Экономия топлива в котельных установках.

Развитие и рациональное устройство водяных экономайзеров и воздухоподогревателей являются эффективным способом снижения потерь тепла с уходящими газами. Дополнительные затраты, связанные с увеличением хвостовых поверхностей нагрева, окупаются в короткие сроки, поскольку экономия топлива в котельных установках составляет не менее 4—7%.

Хвостовые поверхности нагрева в котельных установках

Хвостовые поверхности нагрева котельных установок - водяные экономайзеры и воздухоподогреватели - следует устанавливать за всеми паровыми котлами с производительностью по пару 2,5 т/ч и более при температуре газов за котлами 250 °С и выше (см. гл. 2).

В табл. 4-5 приведены температуры газов перед хво­стовыми поверхностями нагрева котлов ДКВР. Верхний предел температур относится к котлам с пароперегревателями.

Примечание. Увеличение паропроизводительности котлов при работе на газе и мазуте принято для котлов с паропроизводительностью от 2,5 до10 т/ч на 50%, для котлов с паропроизводительностыо 20 и 35 т/ч на 40%.

На основании технико-экономических расчетов [Л. 4] получены оптимальные значения температурных напоров на холодной стороне водяного экономайзера D tхк и на горячей стороне воздухоподогревателя D t’гк.

При противоточной схеме водяного экономайзера питательной воды оптимальные значения D t’’хк

составляют [Л. 4]:

Для котельных с произведением годового
числа часов использования на стоимость
1 тонны условного топлива в рублях более 25 000........................................ 30—50 °С

Для котельных с величиной этого произве­дения от 25000 до 10000 ............ 50—80 °С

Оптимальные значения D t’гк для воздухоподогревате­ля в зависимости от величины рассмотренного показа­теля соответственно составляют   D t’гк = 35-70°С и D t’гк  = 70-140 °С [Л. 4]. При указанных величинах Д/"_х._к и D t’гк окупаемость затрат на реконструкцию хвостовых поверхностей нагрева не превышает нормативного срока.

В общем случае температура уходящих газов является функцией температуры питательной воды или температуры воздуха. Исходя из этого размеры поверхностей нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя выбирают экономически наиболее выгодными в зависимости от значения температуры питательной воды и воздуха.

Оптимальная температура уходящих газов за водяным экономайзером определяется по уравнению

tух  =  tпв + D t’’хк , °С

где tпв   температура питательной воды, °С; D t’’хк минимально допустимый температурный напор на хо­лодном конце водяного экономайзера, т. е. разность меж­ду температурой газов на выходе и воды па входе в эко­номайзер, °С.

В условиях эксплуатации при отклонении нагрузки котлоагрегата от номинальной температура уходящих газов может быть определена по эмпирической форму­ле [Л. 24]

            н

tух = tух + 80 * D D / Dн

Где Dн - номинальная паропропроизводительность, т/ч;

D D— отклонение нагрузки от номинальной, т/ч, вводится с соответствующим знаком;

 н

t ух – температура уходящих газов при нагрузке котлоагрегата Dн, °С;

tух - температура уходящих газов при нагрузке Dн + D D, °С;

80 – величина нагрузки котла в процентах от номинальной.

Оптимальная температура уходящих газов за возду­хоподогревателем определяется по уравнению

tух = t’’в + Dt’гк, °С                   (4-5)

где  t’’ - в температура воздуха на выходе из воздухопо­догревателя, °С;

Dt’гк - температурный напор на горя­чем конце воздухоподогревателя, т. е. разность между температурой газов на входе и воздуха на выходе из воздухоподогревателя, °С.

В небольших котельных применяются, как правило, водяные экономайзеры из чугунных ребристых труб кон­струкции ВТИ. Стальные экономайзеры применяют при сжигании топлива, не вызывающего опасность коррозии. Наиболее целесообразно применение блочных водяных экономайзеров с изоляцией и обшивкой, которые ком­пактны, малогабаритны и обеспечивают хорошую плот­ность газового тракта. Применяют индивидуальные во­дяные экономайзеры для каждого котла независимо от его теплопроизводительности. Опыт эксплуатации под­твердил нецелесообразность применения обводных газо­ходов, еще нередко встречающихся в старых котельных и являющихся источниками больших протечек газа и потерь тепла.

В современных типовых проектах котельных устано­вок обводные газоходы, позволяющие выключить чугун­ные водяные экономайзеры из тока газов, не применяют. Это продиктовано требованиями повышения экономично­сти установок.

Как показало обследование, в некоторых котельных обслужи­вающий персонал «исправляет ошибки» проекта, устраивая обвод­ные газоходы у индивидуальных чугунных водяных экономайзеров. По данным ЦКТИ величина постоянной протечки газов из-за не­плотности отключающих заслонок составляет 20—40% и выше от общего расхода газов, что приводит к увеличению потерь тепла с уходящими газами на 2,2—4,4% и более.

К тому же «Правила устройства и безопасной экс­плуатации паровых и водогрейных котлов» не требуют обязательного устройства обводных газоходов у инди­видуальных отключаемых экономайзеров при наличии сгонных линий, позволяющих прокачивать воду через экономайзер помимо котла, что и предусматривается в со­временных типовых проектах котельных.

Экономию топлива от уменьшения температуры ухо­дящих газов можно определить из выражения

                      6

DB=    Q * 10         Vг Cг ( t'ух — t" ух )  - q4 Vг Cг ( t'ух — t" ух )

            p      бр                                          p            

         Qн  * ήк.а.                                                   Qн

(4-6)

где Q - теплопроизводительность котлоагрегата, Г кал./ ч;

_Vг — объем продуктов сгорания на 1 кг топлива для соответствующего коэффициента избытка воздуха, м³/кг или м³/м³\

Cг — средняя теплоемкость продуктов сгора­ния, ккал/ (м³ • °С) ;

t'ух  , t" ух - температура уходящих газов соответственно до их уменьшения и после уменьшения, °С.

При сжигании газа или мазута   q4 Vг Cг ( t'ух — t" ух ) = 0

Количество воды, которое может быть подогрето в во­дяном экономайзере, находится из теплового баланса

Wг  = Vг р_г Cг ( t'ух — t" ух )

                     ( t2  _- t1 ) св

Где Vг — средний объем продуктов сгорания, м³/ч;

 р_г - средняя плотность продуктов сгорания, кг/м³

Cг— сред­няя массовая теплоемкость продуктов сгорания, ккал/(кг-°С)',>

t'ух  , t" ух — температура продуктов сгора­ния на входе и выходе из экономайзера, °С;

t1 , t2 - на­чальная и конечная температуры воды, °С;

св — средняя теплоемкость воды при температурах t1 и t2,  ккал/(кг*°С) ; для температур до 100°С можно принять св= 1 ккал/ (кг -*С)..

Пример 4-3. Определить экономию топлива от уменьшения температуры уходящих газов со 180 до 140 °С при следующих условиях: D=10 т/ч;  i _п = 66б,2   ккал/кг;  i _п.в = 100°С; q4 =4%;  а_ух=1,8;  с_г =  0,32 ккал / (кг • °С) ;  топливо — донецкий уголь марки Г;   Qн

 = 5900 ккал/кг; ήк.а.=0,78; Vг =12,31 м³/кг [Л. 63].

Экономия топлива по формуле (4-6):

DB=_ 10 000 * ( 666,2— 100 ) * 12 ,31 * 0,32 * ( 180— 140 ) — 0,04 * 12,31  *  0,32 * ( 180 - 140)   =  32 кг/ч,
                                                    5900 * 0,78                                                                                    5900

или в процентах

                            p     бр

        DB’  = DB Qн   ήк.а * 100 =  32 * 5900 * 0,78 * 100  =  2,6%

                                   Q                             10 000 * (666,2 - 100)

Водяные экономайзеры применяют для нагрева как питательной воды, так и сетевой; выбор типа экономай­зера решается на основании технико-экономических рас­четов.

В табл. 4-6 приведены типы серийно изготавливаемых блочных экономайзеров питательной воды.

При установке экономайзера для подогрева сетевой воды необходимо предусматривать ее рециркуляцию для обеспечения температуры воды на входе в экономайзер по условию точки росы.

Применение комбинированных экономайзеров для по­догрева питательной и сетевой воды не рекомендуется ввиду сложности схемы.

Комбинированные хвостовые поверхности нагрева, со­стоящие из водяного экономайзера и воздухоподогрева­теля, находят применение при сжигании углей для кот­лов паропроизводительностью 20 т/ч и выше.

В существующих котельных, где еще сохранились групповые экономайзеры, целесообразно рассмотреть во­прос о замене их на индивидуальные. Выбор и расчет водяного экономайзера производится по [Л. 5].

Поверхностные водяные экономайзеры имеют ограни­чения по температуре уходящих газов. По эксплуата­ционным и экономическим соображениям нижний пре­дел температуры уходящих газов за водяным экономай­зером при сжигании газа составляет 120—130 °С. Потери тепла q 2 даже при оптимальном коэффициенте избытка воздуха составляют в этом случае более 5%.

Эффективным средством снижения тепловых потерь с уходящими газами для котлов, работающих на газе, является установка за котлом или за хвостовыми поверх­ностями нагрева контактных водяных экономайзеров, предназначенных для подогрева воды на производствен­ные нужды.

В контактном экономайзере наибольшая доля тепла от уходящих газов к воде передается не через метал­лические стенки, как в поверхностном экономайзере, а при непосредственном контакте нагреваемой воды с дымовы­ми газами. При этом газы могут быть охлаждены до температуры порядка 30—35°С, т. е. ниже точки росы, а теплота конденсации водяных паров используется для нагрева воды. Температура нагрева воды в контактных экономайзерах, устанавливаемых после хвостовых по­верхностей нагрева, при температуре газов на входе в контактный экономайзер в пределах 120—180 °С со­ставляет 55—65 °С.

Установка контактного экономайзера особенно целе­сообразна с увеличением количества подогреваемой во­ды и со снижением ее температуры, так как при этом снижаются температура и влагосодержание уходящих газов. Контактный экономайзер малоэффективен для по­догрева питательной воды и циркуляционной воды в си­стеме теплоснабжения водяного отопления. Поэто­му главной областью применения контактных эконо­майзеров является нагрев воды для производственных нужд.

Для бытового горячего водоснабжения подогрев воды в контактном экономайзере может быть допущен только по согласованию с санитарными органами. Поте­ря тепла с уходящими газами при установке контактно­го экономайзера может быть снижена до 2%. Срок окупаемости первоначальных затрат обычно не превышает 1 года.

Экономия топлива при температуре исходной воды до 15—20 °С и количестве ее, в 2—3 раза превышающем паропроизводительность подключенного к экономайзеру котла, составляет:

Температура газов на входе

в экономайзер, С............ 100      150     200     300

Экономия топлива, %    .. 10       12       15       20

На рис. 4-14 приведен блок контактного экономайзе­ра конструкции НИИСТ (РСН 183-70).

Экономайзер состоит из корпуса 1, представляющего собой стальную обечайку толщиной 4—6 мм к нижнему плоскому днищу которой привариваются опорная рама 2 и четыре опоры 3.

В корпусе имеются две опорные решетки 4 и 6. На нижней помещается рабочий слой насадки 5 из керамических колец 50X50X5 мм высотой

1200 мм, а на верхней — слой капле улавливающей насадки 7 из тех же колец высотой 200 мм. Кольца рабочей насадки укла­дывают послойно через загру­зочный люк; керамические кольца капле улавливающей насадки загружают через люк — взрывной клапан. Дымовые га­зы поступают в экономайзер че­рез патрубок 8 и выходят из экономайзера через патрубок 9. Холодная вода поступает в экономайзер через водорас­пределитель 10, который состо­ит из подводящей трубы и вось­ми радиально расположенных горизонтальных перфорирован­ных труб с отверстиями диа­метром 5 мм шаг отверстия — 50 мм. Отбор горячей воды про­изводится через штуцер 11. Штуцер 12 служит для продув­ки и дренажа водяного объ­ема. Корпус экономайзера со­стоит из верхней секции 13, средней 14 и нижней 15. Сек­ции сваривают между собой при изготовлении экономайзера по различным схемам расположения патрубков отводов газов и го­рячей воды

Рис. 4-14.  Блок контактного экономайзера ЭК-Б.

В табл. 4-7 приведено количество блоков контактных экономайзеров, устанавливаемых к котлам ДКВР.

Уста­новка контактных водяных экономайзеров может быть осуществлена только для котлов, постоянно работающих на газообразном топливе (т.к. топливные газы с высоким содержанием серы разрушат всё).

Таблица 4-7

Количество блоков контактных водяных экономайзеров, устанавливаемых к котлам ДКВР (по РСН 183-70)

Примечание. Количество блоков учитывает возможность   работы котла при нагрузке 150% номинальной.

4-9. оценка эффективности мероприятий для повышения экономичности котловых агрегатов.

Методы повышениея экономичности котлоагрегатов отличаются большим разнообразием, и правильная оценка эффективности выбранного метода применительно к конкретным условиям имеет большое значение. В табл. 4-8 приведены ориентировочные данные для предварительной оценки эффективности ряда мероприятий по повышению экономичности котлоагрегатов.

Таблица 4-8.

Ориентировочные данные об эффективности мероприятий по повышению экономичности котлоагрегатов.

Переведите % и тонны условного топлива в деньги и вы всё поймете!

Используемая литература: Е.Г.Волковыский, А.Г.Шустер «Энергия». Москва 1973 год.