ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / Energosberezhenie_2005

120

ды ее давление в котле должно быть выше, чем давление насыщения при максимальной рабочей температуре.

Основными регулируемыми параметрами у водогрейной котельной являются производительность Gв, давление pв и температура tв воды. В этом технологическом процессе, как правило, регулируется температура воды при постоянной производительности и давлении. Так же, как и в случае парового котла, должны регулироваться экономичность сжигания топлива по содержанию О2 в выпускных газах, солесодержание Св и разрежение в топке Sт .

Приведенная технологическая схема отражает процесс выработки тепловой энергии в паровых и водогрейных котлах. Для обеспечения нормальной работы котлов в котельной устанавливается оборудование для подачи к котлу питательной воды, а также транспортировки теплоносителя к теплообменникам и отпуска тепловой энергии потре-

бителям. Условное графическое изображение этого теплотехнического оборудования, объединенного линиями трубопроводов для транспортировки теплоносителя в соответствии с технологической последовательностью его движения, называется тепловой схемой.

Принципиальная тепловая схема паровой котельной показана на рис.5.2.

Рис.5.2. Принципиальная тепловая схема паровой котельной

121

Вырабатываемый котельным агрегатом насыщенный пар Dк1,4 давлением 1,4 МПа поступает в редукционно-охладительную установку (РОУ). Давление пара в этой установке снижается до уровня 0,7 МПа. Для охлаждения перегретого пара в РОУ к нему добавляется необходимое количество питательной воды Gроу . Из парового коллектора ПК пар отпускается к технологическому потребителю Dтех и на собственные нужды Dсн теплогенерирующей установки. Неизбежные утечки (потери) пара Dпот должны учитываться при балансовом расчете тепловой схемы котельной.

Продувочная вода Gпр с высоким давлением (до 1,4 МПа и температурой до 200 0С) поступает в сепаратор непрерывной продувки (СНП). В СНП происходит снижение давления до 0,15 МПа. При этом выделяется пар Dc0,15 , используемый в деаэраторе. Оставшаяся часть конденсата Gснп при температуре до 120 0С охлаждается в теплообменнике TN1 и сливается через барбортер БР в канализационную сеть.

Исходная вода Gисх поступает из трубопровода через насос НИ, подогреватели TN1 и TN2 и проходит химводоочистку (ХВО). Пароводяной подогреватель TN3 и водоводяной подогреватель TN4 обеспечивают подогрев химобработанной воды. В деаэраторе из воды удаляются растворенные в ней газы, в том числе коррозионно-активные О2 и СО2. Чем ниже температура химочищенной воды и конденсата Gк, поступающих в деаэратор (ДР), тем больший расход пара потребуется на деаэрацию Dд. Выпар деаэратора, кроме подлежащих удалению из воды газов, содержит до 1,5 % насыщенного пара. Для уменьшения потерь теплоты и химочищенной воды, уходящей с выпаром, устанавливают охладитель TN5.

В котельный агрегат и РОУ питательная вода с расходом Gд подается из деаэратора насосом НП.

Для уменьшения затрат энергии на производство технологического пара Dтех, потребители организуют сбор и возврат конденсата

Gтех.

Для отпуска горячей воды на отопление на паровой котельной могут устанавливаться сетевые подогреватели. Тепловая схема такой производственно-отопительной котельной, показана на рис.5.3. Кроме сетевых подогревателей TN7, необходимо установить сетевой насос СН, обеспечивающий подачу горячей воды в тепловую сеть.

122

Рис.5.3. Тепловая схема блока теплопотребления производственно-отопительной котельной

Тепловую энергию воды, подаваемую в сеть из котельной, потребитель использует на отопление и вентиляцию ОВ. Кроме этого, часть ее может быть использована для подогрева холодной водопроводной воды Gхв на горячее водоснабжение ГВС.

Потери теплоносителя в тепловых сетях компенсируются подачей подпиточной воды Gподп, прошедшей водоподготовку, в обратный трубопровод перед сетевыми насосами. Конденсат от сетевых подогревателей Gкс подается на деаэрацию в блок водоподготовки.

Температура сетевой воды, направляемой в тепловые сети Gc, регулируется в соответствии с температурным графиком регулятором температуры РТ путем перепуска части обратной сетевой воды, минуя сетевые подогреватели.

Температура воды в системе отопления и вентиляции потребителя не должна превышать tов = 95 0С, но может быть значительно ниже при высоких температурах наружного воздуха.

Температура воды, поступающей в водоразборные краны систе-

мы горячего водоснабжения, должна иметь стабильную температуру tгв = 55 ± 5 0С.

123

Отпуск тепловой энергии от котельных наиболее эффективен при высоких температурах теплоносителя (до 130…150 0С), так как при этом существенно ниже его расход и энергозатраты на транспортировку. Согласование уровней температуры теплоносителя от источника с требуемой температурой у потребителя решается тепловыми пунктами тепловой сети.

Отопительные котельные установки обеспечивают тепловой энергией только коммунально-бытовых потребителей в виде горячей воды. В рассмотренных тепловых схемах теплогенерирующих установок с паровыми котельными агрегатами для отопительной нагрузки пар являлся промежуточным теплоносителем, что требовало установки сетевых пароводяных подогревателей, усложняло тепловую схему и водоподготовку. Водогрейные котельные агрегаты осуществляют непосредственный подогрев сетевой воды, благодаря чему затраты на водогрейные котельные агрегаты и вспомогательное оборудование ниже, а их тепловые схемы проще.

Тепловая схема источника тепловой энергии с водогрейными котельными агрегатами должна удовлетворять следующим требованиям:

-гидродинамический режим котельного агрегата должен исключать возможность локального вскипания воды, не претерпевая значительных изменений во всем диапазоне тепловых нагрузок;

-температурный режим поверхностей нагрева не должен вызывать внешней температурной коррозии.

Выполнение указанных требований обеспечивается различными приемами организации потоков теплоносителя (рециркуляцией и подмесом), а также регулированием отпуска тепловой энергии котельными агрегатами в тепловую сеть только путем изменения температуры воды на выходе из котельного агрегата.

Принципиальная схема тепловых потоков водогрейной теплогенерирующей установки показана на рис.5.4.

В водогрейных котлах температура воды не нагревается до состояния насыщения, поэтому в их конструкции отсутствуют водяной и паровой барабаны, что упрощает систему автоматики в связи с отсутствием системы регулирования давления и уровня в верхнем барабане котла.

124

Рис.5.4. Схема тепловых потоков водогрейной котельной

Во избежание низкотемпературной коррозии перед вводом обратной сетевой воды в водогрейный котельный агрегат ее температура повышается путем подачи по линии рециркуляции С-В насосом НР расчетного количества уже подогретой в котельном агрегате воды. Минимальная температура воды на входе в стальные водогрейные котлы при работе на газе принимается не ниже 70 0С. После подогрева в котельном агрегате вода разделяется на три потока: на собственные нужды Gсн источника теплоты, на рециркуляцию Gрц и в сеть Gc. Рециркуляция воды требуется практически во всех режимах, так как обратная сетевая вода всегда имеет температуру не ниже нормируемых минимальных значений tк’.

При всех режимах работы для обеспечения требуемой (по температурному графику) температуры воды в подающей линии тепловой сети tc’ необходимое количество обратной сетевой воды Gпм по перемычке A-D подается, минуя котельный агрегат, на смешивание с водой выходящей из него Gк.

5.2. Снижение расхода топлива на производство тепла

Наиболее важным показателем, характеризующим эффективность работы котельных агрегатов, является их коэффициент полезного действия. Этот коэффициент определяется из соотношения

125

η = q1/q0 =1- (q2+q3+q4+q5)/q0,

где q0 – теплотворная способность топлива, кДж/кг; q1 – теплота, сообщенная теплоносителю, кДж/кг;

q2 – теплота, уходящая с дымовыми газами, кДж/кг; q3 – потери от химической неполноты сгорания, кДж/кг; q4 – потери от механической неполноты сгорания, кДж/кг;

q5 – потери в окружающую среду, кДж/кг.

КПД современных паровых и водогрейных котлов в режимах, близких к оптимальным, имеют значения 0,85…0,92. Находящие в эксплуатации паровые и водогрейные котлы в большинстве своем из-за значительных потерь имеют существенный потенциал для улучшения КПД. Факторы, с которыми видоизменения условий эксплуатации и оборудования будут улучшать показатели работы котлов, определяются их типом и условиями эксплуатации.

Основными потенциальными возможностями повышения КПД котлов являются:

-соблюдение правил технической эксплуатации котельного оборудования;

-улучшение технического обслуживания и ремонта котлов,

-регулирование и оптимизация процесса горения,

-улучшение конструкций горелок;

-установка теплоутилизационного оборудования;

-сведение до минимума радиационных потерь.

Для обеспечения производства тепловой энергии в котельной требуются значительные затраты электрической энергии на электропривод насосов, вентиляторов, дымососов и т.д. Уменьшение расхода электроэнергии в связанных с эксплуатацией котлов вспомогательных системах позволяет повысить эффективность работы котельной в целом.

В котельных систематически проводятся наладочные работы и тепловые балансовые испытания, в процессе которых определяется КПД котлов, выбирается оптимальный коэффициент избытка воздуха α по результатам газового анализа в различных режимах нагрузки котлов.

Под коэффициентом избытка воздуха понимают отношение количества воздуха, подаваемого в топку к количеству воздуха, тео-

126

ретически необходимого для полного окисления поступающего в нее топлива.

В процессе наладки или обследования котельной должны проверяться не только режимы работы котлов, но и котельной в целом.

На эффективность работы котельной влияет ряд факторов

(табл.2).

Таблица 2

Перечень факторов, влияющих на эффективность работы котельных

127

Окончание табл. 2

Рассмотрим подробнее некоторые приемы снижения тепловых потерь в котлах.

Тепловые потери с уходящими газами q2 определяется разницей температур уходящих газов и холодного воздуха, подаваемого в котлоагрегат, и потерями от механической неполноты сгорания топлива.

Снижение температуры уходящих газов путем развития хвостовых поверхностей нагрева в сочетании с оптимальным режимом эксплуатации является актуальной задачей. Достаточно указать, что увеличение температуры уходящих газов на 12…15 0С приводит к возрастанию потерь примерно на 1 %.

Основными направлениями уменьшения потерь с уходящими газами являются:

-поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха α по данным анализа химического состава продуктов сгорания;

-снижение присосов холодного воздуха в котлоагрегате;

-предотвращение шлакования экранных и радиационных поверхностей нагрева;

-предотвращение заноса золой газоходов котлоагрегата при работе на твердом топливе;

128

-поддержание чистоты внутренних стенок поверхности нагрева, защита от отложений на них накипи и шлама из-за нарушения режима химводоподготовки;

-поддержание в барабане котла номинального давления, обеспечивающего расчетную степень охлаждения газов в экономайзере;

-поддержание расчетной температуры питательной воды для более полного использования теплоты уходящих газов в экономайзере;

-поддержание оптимального режима нагрузки совместно работающих котлоагрегатов;

-обеспечение герметичности газовых перегородок, исключающей перетекание газов мимо конвективных пучков котла;

-обеспечение марки и качества топлива, для которых было выбрано и рассчитано топочное устройство;

-использование острого дутья, позволяющего сжигать твердое топливо с меньшим избытком воздуха;

-использование надежно работающих вакуумных деаэраторов, позволяющих снизить температуру питательной воды до

65…70 0С (по сравнению с температурой 104 °С при атмосферных деаэраторах), что обеспечивает более глубокое охлаждение уходящих газов.

Оптимальность коэффициента избытка воздуха в топке является главным условием полноты сгорания топлива и сильно влияет на тепловые потери q2 q3 и q4. Регулирование коэффициента избытка воздуха осуществляется согласованной работой вентилятора и дымососа. Подача воздуха в топку обеспечивается вентилятором и регулируется в зависимости от количества сжигаемого топлива. Раскаленные продукты сгорания из-за их меньшей плотности по сравнению с плотностью топлива и воздуха на входе в котел движутся через газоходы в дымовую трубу. Необходимую тягу обеспечивают дымососы. Работа дымососов должна регулироваться так, чтобы в топке поддерживать минимальное разрежение в пределах 10…20 Па. В противном случае возникнут крайне нежелательные присосы холодного воздуха.

При работе парового котла в режиме пониженного давления его КПД снижается из-за ограничения подогрева питательной воды в экономайзере и меньшей возможности использовать тепловую энер-

129

гию уходящих газов. Рассмотрим в качестве примера работу котла (номинальное давление пара 1,3 МПа при температура воды 194,4) с давлением пара 0,5 МПа при температуре воды 158,1 °С. В этом случае питательная вода в экономайзере может быть подогрета только до температуры t1 = 158,1 – 40 = 118,1 °С вместо оптимальной t1on = =194,1 – 40 = 154,1 °С. Температура воды после чугунных отключаемых экономайзеров на 40 °С ниже температуры насыщенного пара в котле. Ограничение подогрева питательной воды вызвано недопустимостью парообразования в чугунном экономайзере.

Таким образом видно, что при работе котла в режиме пониженного давления на экономайзер будет приходиться тепловосприятие меньшее расчетного, в результате чего возрастает температура уходящих газов.

Температура питательной воды является одним из важных параметров, определяющих экономичность эксплуатации котлоагрегата. Питание котла излишне нагретой водой вызывает уменьшение теплового потока, приходящегося на экономайзер, и приводит к увеличению температуры уходящих газов. При питании котла излишне холодной водой увеличивается коррозия, а также вредные тепловые напряжения.

Температуру питательной воды на входе в экономайзер можно снизить, используя вакуумный деаэратор.

Тепловые потери с уходящими газами можно снизить, не допуская отложений на наружных поверхностях нагрева.

Использование периодического обдува наружных поверхностей нагрева для их очистки обеспечивает повышение экономичности на 2…4 %. Обдувочные устройства работают по принципу механического воздействия струи сжатого воздуха или пара на слой отложений.

Развитие поверхностей теплообмена экономайзеров и воздухоподогревателей является эффективным способом снижения тепловых потерь с уходящими газами. Экономия топлива при этом составляет не менее 4…7 %.

Эффективным средством снижения тепловых потерь с уходящими газами для котлов является установка контактных теплообменников за котлом (например, КТАН). При этом уходящие газы могут охлаждаться до температуры 30…45 оС, т.е. ниже точки росы, из-за чего конденсируется значительное количество образующегося при горении водяного пара. Этот конденсат собирается и используется для питания котла, что снижает расход холодной воды на подпитку и