применения этого метода существует и на предприятиях с относительно невысокой мощностью парогенерирующих систем.

Экономические аспекты

Потенциал энергосбережения в результате организации предварительного подогрева питательной воды с помощью экономайзера зависит от ряда факторов, включая потребности конкретного производства, состояние дымовой трубы и характеристики дымовых газов. Окупаемость соответствующих инвестиций в условиях конкретной паровой системы зависит также от времени работы системы, фактических цен на топливо и географического положения предприятия.

На практике потенциал энергосбережения в результате предварительного подогрева питательной воды достигает нескольких процентов от общей энергии производимого пара. Поэтому даже для небольших котлов возможно достичь энергосбережения в объеме нескольких гигаватт-часов в год. Например, для котла мощностью 15 МВт можно достичь экономии в объеме примерно 5 ГВт·ч/г, экономического эффекта в размере около 60 тыс. евро в год и сокращения выбросов CO2 примерно на 1 тыс. т/год. Поскольку результаты пропорциональны масштабам установки, крупные предприятия могут добиться большего эффекта.

Во многих случаях температура дымовых газов, поступающих их котла в трубу, превышает температуру производимого пара на 100-150ºC. Как правило, снижение температуры дымовых газов на каждые 20-40ºC позволяет повысить КПД котла на 1%. За счет утилизации отходящего тепла экономайзер во многих случаях может обеспечить сокращение расхода топлива на 5-10% и обеспечить собственную окупаемость менее чем за два года. Потенциал энергосбережения за счет снижения температуры дымовых газов продемонстрирован в табл. 3.7.

Примерный потенциал утилизации тепла дымовых газов котла

Таблица 3.7: В предположении использования природного газа в качестве топлива, 15% избытка воздуха и конечной температуры дымовых газов 120°C

Адаптировано из [123, US_DOE] Мотивы внедрения

Сокращение затрат на энергию и выбросов CO2.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

[16, CIPEC, 2002, 26, Neisecke, 2003, 28, Berger, 2005, 29, Maes, 2005, 123, US_DOE]

3.2.6. Предотвращение образования и удаление накипи с поверхностей теплообмена

Общая характеристика

На теплообменных поверхностях котлов и трубок теплообменников могут образовываться отложения накипи. Накипь возникает вследствие образования нерастворимых соединений в результате реакции между соединениями, растворенными в воде; эти соединения откладываются на теплообменных поверхностях, омываемых водой.

160

Проблемой, связанной с образованием накипи, является то, что теплопроводность последней, как правило, на порядок ниже, чем теплопроводность стали. При образовании на теплообменных поверхностях отложений определенного химического состава, коэффициент теплопередачи поверхностей уменьшается с ростом толщины отложений. Поэтому даже незначительные отложения могут действовать в качестве эффективного теплоизолятора, способствуя существенному снижению теплообмена. Результатом этого может быть перегрев трубок котла или теплообменника, возможно, приводящий к их повреждению, а также снижение общего КПД системы. Своевременно удаляя накипь, предприятие может легко добиться снижения затрат на энергию и, как следствие, сокращения общих эксплуатационных затрат.

Дополнительный расход топлива в результате образования накипи может достигать 2% для водотрубных котлов и 5% для жаротрубных котлов.

На уровне отдельного котла регулярное удаление накипи может обеспечить значительное энергосбережение.

Экологические преимущества

Снижение потерь энергии.

В табл. 3.8 представлено снижение коэффициента теплопередачи в зависимости от толщины слоя накипи на теплообменной поверхности:

Таблица 3.8: Снижение коэффициента теплопередачи в зависимости от толщины слоя накипи

[29, Maes, 2005]

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Подготовка питательной воды с целью предотвращения образования накипи может приводить к увеличению расхода специализированных реагентов.

Производственная информация

Удаление отложений накипи производится во время остановки котла.

Существуют различные методы удаления отложений накипи и предотвращения их образования:

•эксплуатация котла при более низком давлении означает и более низкую температуру, при которой происходит менее интенсивное образование накипи. Эта одна из причин, по которым рекомендуется использовать пар настолько низкого давления, насколько это возможно (см. раздел 3.2.1);

•отложения могут удаляться во время технического обслуживания котла как механическим, так и химическим (кислотным) способом;

•если накипь образуется слишком быстро, целесообразно проанализировать и пересмотреть методы водоподготовки. Может быть необходима более качественная очистка воды или использование дополнительных добавок.

32 Значения приводятся для котла со стальными трубами. Рассматривается передача тепла от дымовых газов питательной воде. При расчетах предполагалось, что состав накипи во всех случаях является одним и тем же.

161

Косвенным показателем наличия отложений накипи является температура дымовых газов. Повышение температуры дымовых газов (при постоянных нагрузке котла и избытке воздуха горения) с большой вероятностью свидетельствует об образовании накипи.

Применимость

Наличие отложений накипи обнаруживается посредством простого визуального осмотра во время технического обслуживания. Как правило, для котлов высокого давления (50 бар) соответствующий осмотр и удаление накипи целесообразно производить несколько раз в год. Для устройств низкого давления (2 бар) рекомендуется ежегодное техническое обслуживание.

Возможно предотвратить образование накипи посредством улучшения качества воды (например, перейдя к использованию более мягкой или деминерализованной воды). Целесообразность химического (кислотного) удаления накипи необходимо тщательно оценивать, в особенности, в случае котлов высокого давления.

Экономические аспекты

Зависят от используемых методов и других факторов, в частности, химического состава сырой питательной воды, типа котла и т.д. Окупаемость соответствующих затрат достигается за счет экономии топлива, повышения надежности паровых систем и увеличения срока службы котлоагрегатов (что позволяет сократить время простоев и снизить капитальные затраты).

См. примеры в приложении 7.10.1.

Мотивы внедрения

Повышение надежности паровых систем и увеличение срока службы котлоагрегатов.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

[16, CIPEC, 2002, 29, Maes, 2005, 123, US_DOE]

3.2.7. Оптимизация продувки котла

Общая характеристика

Сведение к минимуму величины продувки котла способно значительно сократить потери энергии, поскольку температура продувочной воды непосредственно связана с температурой пара, производимого в котле.

При испарении воды в котле остаются растворенные твердые примеси, что приводит к росту общего содержания растворенных твердых веществ внутри котла. Эти вещества могут выпадать из раствора с образованием отложений, затрудняющих теплопередачу (см. раздел 3.2.6). Кроме того, повышенное содержание растворенных веществ способствует пенообразованию и уносу котловой воды с паром.

С целью поддержания концентрации взвешенных и растворенных твердых веществ в установленных пределах используются две процедуры, каждая из которых может осуществляться как в автоматическом режиме, так и вручную:

•нижняя продувка производится с целью удаления примесей из нижних частей котла с целью поддержания приемлемых характеристик теплообмена. Как правило, эта процедура выполняется вручную в периодическом режиме (несколько секунд каждые несколько часов);

•верхняя продувка предназначена для удаления растворенных примесей, скапливающихся у поверхности воды, и, как правило, представляет собой непрерывный процесс, выполняемый в автоматическом режиме.

Сброс продувочной воды котла приводит к потерям энергии, составляющим 1–3% энергии производимого пара. Кроме того, дополнительные затраты могут быть связаны с охлаждением сбрасываемых вод до температуры, установленной регулирующими органами.

162

Существует несколько способов сокращения объема продувочной воды:

•возврат конденсата (см. разделы 3.2.13 и 3.2.15). Конденсат не содержит твердых взвешенных или растворимых примесей, которые могли бы накапливаться внутри котла. Возврат половины конденсата позволяет сократить величину продувки на 50 %;

•в зависимости от качества питательной воды могут быть необходимы умягчение, декарбонизация и деминерализация воды. Кроме того, могут быть необходимы деаэрация воды и ее кондиционирование с использованием специальных добавок. Требуемая величина продувки определяется общим содержанием примесей в питательной воде, поступающей в котел. В случае питания котла сырой водой коэффициент продувки может достигать 7–8 %; водоподготовка позволяет снизить эту величину до 3% и менее;

•может быть также рассмотрен вариант установки автоматизированной системы управления продувкой. Как правило, такие системы основаны на измерении электропроводности; их использование позволяет обеспечить оптимальный баланс между соображениями надежности и энергосбережения. Величина продувки определяется на основе содержания примеси с наибольшей концентрацией и соответствующего предельного значения для данного котла (например, кремний – 130 мг/л; хлорид-ион <600 мг/л). Дополнительная информация по данному вопросу приведена в документе EN 12953

– 10;

•спуск продувочной воды при среднем или низком давлении, сопровождающийся выпариванием, – еще один способ утилизации части энергии, содержащейся в этой воде. Это метод применим на тех предприятиях, где имеется паровая сеть с меньшим давлением, чем то, при котором производится пар. С точки зрения эксергии это решение может быть более эффективным, чем простая рекуперация тепла продувочной воды при помощи теплообменника (см. разделы 3.2.14 и 3.2.15).

Термическая деаэрация питательной воды также приводит к потерям энергии в размере 1-3%. В процессе деаэрации из питательной воды, находящейся под повышенным давлением при температуре около 103 °C, удаляются CO2 и кислород. Соответствующие потери могут быть сведены к минимуму посредством оптимизации расхода выпара деаэратора (см. раздел 3.2.8).

Экологические преимущества

Содержание энергии в продувочной воде зависит от давления в котле. Соответствующая зависимость представлена в табл. 3.9. Величина продувки выражается как процентная доля общего потребления питательной воды. Таким образом, величина продувки 5 % означает, что 5% питательной воды, поступающей в котел, расходуется на продувку, а остальное количество преобразуется в пар. Очевидно, сокращение величины продувки способно обеспечить энергосбережение.

Содержание энергии в продувочной воде (кДж на кг произведенного пара)

Таблица 3.9: Содержание энергии в продувочной воде

[29, Maes, 2005]

163