Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Волковыский Е.Г. Экономия топлива в котельных установках

.pdf
Скачиваний:
46
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.71 Mб
Скачать

но из алюминиевых кожухов, состоящих из двух поло­ винок и вкладышей из минераловатных матов. Соедине­

ние половинок кожуха производится

бандажами

с откидными замками.

 

Простейшим устройством тепловой изоляции флан­ цевых соединений является обертывание матрацем. Та­ кая конструкция допускает быстрое оголение фланцевых соединений с повторным использованием изоляции. Изо­ ляционные матрацы крепят стяжными бандажами или

металлическим

кожухом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для облегчения пользования методикой расчета те­

пловой изоляции и ее эффективности

ниже

приводятся

примеры расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6-2. Определить годовую экономию условного

топлива

при устройстве тепловой

изоляции

парораспределительного

коллек­

тора. Температура

пара

^ П = 2 0 0 ° С .

Диаметр

коллектора

d—325 мм,

длина

его /=1,6 м.

Температура

 

воздуха

в

помещении

^ В = 2 5 ° С .

Число

часов работы

т = 7 200.

Коэффициент

полезного

действия ко­

тельной установки

т)к .у = 0,84.

 

для

неизолированного

коллектора

Коэффициенты

теплоотдачи

[по формулам (6-6)

и

(6-7)]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с с к = 1,43|^200 — 25

=

8,0

ккал/(м?-ч-°С);

 

 

 

273 +

2 0 0 у

/ 2 7 3 + 25

у ]

 

 

 

 

 

 

100

 

)

[

100

 

)

J

 

 

 

 

 

 

 

200

25

 

 

 

= 9

' 6

к к а л / ( м 2 - ч - ° с )

>

 

а в

= 8,0+9,6 =17,6

 

ккал/(м*-ч-°С).

 

 

 

Потери тепла 1 м неизолированной поверхности коллектора по

формуле (6-3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2 = 3,14 • 0,325 • 17,6(200—25)= 3 140 ккал/ч.

 

 

Годовая потеря тепла неизолированным коллектором

 

 

 

Q = 3 140-1,6-7 200- 10-6

= 36,2

 

Гкал/год.

 

 

 

Для изоляции коллектора применяют совелитовую мастику. Температура на поверхности изоляции принята 45 °С.

Средняя температура изоляционного слоя

200 +

45

 

 

' м =

Y

^ 1 2 3 ° С

 

Для совелитовой мастики (табл. 6-2)

 

 

Хи з =О,085+0,00009-

123 = 0,096

ккал/(м

• ч • °С).

Предварительно принята

толщина

изоляций

70 мм, т. е. йг —

= 465 мм.

142

По таблице натуральных

логарифмов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In Ф =

0,358.

 

 

 

 

 

 

Коэффициент

теплоотдачи

в

окружающую

среду

по

фор­

муле (6-9)

а в = 8,1+0,045(45—25)=9,0

ккал/(м2

• ч-°С).

 

 

 

 

 

 

 

Потери

тепла с

1 м длины

изолированного коллектора

по

фор­

муле (6-18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,14 (200 — 25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q = —Ô~~358

 

Т

 

~

 

ккол

(м • ч).

 

 

 

 

 

2-0,096 +

9,0-0,465

 

 

 

 

 

 

 

Толщина изоляционного слоя по формуле

(6-13)

 

 

 

 

 

 

 

d2

 

 

 

 

(

200 — 45 \

 

 

 

 

 

 

 

In - ^ =

2-3,14-0,096 {

] = 0,359.

 

 

 

По таблице

натуральных логарифмов

 

 

 

 

 

 

 

= е » , з 5 9 = =

1 > 4 3 ;

d

l , 4 3 r f i

=

1,43-0,325

=

0,465 м =

465 мм.

Іі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Толщина

изоляции

 

465 — 325

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мм,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ci

=

70

 

 

 

 

т. е. совпадает с принятой

толщиной.

 

 

 

 

 

 

 

Проверка

температуры на

поверхности

изоляции

по

формуле

(6-14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

 

 

265

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^н = 2 5 + з ) 1 4 . о , 4 б 5 - 9 =

4 5 ' ° ° С ' -

 

 

 

т. е. совпадает с принятой

температурой.

 

 

 

 

 

 

Годовые потери тепла изолированным коллектором

 

 

 

 

 

AQ = 1;6 - 260 - 7 200 • 10-6 =3,2

Гкал/год.

 

 

 

Общая

годовая

экономия

тепла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = 36,2—3,2=33,0

Гкал/год.

 

 

 

 

Годовая

экономия

условного топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33,0-10»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

à

B =

7 000-0,84 = 5 ' 6

0 т

/ г о

д -

 

 

 

 

Пример 6-3. Определить годовую экономию топлива при изоля­

ции корпуса

аппарата

совелитом. Диаметр

корпуса — 2 м. Длина —

3 м. Температура

стенки

/ С т = 143°С.

Температура на

поверхности

изоляции

^из = 3 6 с С .

Температура .окружающего

воздуха

< В =20°С .

Поверхность

нагретой

части

аппарата

# = 2 2

м2. Коэффициент по-

143

лезного

действия

котельной

установки

і ] к

. у = 0,84.

Число часов

работы т = 7 200.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи от наружной неизолированной по­

верхности аппарата к воздуху по формуле (6-8)

 

 

 

 

а , = 8,4+0,06(143—20) = 15,8

ккал/(м2

• ч • °С).

 

Потери тепла

1 м2 неизолированной

стенки

по формуле (6-2)

 

 

 

9 і = і 1 5 , 8 ( 1 4 3 — 2 0 ) = 1 943 ккалЦм2

• ч).

 

 

Средняя

температура

изоляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*м =

143 + 36

89,5 "С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

Для

совелита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х п

8 = 0 , 0 6 8 + 0 , 0 0 0 1 6 • 89,5=0,082

ккал/(м-

ч-'С).

 

Коэффициент теплоотдачи от наружной изолированной поверх­

ности к воздуху

по формуле (6-8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а в

= 8,4+ 0,06(36—20) =9, 4 ккал/(лі2

 

• ч • °С).

 

Толщина

изоляции по формуле (6-15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,082 (143 — 36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З

и з

=

9,4

(36 — 20)

 

^ 0 . 0

6 ^ -

 

 

Потеря т е т а

1 мг

поверхности изоляции

по формуле (6-17)

 

 

 

 

143 — 20

 

 

 

 

ккал/(м2-ч).

 

 

 

 

? 2 =

Q QQ

 

j—=5=150,0

 

 

 

 

 

 

 

 

Ö 7 Ö 82 +

974

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительное

уменьшение

потерь

тепла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<7,

1Î943

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка

температуры

на

поверхности

изоляции

по

формуле

(6-12)

 

 

 

 

 

 

 

150,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/н = 2 0 + - д - 4 - = 3 6 , 0 ° С ,

 

 

 

• т. е. совпадает с заданной

температурой.

 

 

 

 

 

 

 

Экономия

тепла на 1 ж2

поверхности

стенки корпуса

аппарата

 

 

9 1 — 9 2 - 1 943—150,0=1 793

 

 

ккал/(м2-ч).

 

 

Экономия

тепла за счет изоляции

аппарата

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = 22 • 1 793=3 9 446

 

ккал/ч.

 

 

 

Годовая экономия условного топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д б =

39 446,7

2 0 0 - Ю - 3

 

 

 

 

т/год.

 

 

 

 

 

 

 

7 0

0 Ö . 0 >

8 4

= 4 8 , 5

 

 

144

 

Пример 6-4. Определить годовую экономию

условного

топлива

от

изоляции

сборника

конденсата.

Температура

конденсата

^к =

= 95 °С. Температура

на

поверхности изоляции

г я з

= З З с С .

Допусти­

мые

потери

тепла

<?=65

ккал/

1

• ч).

Поверхность

изоляции

Н =

= 32 мг.

Материал

изоляции — маты

минераловатные

на фенольной

связке.

Температура

окружающего

воздуха

^ В = 2 5 ° С .

Число

часов

работы

т = 7 200. К. п. д. котельной

установки г|к .у = 0,84.

 

 

 

Средняя

температура

изоляционного

слоя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

95 + 33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ и з = 3 :

2

 

^ 4

°С»

 

 

 

 

 

 

 

Для

минераловатных

матов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я и з = 0 , 0 4 4 + 0,00017 • 64=0,055

ккал/{м

• ч • "С).

 

 

 

Толщина

изоляции по формуле

(6-11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/95

зз\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ô H 3 =

0,055

(

J

= 0 , 0 5 2

м = 52 мм-

 

 

 

Проверка температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а» = 8,4+ 0,06(33—25) = 8,9 ккал/(м2

 

• ч • "С);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— ^5

^ g —*• 32,3 Cj

 

 

 

 

 

т. е. близко совпадает с принятой температурой. Годовые потери тепла изолированной поверхностью

<2'ГОд = 32 • 65 • 7 200 • 10-"=15,0

Гкал/год.

Потери тепла неизолированной поверхностью (25 м2):

а Е

= 8,4+ 0,06 (95—25) =12,6

ккал/(м2

• ч'• °С);

Q " r o „ = 12,6(95—25)25-7 20010" 6 = 159

Гкал/год.

Экономия

тепла в год

 

 

 

 

ДС?год = 159—15,0= 144,0

Гкал/год.

Экономия

условного

топлива

 

 

 

 

 

144,0-10'

 

 

 

 

А В =

7 000-0,84 = 2 4

5

> п / г о д -

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

7-1. О Б Щ И Е З А М Е Ч А Н И Я

Наиболее эффективными мероприятиями по улучшению работы котельной являются такие, которые, не требуя каких-либо капитальных вложений на ее ре­ конструкцию и переоборудование, позволяют в резуль-

145

тате их осуществления достичь значительной экономии топлива.

Общая экономичность котельной при каждом режиме работы в значительной мере зависит от правильного вы­ бора рабочих агрегатов и целесообразного распределе­ ния между ними общей нагрузки. Каждый котел рабо­ тает с переменным к. п. д., обычно снижающимся при недогрузке и форсировке, и поэтому следует избегать работы нескольких котлов с резко сниженной нагрузкой или отдельных котлов с повышенной нагрузкой. Каждый котлоагрегат должен быть загружен так, чтобы тепловая экономичность при данной нагрузке была бы наивыс­ шей.

7-2. Э К О Н О М И Ч Н О Е Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е Н А Г Р У З О К

МЕ Ж Д У К О Т Л О А Г Р Е Г А Т А М И

В.практике работы котельных правильному рас­ пределению нагрузок между котлоагрегатами не всегда уделяется должное внимание, в связи с чем вполне до­ ступная экономия топлива часто не реализуется и сред­ ние эксплуатационные удельные расходы топлива оста­ ются завышенными-

Экономичное распределение нагрузки между работа­ ющими котлами может производиться:

методом поддержания наибольшего к. п. д. котло-

агрегатов,

при

котором

производится

последователь­

ная загрузка

наиболее

экономичных

из

агрегатов до

полной их

производительности,

а затем — менее

эконо­

мичных;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

методом

загрузки

котлоагрегатов

пропорционально

их номинальной производительности

(котлы,

имеющие

одинаковую производительность,

загружаются

поровну);

методом

равенства

относительных

приростов

расхо­

да топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименьшие удельные расходы топлива достигаются при распределении нагрузок между котлами методом равенства относительных приростов расхода топлива.

Рассмотрим этот метод подробнее [Л. 64, 67].

Д л я каждого котлоагрегата может быть построена расходная характеристика, представляющая собой графическую зависимость количества произведенного пара (тепла) от расхода топлива. Харак­ теристика должна быть определена экспериментально при работе котлоагрегата с нормальными параметрами при исправном состоя­ нии оборудования.

146

Расходные характеристики котлоагрегатов № 1 и 2, приведен­ ные в качестве примера на рис. 7-1, можно выразить в виде функ­

циональных

зависимостей

 

 

 

 

 

 

 

£ i = / ( D , ) и B2 =

f(D2),

(7-1

где

5і,

Вг — часовой

расход

топлива

соответственно котлом № 1

и 2;

D i , D 2

часовая

паропроизводительность (теплопроизводитель-

ность)

этих

котлов.

 

 

 

 

 

 

 

Котлоагрегат

№1

 

 

 

 

 

 

 

Котлоагрегат

№Z

 

 

 

 

1-

Т

 

ft

Рис. 7-1. Расходные характеристики котлоагрегатов.

DJJ

номинальные

производительности

котлоагрегатов;

В^,

— номинальные

расходы топлива; В^,

— расходы

топлива

при нахождении котлоагрегатов

в горячем ре­

зерве.

 

 

 

 

Суммарная выработка пара (тепла) в единицу времени двумя

котлами составляет

D E . Если

котел

№ 1 загружен

до величины

выра­

ботки пара

(тепла)

D , , то загрузка агрегата

№ 2

составит D 2 = D j . —

Следовательно,

зависимости

(7-1)

могут

быть

переписаны

в виде

ß i == f (Di)

и j32

=

f ( D s

— D , ) .

,.

 

 

 

 

 

Суммарный

расход

топлива

 

на два агрегата

составит:

 

 

 

Bs

=

Bt

+ B l

=

f(D1)

+ f(Ds-D1).

 

 

(7-2)

Для того чтобы расход топлива ß v был наименьшим, необходимо,

чтобы первая производная суммы в правой части уравнения (7-2), взятая по нагрузке любого из котлов, равнялась нулю, а вторая производная была положительной. Последнее условие при вогнутой форме расходных характеристик (рис. 7-1) выполняется само собой.

Таким образом, условие минимума величины суммарного рас­

хода топлива By

М О Ж Н О получить

в резульѵате дифференцирования

выражения (7-2), например,

по Dt,

т. е.

 

 

 

d B s

dBt

йВг

dB,

dB2

аРг

(7-3)

dD,~

rfD,+

rfD,-

dDl+'dD2

 

dDx

 

 

10*

147

Производная

dZVdZ),

может

быть определена

из

условия,

что

D\ + D2 = Dz =

const, следовательно, dDx-\-dD2

— 0.

Разделив по­

следнее выражение насЮі,

получим

1 + С Ш 2 / Й Ю І = 0

или dD2/dDi

 

=1.

Подставляя в правую часть выражения (7-3)

dD2/dDi

=1

получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dB,__

dB2

 

 

 

 

 

 

 

аО~~Ш2

 

 

(

4

)

Это выражение показывает, что для получения мини­ мального суммарного расхода топлива каждый из кот­ лов должен мести такую нагрузку, при которой наклон касательной к характеристике одного агрегата равен на­ клону касательной к характеристике другого агрегата,

и л и t g a t = tga2 (см: рис. 7-1).

Производные в выражении (7-4) можно заменить от­ ношениями приращений Aß и AD, тогда вместо (7-4) получим условие минимального суммарного расхода то­ плива котельной в виде

 

Д5,

дв2

(7-5)

 

Wi ~

AD2

 

Величину, характеризующую удельный прирост рас­

хода

топлива (удельный дополнительный расход топли­

ва)

АВі и ABz, отнесенный

к дополнительной

произво­

дительности котлов ADi и AD2, принято называть о т н о ­ с и т е л ь н ы м п р и р о с т о м р а с х о д а т о п л и в а .

Из условий наибольшей экономичности котельной установки [см. (7-5)] вытекает требование такого рас­ пределения нагрузки между котлами, чтобы относитель­ ные приросты расхода топлива, приходящиеся на увели­ чение нагрузки котла (например, в 1 т/ч), были бы оди­ наковые.

Рассмотрим основные частные случаи для получе­ ния практических выводов из сформулированного прави­ ла наивыгоднейшего распределения нагрузки между двумя котлоагрегатами. Эти выводы могут быть рас­ пространены на любое количество установленных котлов.

Если котлоагрегата одинаковы, то у них общая ха­ рактеристика B—f(D), т. е. для выработки одного и того же количества пара (тепла) D каждым котлоагрегатом потребуется одинаковый расход топлива В, и соотноше­ ние (7-5) выдерживается. Следовательно, между одина­ ковыми котлоагрегатами суммарная нагруека должна распределяться поровну-

148

Это

же

правило

 

распространяется на

котлоагрегаты

с эквидистантными

 

характеристиками 1 и-2

(рис.

7-2),

т. е. с такими характеристиками, у которых наклоны

ка­

сательных в точках, соответствующих равным

значениям

производительности

 

(£>i=Z>2), равны и которые отлича­

ются

только

значениями количества

топлива

х1,

Вх2),

расходуемого

котлоагре-

 

 

 

 

 

гатами

при

нахождении

 

 

 

 

 

их в горячем резерве без

 

 

 

 

 

выдачи

пара

(тепла).

 

 

 

 

 

В

общем

же

случае,

 

 

 

 

 

как

указывалось,

котлам

 

 

 

 

 

с различными характери­

 

 

 

 

 

стиками

дают

нагрузку

 

 

 

 

 

так,

чтобы

относительные

 

 

 

 

 

приросты

расхода

топли­

 

 

 

 

 

ва были одинаковыми для

 

 

 

 

 

всех

котлов

при

 

любых

 

 

 

 

 

нагрузках. Выгодное

рас­

 

 

 

 

 

пределение нагрузки меж­

Г*—ЛгЯг -

 

 

 

ду работающими

котлами

h

2 ? М Н

 

 

достигается

также

 

при

Рис.. 7-2.

Эквидистантные расход­

нагрузке

в первую

оче­

редь агрегата с минималь­

ные характеристики

котлоагрега­

тов '(обозначения

ом. рис. 7-1).

ным

относительным

при­

 

 

 

 

 

ростом

расхода

топлива.

 

 

 

 

 

Возможны случаи, когда котельный агрегат с более низ- ! ким к. п. д. может в некоторых пределах его нагрузок ;

иметь меньший относительный прирост

расхода топлива, •

чем более экономичный котлоагрегат;

в этих

пределах ,

на него и следует передавать соответствующие

нагрузки.

Правило распределения общей нагрузки между кот­ лами с соблюдением равных относительных приростов расхода топлива, помимо вогнутых расходных характе­ ристик, применимо также [Л. 64] для случаев, когда одна из них вогнутая, а другая прямолинейная или выпуклая, но кривизна последней в сопряженных точках1 меньше кривизны вогнутой расходной характеристики. В этих случаях также обеспечивается соблюдение необходимого условия для получения минимума суммарного расхода топлива, т. е. не только первая производная суммарного

1 Сопряженными точками называют точки расходных характе­ ристик различных котлов, обладающие одинаковыми значениями относительных приростов расхода топлива.,

149

расхода топлива по нагрузке одного из котлов равна нулю, но и вторая производная положительная.

Если характеристики котлоагрегатов выражаются прямыми линиями с различным наклоном, то распре­ деление '.нагрузки между котлами по методу равных от­ носительных приростов неприменимо, поскольку в этом случае каждый из агрегатов имеет постоянный относи­ тельный прирост расхода топлива и эти приросты не равны. В этом случае для достижения минимума расхо­ да топлива котлоагрегат с меньшим наклоном характе­ ристики должен быть загружен до полной производи­ тельности, а остальную часть нагрузки принимает котло­ агрегат с более крутой характеристикой.

При невозможности или сложности применения мето­ да равенства относительных приростов расхода топлива пользуются двумя другими, рекомендованными выше, методами распределения нагрузки между котлами — по принципу наибольшего к. п. д. или пропорционально про­ изводительности котлов. На рис. 7-3,а для котлов с но­

минальной

производительностью №

1 —10 и №

2—4 т/ч

нанесены

характеристики

расхода

топлива

(В),

линии

к. п. д. (г)) и кривые относительных приростов

расхода

топлива ^Д£ = t g

в зависимости от паропроиз-

водительности. Сплошные

линии относятся к котлу

№ 1,

а пунктирные — к котлу № 2.

 

 

 

 

 

 

Пользуясь кривыми относительных приростов, можно

определить

наивыгоднейшее

распределение

нагрузки

между агрегатами

котельной. Например,

сечение

I2—Л

в точках / 2

и I 1

равных

относительных

приростов

рас­

хода топлива

показывает,

что

при нагрузках

котла

№ 1

в 9,7 т/ч и котла № 2 в 3,6 т/ч наивыгоднейшим образом обеспечивается общая нагрузка котельной в 13,3 т/ч;

сечение

222І показывает,

что

паропроизводительность

котельной в 15 т/ч следует

распределить

между котлами

№ 1 и 2

соответственно в

10,8

и 4,2 т/ч

и т. д.

Таким образом, можно составить таблицу распреде­ ления нагрузки между котлами для разных производительностей котельной. Эту зависимость между общей производительностью котельной и нагрузкой отдельных

котлов можно представить

и графически

(рис. 7-3,6).

Этим же методом можно определить

наивыгодней­

шее распределение общей

нагрузки

котельной между

котлами при установке 3,

4 и более

агрегатов,

іяо

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ