Повышение эффективности котельного агрегата

    Энергосберегающие мероприятия по котельным и топочным в частных домах и зданиях  с общей площадью не более 2000 м.кв.

Модернизация  и автоматизация котельных малой  и средней мощности:  

• повышение энергетической эффективности котельных  агрегатов при 
  использовании низкотемпературных и конденсационных котлов;
• использование новых принципов сжигания топлива в котельных 
  агрегатах;
• повышение надежности работы котельных агрегатов;
• использование современных горелочных устройств;
• автоматизация работы котельных агрегатов;
• автоматизация распределения теплоносителя по нагрузкам;
• химводоподготовка теплоносител;
• теплоизоляция трубопроводов;
• установка экономайзеров на дымоходы;
• погодо-зависимое управление контурами;
• современные жаро-газотрубных котельные агрегаты.

2.Контроль за температурой уходящих газов и избытком воздуха в них.

    Ведение оптимальных воздушных режимов  топки является основным условием обеспечения  экономичной работы котла. Топочные потери q₃ и q₄ сильно зависят от избытков воздуха в горелках (α_г) и в топке (α_т). Необходимо сжигать топливо при избытках воздуха, обеспечивающих полное выгорание топлива. Эти избытки устанавливаются в процессе наладочных испытаний. Значительное воздействие на экономичность и температурный уровень горения оказывают присосы в топке. Рост количества присосов снижает избытки воздуха в горелках, эффективность перемешивания топлива и продуктов сгорания с воздухом, увеличивает потери  q₃ и q₄. Чтобы избежать увеличения топочных потерь, повышают общие избытки воздуха в топке, что также неблагоприятно. Пути повышения эффективности топочного процесса – устранение присосов в топке, организация оптимального режима горения, проведение испытаний, позволяющих находить эти условия.

    Наибольшими потерями в котле являются потери с уходящими газами. Их величина может быть снижена при уменьшении избытков воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, а также  при повышении температуры воздуха, забираемого из окружающей среды.

    Наибольшее  внимание следует уделять уменьшению α_ух. Оно обеспечивается работой топочной камеры на минимально допустимых (по условиям выжига топлива) избытках воздуха в топке и при устранении присосов в топке и газоходах. Снижение α_ух позволяет также снижать потери на собственные нужды по газовоздушному тракту и влечет понижение температуры уходящих газов. Присосы воздуха в топку газомазутных котлов производительностью 320 т/ч и ниже не должны превышать 5%,  выше 320 т/ч – 3%, а для пылеугольных котлов той же производительности соответственно 8 и 5%. Присосы воздуха в газовом тракте на участке от выхода из пароперегревателя до выхода из дымососа не должны превышать (без учета золоуловителей) при трубчатых воздухоподогревателях 10%, при регенеративных 25%.

    При работе котла одним из основных параметров, требующих постоянного контроля и исправности приборов, являются избытки воздуха в топке или  за одной из первых поверхностей нагрева. Источником повышенных присосов воздуха  в газоходах является износ или  коррозия труб в трубчатых воздухоподогревателях (преимущественно холодных кубов), что  также является причиной повышения  расхода электроэнергии на тягу и  дутье и приводит к ограничению  нагрузки.

    Температура уходящих газов υ_ух зависит как от избытков воздуха, так и от эффективности работы поверхностей нагрева. При появлении на трубах загрязнений снижается коэффициент теплоотдачи от газов к трубам и повышается υ_ух. Для удаления загрязнений следует проводить регулярную очистку поверхностей нагрева. При модернизации котла с целью понижения υ_ух следует, однако, помнить, что это может вызвать конденсацию паров на стенках труб холодных кубов воздухоподогревателя и их коррозию.

    Воздействовать  на температуру окружающего воздуха  возможно, например, путем переключения отбора воздуха (с улицы или из котельного цеха). Но при этом следует  помнить, что при отборе воздуха  из котельного помещения усиливается  его вентиляция, появляются сквозняки, а в зимнее время из-за понижения  температур возможно размораживание трубопроводов, приводящее к появлению аварийных  ситуаций. Поэтому забор воздуха  из котельного помещения в зимнее время опасен. Естественно, в этот период потери q₂ объективно возрастают, так как воздух может иметь и отрицательную температуру. Машинист должен поддерживать температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель на коррозионнобезопасном уровне, применяя подогрев в калориферах или рециркуляцию горячего воздуха.

    Рост  потерь теплоты в окружающую среду  может происходить при разрушениях  обмуровки, изоляции и соответствующем  обнажении высокотемпературных  поверхностей, при неправильном выборе и монтаже обмуровки. Все неполадки  должны выявляться при обходе котла  машинистом, заноситься в журнал дефектов и своевременно устраняться.

    Хорошее перемешивание топлива и окислителя при вихревой схеме сжигания позволяет  эксплуатировать котёл с пониженными (по сравнению с прямоточно-факельным  процессом) избытками воздуха на выходе из топки (α”=1.12…1.15) без увеличения содержания горючих в золе уноса  и без увеличения концентрации СО величина которой не превышает 40-80 мг/нм ³ (α=1.4).

    Таким образом, снижение температуры и  избытка воздуха в уходящих газах  за счёт повышения эффективности  работы топки позволяет уменьшить  потери тепла с уходящими газами, а, следовательно, увеличить коэффициент полезного действия “брутто” котлоагрегата на 1…3% даже на котлах, проработавших до модернизации 30..40 лет. 

3. Составление режимных карт

    Для обеспечения грамотной экономичной  эксплуатации для вахтенного персонала  разрабатываются режимные карты, которыми он должен руководствоваться в своей  работе.

    Режимная  карта – документ, представленный в виде таблицы и графиков, в  котором для различных нагрузок и сочетаний оборудования указаны  значения параметров, определяющих работу котла, которые необходимо соблюдать. Режимные карты составляются на базе результатов испытаний по оптимальным, наиболее экономичным и надежным режимам при различных нагрузках, качестве поступающего топлива и  различном сочетании работающего  основного и вспомогательного оборудования. В случае установки на станции  однотипного оборудования испытания  повышенной сложности проводятся на одном из котлов, а для остальных  котлов испытания могут не проводиться  или проводятся в сокращенном  объеме (используется режимная карта  испытанных котлов). Режимные карты  должны регулярно пересматриваться и изменяться (при необходимости). Уточнения и изменения вносятся при переходе на новые виды топлива, после ремонтных и реконструкционных  работ.

    Для характерных диапазонов нагрузок в  режимную карту в качестве определяющих параметров вводят: давление и температуру  пара основного и промежуточного перегрева, температуру питательной  воды, уходящих газов, количество, а  иногда и конкретное указание сочетания  работающих мельниц, горелочных устройств, дутьевых вентиляторов и дымососов; состав продуктов сгорания за поверхностью нагрева, после которой впервые  обеспечивается достаточное перемешивание газов (конвективный пароперегреватель или водяной экономайзер II ступени); показатели надежности работы отдельных поверхностей или элементов котла и показатели, облегчающие управление котлом или наиболее быстро реагирующие на отклонение режима и возникновение аварийных ситуаций. В качестве последних показателей достаточно часто используются: температура газов в районе наименее надежно работающей поверхности нагрева (например, в поворотной камере, перед загрязняемой или шлакуемой конвективной поверхностью и т.д.); сопротивление (перепад давлений) загрязняемых, шлакуемых и корродируемых поверхностей нагрева (КПП; воздухоподогреватель); расход воздуха на мельницы и их амперажная нагрузка – особенно но топливах переменного состава; температура среды и металла в некоторых наиболее опасных с точки зрения перегрева поверхностях нагрева.

    Кроме того, в режимной карте находят  отражение периодичность включения  средств очистки поверхностей нагрева  и особые условия работы отдельных  элементов и оборудования (например, степень открытия отдельных регулирующих воздушных и газовых шиберов, соотношение степени открытия шиберов  первичного и вторичного воздуха  горелок; условия работы линии рециркуляции газов и рабочей среды и  т.д.).

    При сжигании мазута в режимные карты  дополнительно вносится температура  его предварительного подогрева, при  которой обеспечивается надежный транспорт  мазута по мазутопроводам и его распыл в форсунках.

    Наряду  с определением состава газов  для выявления оптимальности  топочного режима необходимо регулярно  определять присосы газов в топке  и в конвективных газоходах.

    Бытующее  мнение о недостаточной опасности  присосов воздуха в топке, о возможности  использования этого воздуха  в процессе горения неверно и  опасно. Дело в том, что большая часть воздуха, поступающего в топку с присосами, проникает через неплотности стен топочной камеры относительно небольших размеров и не может глубоко проникать внутрь топочной камеры.

    Двигаясь  вблизи экранов, в зоне относительно невысоких температур, этот воздух в горении участвует слабо. В  основной же зоне горения воздуха  не хватает, часть топлива, не выгорая, выносится из топки, поднимая там  температуры и создавая восстановительную  среду.  Повышение температуры  частиц топлива (а следовательно, золы) и восстановительная среда усиливают  процесс шлакования и загрязнения  труб.

    Ввиду важности поддержания оптимального воздушного режима топочного процесса эксплуатационный персонал станции  должен постоянно следить за исправностью приборов газового состава и вести  текущий контроль плотности топки  и конвективных газоходов путем  наружного осмотра и определения  присосов.

    Параметры, входящие в режимную карту, используются при настройке защит и систем автоматического регулирования.

4. Высокоэффективное регулирование

     Одним из лучших путей, гарантирующим эффективную  эксплуатацию котельной, является высокоэффективное  регулирование, которое возможно применить  и для паровых, и для водогрейных  котельных. Высокоэффективное регулирование  позволяет сэкономить в среднем  от 4 до 5 % используемой тепловой энергии  и окупается в течение года.

     Как можно добиться повышения эффективности  работы котла? Известно, что при определенном соотношении расходов воздуха и  топлива происходит наиболее полное сгорание внутри котла. При этом следует  добиваться ведения топочного процесса с минимальным количеством избыточного воздуха, однако при обязательном условии обеспечения полного сгорания топлива. Если в топку подается избыточный воздух в большем количестве, чем требуется для нормального ведения топочного процесса, то излишний воздух не сгорает и лишь бесполезно охлаждает топку, что может в свою очередь повести к потерям вследствие химической неполноты сгорания топлива.

     Необходимо  также контролировать температуру  уходящих газов. При завышенной температуре  дымовых газов на выходе из котла  значительно снижается КПД агрегата за счет выброса в атмосферу лишней теплоты, которую можно было бы использовать по назначению. В тоже время при  работе на жидких видах топлива нельзя допускать снижения температуры  дымовых газов на выходе из котла  ниже 140 °С при содержании в топливе  серы не более 1 % и ниже 160 °С при содержании в топливе серы не более 2–3 %. Значения данных температур обусловлены точкой росы для дымовых газов. При этих температурах начинается процесс выпадения  конденсата в дымогарных трубах и  дымосборной камере. При контакте содержащейся в топливе серы с  конденсатом вследствие химической реакции образуется сначала сернистая, а затем серная кислота. Результатом  чего является интенсивная коррозия поверхностей нагрева.

     Для достижения большей эффективности  высокоточной регулировки необходимо предварительно произвести базисную очистку  топки и дымоходов. Для уменьшения избыточного воздуха и уменьшения температуры уходящих газов необходимо:

     – устранить негерметичность камеры сгорания;  
– произвести контроль тяги дымохода, при необходимости установить в дымовой трубе шибер;  
– повысить или понизить номинальную подводимую мощность котла;  
– вести контроль соответствия количества воздуха для горения;  
– оптимизировать модуляции горелки (если горелка снабжена этой функцией).

     Для газовых котлов с помощью газового счетчика и секундомера можно  выяснить, подается ли к горелке  необходимое количество топлива. Если котел работает на мазуте, то проверяется, соответствует ли расход, измеренный расходомерным соплом, и давление, создаваемое мазутным насосом, подходящими  для эффективной работы котла.