в продуктах сгорания и их конденсация на стенках негативно отражаются на эксплуатации дымовых труб приводя к корозии металлических поверхностей и разрушению кирпичной кладки. Конденсат имеет кислую среду с рН ≈4, что обусловлено наличием в нем угольной кислоты, следов азотной, а при сжигании жидкого топлива и серной кислоты.

Для исключения в процессе эксплуатации негативных последствий в ходе проектирования и выполнения пусконаладочных работ особое внимание необходимо уделить вопросам безопасной эксплуатации котельного оборудования, оптимизации работы горелочного устройства, исключению возможности отрыва пламени в топке и образования конденсата в дымовых трубах.

Для этого на дымовых трубах могут быть дополнительно установлены ограничители тяги, аналогичные ограничителям немецкой фирмы Kutzner +Weber, которые снабжены гидравлическим тормозом и системой грузов, позволяющими отрегулировать их автоматическое открытие в процессе работы котла и вентиляцию трубы при его останове (рис. 12). Работа клапана основана на физическом принципе разрыва струи и не требует дополнительного привода.

Основное требование при установке ограничителей давления — данные устройства можно располагать в помещении котельной, либо, как исключение, в соседних помещениях, при условии что разница давления в них не превышает 4,0 Па. При толщине стенки дымовой трубы 24 мм и более устройство крепится непосредственно на дымовую трубу, либо на выносную консоль.

Допустимая максимальная температура дымовых газов— 400°С, давление срабатывания предохранительного клапана — от 10 до 40 мбар, производительность по воздуху — до 500 м 3 /ч, диапазон регулирования — от 0,1 до 0,5 мбар. Применение ограничителей давления повышает надежность эксплуатации котлов и дымоходов, продлевает ресурс эксплуатации оборудования, не требует дополнительных расходов на обслуживание.

Экспериментальная проверка показывает отсутствие условий для образования конденсата в дымовых трубах, после установки на дымоход клапана ограничения давления при параллельном сокращении концентрации вредных выбросов в атмосферу.

Новые методы водоподготовки для повышения эффективности эксплуатации котельного оборудования

Химический состав и качество воды в системе оказывают непосредственное влияние на срок службы котельного оборудования работу системы отопления в целом. Отложения, возникающие из-за содержащихся в воде солей Са 2+ ,Мg 2+ и Fe 2+ ,— наиболее распространенная проблема, с которой мы сталкиваемся в быту и промышленности. Образование отложений приводит к серьезным потерям энергии.

Эти потери могут достигать 60%.Рост отложений существенно снижает теплоотдачу, они могут полностью блокировать часть системы, привести к закупориванию и ускорить коррозию. Наличие в воде кислорода, хлора, двухвалентного железа и солей жесткости увеличивает количество аварийных ситуаций, приводит к увеличению расхода топлива и снижает срок службы оборудования. Отложения карбонатной жесткости формируются при невысоких температурах и легко удаляются.

Отложения, образованные растворенными в воде минералами, например, сульфатом кальция, откладываются на поверхностях теплообмена при высоких температурах. (Отложения накипи приводят к тому, что даже «Межведомственными нормами сроков службы котельного оборудования в Украине» предусмотрено увеличение расхода топлива на 10% уже через семь лет эксплуатации.) Отложения особенно опасны для устройств автоматического регулирования, теплообменников, счетчиков тепла, радиаторных термостатических вентилей, водомеров.

Для обеспечения надлежащей работы системы необходимо применять умягчители воды. В так называемых «мертвых зонах» ситемы могут образовываться стационарные пузыри сложного химического состава, в которых кроме кислорода и азота могут присутствовать метан и водород. Они вызывают точечную коррозию металла и образование илистых отложений, негативно сказывающихся на работе системы. В связи с этим необходимо использовать автоматические воздухоотводчики, которые устанавливаются в верхних точках системы и зонах слабой циркуляции теплоносителя.

При использовании для подпитки городской водопроводной воды необходимо следить за концентрацией хлоридов. Она не должна превышать 200 мг/л.Повышенное содержание хлоридов приводит к тому, что вода становится более коррозионно-агресивной, в т.ч. из-за неправильной работы фильтров умягчения воды. В последние годы качество исходной, водопроводной и сетевой воды в целом улучшилось благодаря применению специальной арматуры, сильфонных компенсаторов и переходу от гравитационных систем центрального отопления к системам центрального отопления замкнутого типа.

Проблемы отложений решаются с использованием, как физических, так и химических методов. Сегодня химикаты широко используются в борьбе с отложениями. Однако высокие затраты и сложность технологического процесса, а также возрастающее понимание в необходимости защиты окружающей среды, не оставляют никакого выбора, кроме как поиска физических методов. Но способ приготовления воды для них и в дальнейшем не гарантирует защиты от коррозии и жесткости воды.

Для предотвращения применяют разного типа фильтры, отстойники, магниты, активаторы и их комбинации. В зависимости от осадка, элементы системы защищают или только от постоянных коррозийных компонентов и котлового камня, или от всех вредных компонентов вместе с магнетитами. Простейшие устройства физической очистки воды — сетчатые фильтры. Они устанавливаются непосредственно перед котлом и имеют сетчатый вкладыш из нержавеющей стали с необходимым количеством отверстий — 100-625 на см 2 .

Эффективность такой очистки составляет 30% и зависит от размеров фракций осадка. Следующее устройство— гидроциклонный фильтр, принцип действия которого базируется на законе инерции при вращающемся движении. Эффективность такой очистки очень высокая, но нужно обеспечить высокое давление 15-60 бар в зависимости от объема воды в системе. По этой причине данные фильтры применяют редко.

Илоотделитель— это вертикальный цилиндрический сборник с перегородкой, которая притормаживает поток воды. Благодаря этому отделяются большие частички. Функцию фильтра выполняет горизонтально расположенная сетка с количеством отверстий 100-400 на см 2 .Эффективность такой очистки составляет 30-40%. Очистка воды усложняется, если из нее нужно убрать котловый камень.

Илоотделители задерживают преимущественно только большие фракции карбонатно-кальциевых соединений, которые оседают на сетке. Остаток циркулирует и оседает в системе центрального отопления. Широкое распространение получили различные устройства магнитной и электромагнитной обработки воды, использующие постоянное и переменное магнитное поле. Магнитная обработка приводит к тому, что вещества, вызывающие отложения, под воздействием полей поляризуются и сохраняются во взвешенном состоянии.

Простейшее устройство основанное на данном принципе — магнитизатор. Как правило он представляет собой металлический цилиндр с магнитным стержнем внутри. С помощью фланцевого соединения он устанавливается непосредственно в трубопровод. Принцип действия магнетизатора состоит в изменении электрофизического состояния молекул жидкости и растворенных в ней солей под влиянием магнитного поля.

В результате котловый камень не образуется, а карбонатные соли выпадают в виде мелкокристаллического ила, который больше не оседает на поверхностях теплообмена. Преимущество метода — постоянная поляризация вещества, благодаря чему растворяются даже старые отложения котлового камня. Однако этот, без сомнения, экологически чистый метод, с низкими эксплуатационными затратами, имеет важный недостаток.

Повышение гидравлического сопротивления системы приводит к увеличению расхода электроэнергии и дополнительной нагрузке на насосное оборудование, в замкнутых циркуляционных системах иловые отложения оседают в радиаторах, арматуре и фасонных частях трубопроводов, в связи с чем необходимо устанавливать дополнительные фильтры, магнитный стержень в устройстве активно корродирует.

Эффективность такой очистки доходит до 60% и зависит от размеров фракций осадка, химического состава растворенных солей и напряженности магнитного поля от внешних источников. В последнее десятилетие ведется активный поиск новых способов физической обработки воды, онованных на современных нанотехнологиях. Примером могут служить приборы немецкой фирмы Merus (рис. 13), которые изготавливаются с использованием специального производственного процесс прессовки различных материалов, таких как алюминий, железо, хром, цинк, кремний и т.д.

Технология позволяет получать уникальный сплав, обладающий свойством к «запоминанию» напряженности магнитного поля при последующей технологической обработке и преобразованию его в электромагнитные сигналы, в месте установки на трубопроводе. Прибор эффективно концентрирует электромагнитные поля из окружающей среды и воздействует на растворенные в воде анионы гидрокарбоната, удерживая их в коллоидной форме и переводит ржавчину в магнетит— электромагнитными импульсами, производя действие подобное воздействию аккустических сигналов на воду (ультразвук).

Это вызывает процесс кристаллизации непосредственно в массе воды, а не на стенках труб или других поверхностях теплообмена. Этот процесс более известен в химии, как «кристаллизация в объеме».В отличии от других способов физической обработки воды, приборы Merus не требуют источников энергии, затрат на эксплуатационное обслуживание и установку прибора. Производимое прибором воздействие на воду сохраняется до 72 ч и позволяет проводить обработку воды на магистральных трубопроводах до 10 км.

Благодаря новому принципу воздействия, основанному на активации воды, за счет разрыва водородных межмолекулярных связей приборы Merus эффективно используются даже в тех случаях, когда известные методы обработки воды неэффективны. Например, на конденсатопроводах, прямоточных технологических пароперегревателях, работающих на водопроводной воде без возврата конденсата, электротермических печах, при установке на пластиковых трубах и пр.

Эффективность такой обработки достигает 90%, позволяя умягчать воду без химических компонентов, сократить расход соли при натрий-катионировании и угнетая рост болезнетворных бактерий, таких как палочка Коха и легионелла. При этом химический состав воды не изменяется, что часто бывает важно для фармацевтики и пищевых производств, обработки воды в бассейнах и пр.

Выводы

На техническое состояние котельного оборудования коммунальной энергетики в первую очередь влияет отсутствие достаточного финансирования и несовершенная правовая законодательная база.
Определение эффективности работы котельного оборудования должно начинаться с проведения энергоаудита.
Повышения эффективности работы и сроков службы котельного оборудования можно достичь путем установки вторичных излучателей, которые обеспечат улучшение аэродинамических и кинетических процессов протекающих в топке.
Значительной экономии тепловой энергии и улучшения эксплуатационных характеристик оборудования можно добиться, произведя модернизацию гидравлической схемы.
Установка ограничителей тяги на дымовых трубах приводит к стабилизации горения, вентиляции дымовых труб, исключению возможности образования конденсата и их надежной эксплуатации на малых нагрузках котлоагрегатов.
В процессе эксплуатации котельного оборудования необходимо уделить внимание качественной водоподготовке и деаэрации теплоносителя.

Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/Под ред. Н.В.Кузнецова.- М.: Энергия, 1973.
Басок Б.И., Демченко В.Г.,Мартыненко М.П. Численное моделирование процессов аэродинамики в топке водогрейного котла с вторичным излучателем. Промышленная теплотехника, №1/2006.
Рабочие характеристики, указания по подключению и гидравлические схемы котлов средней и большой мощности. De Dietrich, 1998.

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.