XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Бережное отношение к энергоресурсам и широкое внедрение прогрессивных технологий тесно связаны с планомерным пересмотром ряда традиционных проектов. Зачастую это требует определенных денежных затрат. При их аргументировании целесообразно использовать методы математического моделирования исследуемых процессов с помощью компьютерной техники, рассматривая их как первоначальные этапы обоснования инвестиционных проектов.

Как правило, паровые котельные с котлами типа ДЕ имеют деаэратор, после которого питательная вода с температурой около 104 °C поступает в котел. Для повышения надежности питательного насоса и снижения удельных расходов топлива «брутто» и «нетто» по котельной в целом предлагается установить теплообменник за деаэратором для подогрева конденсата отработавшего пара, воды после бойлеров и добавочной химочищенной воды с последующим сбросом этих потоков в тот же деаэратор. В результате температура питательной воды на входе в котел снизится до 80 °C со всеми вытекающими последствиями. Экономическая целесообразность такого мероприятия подтверждается результатами исследований, выполненных на специально разработанных программных файлах КДЕ6 и КДЕ7. Ожидаемый экономический эффект – порядка1-2 кг/Гкал в расчете на один котел. Это отвечает политике энергосбережения. Рассмотрим упрощенную схему паровой котельной. Дополнительная каскадная схема питания (КСП)котла и частичная рециркуляция воды по контуру экономайзер – деаэратор позволяют увеличить его тепловую мощность с сохранением того же положительного эффекта. Такая схема «увязывается» с типовыми котлами, включающими в себя почти весь перечень традиционных поверхностей нагрева: топку, фестон, пароперегреватель, конвективные пучки, водяной экономайзер и воздухоподогреватель с предвключенным калорифером.

Ниже приведем результаты аудита промышленной котельной с помощью программных файлов КДЕ6 и КДЕ7. В ее состав входят два котла типа ДЕ6,514ГМ паропроизводительностью порядка 2-7 т/ч при давлении 0,7-1,4 МПа. Водяной экономайзер чугунный (типаЭБ2142И (ВТИ)), топливо – природный газ. С котельной пар подается на производство, бойлеры отопления и ГВС. Результаты аудита такой котельной, во-первых, открывают дополнительную нишу в процессах топливоиспользования для сугубо познавательных целей. Во-вторых, это равносильно выявлению еще одного фактора экономической безопасности на случай «капризов» экономики. Оптимальный уровень температуры питательной воды на входе в котел в значительной мере зависит от вида и состава топлива. Этот оптимум определяют три основных показателя: экологическая безопасность, надежность и экономичность работы котла. Единовременное соблюдение данных критериев – сложная задача как для проектировщиков, так и для эксплуатационников.

Мероприятие 1. Установка теплообменника на линии питательной воды после деаэратора. Имеется в виду, что через второй (обогреваемый) контур теплообменника на деаэратор проходит конденсат отработанного пара. В результате этого мероприятия появится возможность восстановить нормальные функции деаэратора при температуре 100–104 °C. За теплообменником температура питательной воды на входе в котел снизится до фактически установленного в настоящее время, т. е. до порядка 80 °C. Повысится надежность работы питательного насоса. Благодаря повышенному температурному уровню воды, поступающей в головку деаэратора после теплообменника, снизится расход поступающего в него насыщенного пара. Примерные результаты ожидаемого экономического эффекта от установки теплообменника за деаэратором приведены на рис. 2: без теплообменника – tпв = 104 °C, с теплообменником – tпв = 80 °C. Здесь эффект оценивается одновременно по изменениям показателей и «брутто», и «нетто».

Мероприятие 2. Снижение температуры уходящих газов, как уже отмечалось, повлечет за собой необходимость тепловой изоляции на поверхности дымовой трубы (файлы КДЕ6, КДЕ7).В результате снизится общий уровень теплопотерь котельной. Более благоприятными станут условия для защиты от коррозии пристеночных пограничных слоев на внутренней стенке трубы. Усилится влияние естественной тяги в трубе на суммарный режим загрузки дымососов.

Мероприятие 3. Организация каскадной схемы питания (КСП) водяного экономайзера для повышения теплопроизводительности котла, а также его экономичности за счет рециркуляции котловой воды. В сущности, это частичный или полный отбор воды, нагретой после первой и второй ступеней экономайзера, с возмещением ее по тракту тем же количеством питательной воды после теплообменника в порядке рециркуляции.

Все три мероприятия тесно связаны между собой множеством теплотехнических показателей как самого котла, так и дымовой трубы. Они требуют тщательного рассмотрения путем исследования соответствующих моделей их работы на компьютере для выявления оптимального экономического эффекта от внедрения. Здесь сопрягаются явно противоположные тенденции формирования экономического эффекта. Основное преимущество КСП водогрейного котла в сравнении с традиционной схемой питания – возможность удерживать оптимальный температурный уровень воды в водяном экономайзере (в конвективном пучке) с учетом потребностей отопления и горячего водоснабжения. Такая возможность сохраняется и в случае КСП водяного экономайзера в паровом котле. Как показали исследования на моделях КДЕ6 и КДЕ7, дополнительный процесс парообразования в котле существенно снижает эффект КСП от понижения температуры воды в экономайзере. КСП в данном случае приводит лишь к увеличению мощности теплоисточника, уступая мероприятию по энергосбережению. Вместе с тем КСП водяного экономайзера позволяет создать рециркуляцию котловой воды по контуру экономайзер – деаэратор – экономайзер. Это дает положительный эффект, в результате которого повышается КПД котельной по мере возрастания рециркуляции. Он возрастает также в случае сброса котловой воды после бойлеров, минуя бак сбора конденсата и деаэратор, сразу на всасывающую линию питательного насоса. В данном случае должна быть уверенность, что обратная котловая вода, циркулирующая по контуру экономайзер – деаэратор – экономайзер, не нуждается в дополнительной деаэрации. Проблема КСП парового котла требует дальнейших исследований. Мероприятие по теплоизоляции трубы позволяет исключить коррозионно-опасные зоны на ее металлической поверхности внутри при любых нагрузках котла. Возможности исследования комплекса «котел – дымовая труба» также предусмотрены в программных файлах КДЕ6 и КДЕ7.Приведенные расчетно-аналитические показатели работы котла и котельной в целом подтверждают экономическую целесообразность установки теплообменника за деаэратором. Вторым серьезным мероприятием по энергосбережению в данной котельной является снижение теплопотерь в окружающую среду через поверхность дымовой трубы. Негативное влияние этого также представлено в результатах примерных расчетов, выполненных с помощью файлов КДЕ6 и КДЕ7. Можно выделить три основных негативных фактора:

• голая неизолированная поверхность трубы диаметром 0,8 м и высотой 28 м приводит к неоправданно большим теплопотерям от 20 до 100 кВт и выше;

• при низких нагрузках создаются условия для коррозии металла, поскольку в пристеночном пограничном слое внутри трубы температура стенки оказывается ниже точки росы водяных паров. Снижение температуры питательной воды приводит к развитию очагов коррозии;

• из-за отсутствия теплоизоляции дымовой трубы поток дымовых газов по ее высоте охлаждается примерно на 30–50 °C.

Это способствует снижению естественной тяги в трубе и, следовательно, приводит к неоправданным перерасходам электроэнергии на дымососы. При наличии теплоизоляции трубы охлаждение газов в ней снизится примерно в 5–10 раз, т. е. на 5–10 °C. Данные мероприятия на уровне проектирования следует рассматривать с помощью целевых программных средств, которые позволяют увязать между собой все основные аргументы, определяющие эффективность того или иного режима работы котла и котельной в целом.

Выводы и рекомендации

1. Деаэрация питательной воды в рассматриваемой котельной практически отсутствует, что является нарушением ПТЭ со всеми вытекающими из этого последствиями как административного, так и технологического характера.

2. Подъем температуры воды в деаэраторе до уровня 100-104 C вызывает кавитацию питательных насосов, что говорит о недоработках при реализации существующего проекта котельной. В связи с этим есть некоторые сомнения относительно правильности установки питательных насосов и деаэратора на должной геодезической отметке – как минимум 4-5 м.Можно предположить, что при установке деаэратора была проигнорирована необходимость одновременного монтажа соответствующего водоводяного теплообменника на питательной линии.

3. Явные теплопотери в окружающую среду через неизолированную поверхность дымовой трубы – заметное упущение предприятия.

4. Исследования, выполненные с помощью программных файлов КДЕ6 и КДЕ7, дают основания утверждать, что установка теплообменника за деаэратором повысит рентабельность котельной и окупится за полгода. Дальнейшая организация КСП водяного экономайзера в соответствии со схемой также даст экономический эффект.

5. Снижение существующих теплопотерь котельной через поверхность дымовой трубы следует рассматривать как мероприятие, направленное не только на экономию топлива. Это совокупные меры по подавлению очагов коррозии трубы изнутри и снижению электрической нагрузки дымососов за счет повышения эффекта от естественной тяги в трубе.

6. Эффекты от мероприятий по установке теплообменника и теплоизоляции дымовой трубы глубоко взаимосвязаны технологическими процессами производства тепловой энергии в котельной. Реализовывать данные мероприятия нужно планомерно и единовременно либо силами компетентных организаций, либо самим предприятием с консультациями со стороны этих организаций.

Литература

1. Байрашевский Б.А. Водогрейный котел. А. с. № 992940. Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий, 12.03.1981 г.

2. Байрашевский Б.А. Эффективность каскадной схемы питания водогрейных котлов // Электрические станции. 1990. № 6.

3. РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России [Электронный ресурс], - http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2662

Код для цитирования: Скопировать