XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Ключевые слова: энергоэффективность котлов, котельная, КПД котла.

Key words: Key words: energy efficiency of boilers, boiler room, boiler efficiency.

Энергия - важный фактор в промышленной эксплуатации, транспортировке, производственных процессах и других потребностях. Самая большая энергия для выполнения производственного процесса - тепловая энергия [1]. Тепловая энергия имеет большой вклад в эксплуатационные расходы. В производственном процессе энергия становится важной, поэтому отрасль сильно зависит от потребностей в энергии для ее операций. Под энергосбережением понимается разумное и эффективное использование энергии для подтверждения достижения определенного количества максимальной энергетической активности, продуктивной работы и прибыльности. Используя энергосбережение, можно достичь экономии от 10% до 30% энергии и затрат с помощью простых действий [2].

Котлы - это закрытые сосуды, в которых тепло сгорания передается в воду через горячую воду или образуется пар. Важными компонентами котла являются горелки, камеры сгорания, теплообменники и системы управления. Тепло передается воде через теплообменник. Затем в производственном процессе используется горячая вода или пар под определенным давлением. В процессе производства воды из пара могут происходить потери или потери тепла, такие как потери тепла, образующиеся в виде избыточного воздуха, и высокие температуры в выхлопных газах. Недостаток из-за несгоревшего вещества в дымоходе и золе, потерь от продувки и конденсата. Потери на конвекцию, излучение и испарение воды образуются из-за H2 в топливе. Для оптимизации работы котла важно определить источники отходов или потерь. Потери, обнаруживаемые в процессе производства пара, представляют собой выхлопные газы, которые могут достигать 10-30% от общих потерь при температурах в диапазоне 150-250 ° C . Поэтому использование выхлопных газов очень важно для повышения эффективности котла , тем самым достигается экономия энергии. Одним из способов повышения эффективности котла является использование экономайзера для предварительного нагрева питательной воды с использованием отработанного тепла в выхлопных газах [3].

А) Энергоэффективность котла

Эффективность котла можно повысить за счет уменьшения количества тепла, переносимого выхлопными газами, с соответствующей изоляцией и за счет регулирования потока продувки (с рекуперацией тепла из продувки или без нее). Общий КПД котла можно определить двумя способами:

Прямой метод

Этот метод известен как метод «ввода-вывода», поскольку для оценки эффективности требуется только полезная мощность (пар) и подвод тепла (топливо). Этот результат получается из энергии рабочего тела (воды и пара) по сравнению с энергоемкостью котельного топлива. Эффективность оценивается с помощью следующего уравнения:

КПД котла = тепловая мощность / тепловая мощность

или

КПД котла = [Q x (hg- hf) / qx GCV] x 100,

где: Q = количество пара, производимого за час (кг / час).

q = количество топлива, израсходованного в час (кг / час).

hg = Энтальпия насыщенного пара в Ккал / кг пара.

hf = энтальпия питательной воды в ккал / кг воды.

2. Косвенный метод.

Эффективность составляется из потерь, возникающих при сравнении с поступающим теплом. Основные потери тепла от котла - это сгорание высоких температур и потребность в воде для производства пара, сгорание водорода (дымовая труба котлов в виде пара), сгорание тепла в отходах, излучение от поверхности котла, не учитывается при измерении. Количество потерь и расчет КПД рассчитываются по формулам [2].

КПД (% E) = 100 - Σ Потери

Первый способ хоть и прямой, но очень сложный в применении. Для определения количества тепла, поглощаемого паром, необходимы такие параметры, как расход пара, качество пара и давление пара, которые должны быть известны точно. Оборудование, необходимое для измерения вышеуказанных параметров, очень дорогое и всегда требует технического обслуживания. Многие заводы, выпускающие котлы, не оснащены этим оборудованием.

Второй метод определяет КПД косвенно, определяя количество всех тепловых потерь [8]. Для повышения эффективности котла наиболее целесообразным способом является поиск причин, вызывающих потери. После этого, нужно определить сумму потерь, а затем уменьшение потерь, которые имеют наибольшее влияние на эффективность котла. Как правило, наиболее важной является потеря тепла с выхлопными газами, а также важны потери тепла из-за излучения и конвекции, особенно для старых котлов, которые работают с расходом ниже проектного.

На КПД котла влияют пять факторов:

а) Влияние избытка воздуха на КПД котла

Любое сгорание требует чрезмерного количества воздуха. Избыточный воздух образуется, потому что количество воздуха в процессе сгорания превышает количество, теоретически необходимое для полного окисления. Для обеспечения полного сгорания используемого топлива в камеру сгорания подается избыточный воздух. Избыточный воздух увеличивает количество кислорода для сгорания и сгорания топлива. Когда топливо и кислород из воздуха находятся в идеальном балансе, сгорание считается стехиометрическим. Эффективность сгорания увеличивается с увеличением количества избыточного воздуха, так что потери тепла в избыточном воздухе больше, чем тепло, выделяемое более эффективным сгоранием. Горелки с низким уровнем выбросов, избыточный воздух используется для минимизации образования NOx и оксида углерода путем регулирования температуры пламени внутри горелки. Избыточный воздух, наконец, поглощает часть тепла от сгорания. Как результат, это снижает эффективность передачи тепла воде в бойлере. Эта проблема может быть решена путем калибровки котлов на различных уровнях сгорания и регулярно [1].

б) Температура дымовых газов

Температура дымовой трубы или выхлопных газов измеряет температуру сгорания газа на выходе из котла. Если температура выхлопных газов начинает повышаться, это означает, что тепло, производимое котлом, меньше оптимально используемого для производства пара. Иными словами, результирующая температура выхлопных газов высока, но теряется много тепла.

Как с этим бороться - установлен экономайзер, калорифер. Это решение для преодоления потерь тепла, вызванных высокими выхлопными газами. Эти методы предназначены для рекуперации тепла для котельной системы [1].

в) Радиационные и конвекционные потери

Радиационные и конвекционные потери - это потери тепла котлом во время работы. Потери на излучение и конвекцию происходят всегда, и их невозможно избежать, но можно предпринять правильные шаги для их минимизации. Использование правильного метода изоляции и правильных материалов повысит эффективность котла, поскольку уменьшатся потери тепла и температура поверхности. Если защитить котел изоляцией, чтобы он не вступал в прямой контакт с окружающим воздухом, то предотвратить потери тепла, вызванные потоком воздуха над поверхностью котла [1].

г) Спецификация топлива

На КПД котла также влияют характеристики топлива. Преодолеть эту проблему так же просто, как установить правильные характеристики топлива и убедиться, что фактическое топливо соответствует критериям документации. Спецификации топлива должны быть наиболее важными из-за высокого содержания водорода в продуктах природного газа. Важно понимать, что большая часть водорода при сгорании превращается в воду. Этот процесс может производить энергию, которая используется в процессе сгорания.[1]

Чем выше содержание водорода в дымовых газах, тем больше воды образуется при сгорании. Более высокая концентрация природного газа и меньшая доля других газов более эффективны в процессе сгорания.[1]

д) Температура окружающей среды

Температура окружающей среды - это температура, вызванная процессом работы котла, которая влияет на повышение температуры окружающей среды. Температура окружающей среды, регулируемая нагнетательным вентилятором, также влияет на расчет КПД котла. Это влияет на температуру дымохода. Чистая температура дымовой трубы - это разница между температурой выхлопных газов и температурой окружающей среды. Если снизить температуру окружающей среды с помощью более низкой температуры выхлопных газов, изменение температуры на 40 градусов может повлиять на КПД котлов на один процент и более.

Различные возможности повышения энергоэффективности котельной системы могут быть связаны с контролем температуры дымохода, подогревом питательной воды с помощью экономайзера, подогревателем воздуха для горения, минимизацией несовершенного сгорания, контролем избыточного воздуха, предотвращением радиационных потерь тепла и конвекции, автоматическим контролем продувки , уменьшение образования корки и потери сажи, снижение давления пара в котле, регулировка скорости вращения вентиляторов, нагнетателей и насосов, контроль нагрузки котла, правильное планирование котла, замена котла. Только при непрерывном улучшении, можно достичь оптимального производственного процесса и эффективного использования энергии.[3]

Список литературы.

B. A. Poddar. M.G, Energy Audit Of A Boiler- A Case Study Thermal Power Plant, Unit-Iii Parli (V) Maharastra., 2(6), 1660–1667 (2013) [Электронныйресурс] URL: https://ru.scribd.com/document/421426839/Energy-Audit-of-a-Boiler-a-Case-Study-Thermal-Power-Plant-Unit-III-Parli-v-Maharastra-IJERTV2IS60659 ( датаобращения : 10.11.2020)

C. Diakaki, E. Grigoroudis, and D. Kolokotsa, Towards a multi-objective optimization approach for improving energy efficiency in buildings, 40, 1747–1754 (2008) [Электронныйресурс] URL: https://www.researchgate.net/publication/222142588_Towards_a_multi-objective_optimization_approach_for_improving_energy_efficiency_in_buildings ( датаобращения : 10.11.2020)

R.D. Gupta, S. Ghai, and A. Jain, Energy Efficiency Improvement Strategies for Industrial Boilers: A Case Study, 1(1), 52–56 (2011).

[Электронный ресурс] URL: https://www.researchgate.net/publication/259268333_Energy_Efficiency_Improvement_Strategies_for_Industrial_Boilers_A_Case_Study ( дата обращения : 10.11.2020)

Код для цитирования: Скопировать