Теплотехническое оборудование

ЭКОНОМИЧНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Одной из основных задач эксплуатации котельных установок является экономия сжигаемого топлива. Для решения этой задачи необходимо систематически анализировать режим работы котель­ной установки и на базе показаний контрольно-измерительных приборов составлять эксплуатационный тепловой баланс котло - агрегатов. Поэтому в котельном цехе необходимо вести суточную ведомость работы агрегатов, а диаграммы регистрирующих при­боров каждые сутки менять и обрабатывать. Обычно запись показаний измерительных приборов производят через каждые 30 мин, а счетчиков, указывающих расход пара, воды, жидкого или газообразного топлива, —через каждый час. В табл. 5-1, а и 5-1, б в качестве примера приведена суточная ведомость работы котла ДКВР-10-13, оборудованного подовыми щелевыми горел­ками, при работе его на природном газе.

Инженерно-технический персонал, отвечающий за эксплу­атацию оборудования (начальник котельного цеха, старший ма­стер или мастер), ежедневно просматривает суточную ведомость работы и вахтенный журнал. Это позволяет выявить отклонение отдельных параметров от оптимальных значений, проанализиро­вать среднесменные показатели, характеризующие экономичность работы и качество обслуживания оборудования персоналом. Основные' показатели работы оборудования обрабатываются за декаду, а затем за месяц с составлением и расшифровкой отдельных статей теплового баланса котельного агрегата.

Рассмотрим на отдельных примерах, как, пользуясь суточной ведомостью работы оборудования и записями в вахтенном жур­нале, можно судить о нарушении режима работы агрегата и отдельных его элементов.

Из суточной ведомости работы котла типа ТП-35, оборудован­ного горелками с принудительной подачей воздуха для сжигания природного газа, видно, что для поддержания нагрузки 35 т/ч приходилось поддерживать давление газа перед горелками на 10—15% ниже, чем обычно. Одновременно с этим содержание С02 в газоходе за пароперегревателем снизилось с 10,5 до 9,5%, низ­шая теплота сгорания газа по данным анализа не изменилась. Давление воздуха перед горелками осталось прежним. В вахтен­ном журнале имеется запись о том, что поддержание давления газа перед горелками для заданной нагрузки в соответствии с режимной картой приводит к увеличению давления пара в бара­бане котла. Такое явление может быть следствием изменения сопротивления газовой части одной из горелок, т. е. увеличения площади сечения газовыпускных отверстий. Это позволяет сде­лать вывод, что прогорела газовая камера горелки.

У котлоагрегата типа ДКВР-10-13 после некоторого времени его непрерывной работы давление перегретого пара оказалось на 0,2—0,3 МПа ниже давления в барабане котла. Такое заметное увеличение сопротивления пароперегревателей может быть только результатом заноса его внутренней поверхности нагрева солями. Необходимо немедленно остановить котел и промыть пароперегрева­тель, а также принять меры к предотвращению заноса его солями.

У котлоагрегата ДКВР-6,5-13 с индивидуальным водяным экономайзером некипящего типа, отключаемым по тракту про­дуктов горения, по показаниям прибора наблюдается снижение температуры воды после экономайзер, а и повышение температуры продуктов горения перед дымососом против обычно наблюдаемых значений. Причиной этого могут быть неплотности в шибере прямого хода обводного газохода экономайзера. При первой остановке котла необходимо проверить шибер прямого хода и отремонтировать его.

Из приведенных примеров ясно, как, анализируя показания контрольно-измерительных приборов и записи в вахтенном жур­нале, можно своевременно выявить неполадки в работе котло­агрегата и его вспомогательного оборудования.

Основными показателями, характеризующими экономичность работы котла на газообразном и жидком топливе, являются: давление и температура перегретого пара, расход пара и питатель­ной воды, содержание И02 и 02 в продуктах горения, температура питательной воды до экономайзера и после него, температура воздуха забираемого вентилятором и температура после воздухо­подогревателя, температура уходящих газов, расход электро­энергии на привод агрегатов собственных нужд. При работе на твердом топливе дополнительно к указанным показателям опре­деляется содержание горючих в шлаке, провале и уносе, а также низшая теплота сгорания топлива.

Показатели, характеризующие работу котлоагрегата за декаду или месяц, обрабатываются по усредненным за этот период основ­ным параметрам. При сжигании газообразного и жидкого топлива КПД котлоагрегата может определяться по уравнению прямого баланса, а при сжигании твердого топлива вследствие трудности учета его расхода — по уравнению обратного баланса. Однако определение КПД котлоагрегата по уравнению прямого баланса даже при сжигании газообразного и жидкого топлива более сложно и менее точно, чем по уравнению обратного баланса. Кроме того, обратный тепловой баланс позволяет выявить каж­дую потерю теплоты в отдельности. Определение потерь теплоты, а по ним и КПД при сжигании жидкого и газообразного топлива рекомендуется производить по упрощенной методике, разрабо­танной проф. М. Б. Равичем; при сжигании же твердого то­плива — по методике, разработанной проф. С. Я. Корницким и развитой в последнее время Л. Я. Пеккером (техника расчетов по этим методикам рассмотрена в § 13-10).

Для оценки отдельных потерь теплоты, полученных в резуль­тате сведения эксплуатационйого баланса, их следует сравнивать с нормируемыми величинами или с опытными данными, получен­ными при испытании аналогичных, хорошо работающих установок.

На рис. 5-17 в качестве примера приведены обобщенные по данным испытаний и исследований показатели экономичности работы различных котлоагрегатов при установке наиболее рас­пространенных газовых горелок. Нагрузка топочного объема во всех опытах не превышала 350 кВт/м3. При этом потеря теплоты от химической неполноты горения отсутствовала. Приведенные показатели могут быть использованы для установления норм удельных расходов топлива и для оценки, уровня эксплуатации котлов соответствующих типов.

Повышение экономичности работы котельного цеха может осуществляться двумя путями: малой и капитальной модерниза­цией оборудования. Малая модернизация оборудования дает меньший эффект, чем капитальная, зато не требует больших затрат и, как правило, может быть осуществлена собственными силами предприятия в короткий срок. Практика показала, что только за счет малой модернизации и повышения культуры экс­плуатации в промышленных и отопительных котельных можно получить до 10—15%-экономии топлива.

К мероприятиям, повышающим культуру эксплуатации, и к мероприятиям малой модернизации относятся: систематические наладочные режимные испытания; повышение экономичности ра­боты топочных устройств путем ликвидации химической и сни­жения механической неполноты горения, уменьшения коэффи­циента избытка воздуха в топке; систематический надзор за плот­ностью газового и воздушного тракта; улучшение работы конвек­тивных поверхностей нагрева; снижение сопротивлений газо­
воздушного тракта; экономичное распределение нагрузки между котлоагрегатами; изоляция горячих поверхностей; внедрение эко­номичных способов регулирования производительности тягодуть­евых машин.

К мероприятиям капитальной модернизации относятся: полная замена котельных агрегатов, замена топочного устройства, уста­новка хвостовых поверхностей нагрева, экранирование топочной камеры, реконструкция или замена оборудования водоподготовки, установка теплофикационных экономайзеров, автоматизация про­цесса горения, автоматизация регулирования температуры пере­грева пара и т. д.

Наладочные режимные испытания позволяют выбрать наи­более экономичные режимы работы оборудования. При обслужи­вании котла в соответствии с режимными картами, как показал опыт эксплуатации, достигается экономия топлива в размере

3—5%.

Существенное влияние КПД котельного агрегата оказывают коэффициент избытка воздуха в топке и присосы воздуха по тракту продуктов горения. Так, например, увеличение коэффи­циента избытка воздуха в топке на 0,1 приводит к перерасходу топлива на 0,7%. Снижение присосов воздуха по газовому тракту котельного агрегата на 0,1 уменьшает расход топлива примерно на 0,5%. Присосы воздуха чаще всего обусловлены: неплотным прилеганием топочной и котельной гарнируты, неплотным закры­тием мигалок золоуловителей, неудовлетворительным состоянием или конструкцией уплотнений в местах прохода труб сквозь об­муровку и обшивку, большими зазорами в местах прохода вала сквозь улитку дымососов, неплотностью в швах при приварке труб к трубным доскам воздухоподогревателей, неудовлетворительной заделкой стальных газоходов в местах сочленения с обмуровкой, неудовлетворительным состоянием прокладок между фланцами экономайзерных труб и т. д. На рис. 5-18 показаны конструкции уплотнений отдельных узлов котлоагрегата и вспомогательного оборудования.

Улучшение работы конвективных поверхностей нагрева дости­гается соответствующим расположением и целостью перегородок, направляющих продукты горения, а также систематической об­дувкой и очисткой наружных и внутренних поверхностей труб. В качестве примера на рис. 5-19 показано влияние загрязнений наружной поверхности нагрева на экономичность энергетического котла при сжигании мазута по данным испытаний. Влияние вну­тренних загрязнений вследствие накипи на перерасход топлива показано на рис. 5-20.

Существенное влияние на суммарный расход топлива котель­ным цехом оказывает распределение общей нагрузки между установленными котлами и выбор числа работающих котлов, необходимого для покрытия заданного графика нагрузок. Опыт эксплуатации промышленных котельных показал, что этому во-

Ва от нагрузки, т. е. Вг = /х (ад, В2 — /2 (ад и т. д. Если общая нагрузка котельной составляет й и, например, котел № 1 вырабатывает количество пара ад то котел № 2 будет его выра­батывать О —ад Тогда зависимости расхода топлива на котлы № 1 и № 2 могут быть представлены в виде Вх = /х и В% —

— /а Ф — ЗД •

Суммарный расход топлива на оба котла (в кг/ч)

В = ^ = / (ад + /2 (£> - ад. (5-1)

Суммарный расход топлива на котлы будет наименьшим, если первую производную, взятую по нагрузке любого из котлов, приравнять к нулю. Этого условия достаточно, так как кривая зависимости расхода топлива от нагрузки всегда вогнутая. В ре­зультате дифференцирования уравнения (5-1) после преобразова­ний получим

ЕЮг ~ <Юг ’ >

Уравнение (5-2) показывает, что минимальный суммарный расход топлива котельной будет при условии равенства первых производных, взятых по нагрузке каждого котла. Геометрический смысл этого уравнения заключается в том, что углы наклона касательных к кривым Вх — (Ог) и В2 н /2 (£)2) для оптималь­ного распределения нагрузки между котлами должны быть равны при одинаковых нагрузках. Производные в уравнении (5-2) можно заменить отношениями приращений расхода топлива к прира­щению нагрузки соответствующего котла. Тогда условие мини­мального суммарного расхода топлива примет вид

ЬИг ~ Д£>2 '

Отношение прироста топлива (АВ) к приросту нагрузки (АО) называют относительным приростом расхода топлива. Следова­тельно, уравнение (5-3) показывает, что наивыгодное распре­деление суммарной нагрузки между котлами будет при условии равенства относительных приростов расхода топлива.

Рассмотрим на конкретном примере методику наивыгодного распределения нагрузки между двумя работающими котлами (№ 1 и № 2), имеющими номинальную производительность 10 т/ч каждый. В верхней части рис. 5-21 показаны зависимости г) ==

— / (О) для рассматриваемых котлов. На основании этих данных в нижней части рисунка построены зависимости расхода услов­ного топлива от нагрузки для каждого котла. Из этих зависи­мостей графически можно определить для каждого котла измене­ние расхода топлива А В при соответствующем изменении произ­водительности котла А О, а затем и относительный прирост расхода топлива. Результаты определения указанных величин сводятся в таблицу. Для рзъсматриваемого примера данные приведены в табл. 5-2 и по ним построена засисимость относительного при-

Роста расхода топлива от нагруз­ки каждого котла (рис. 5-22). Пользуясь зависимостями на рис. 5-21, составляют таблицу наивыгодного распределения на­грузок между котлами (табл. 5-3). Для составления этой таблицы графически определяют нагруз­ку каждого из котлов при ус­ловии равенства относительных приростов. Для этого рассека­ют приведенные на рис. 5-21 кривые линиями, параллельны­ми оси абсцисс, и определяют производительность каждого котла при соответствующем оди­наковом относительном прирос­те расхода топлива (штриховые линии со стрелками на рис. 5-22). Данные табл. 5-3 удобнее всего представить графически, как показано на рис. 5-23.

Зная суммарную нагрузку котельной, эксплуатационный пер­сонал легко определит по кривым на рис. 5-22, какую нагрузку надо задать каждому котлу (штриховые линии со стрелками).

Методика выбора наиболее выгодного распределения нагрузки между любым числом работающих котлов аналогична методике, рассмотренной для двух агрегатов. Если зависимости для уста­новленных котлов В = / (£>) одинаковы, то суммарную нагрузку Между ними следует распределять поровну. Аналогично посту­пают при распределении нагрузки между котлоагрегатами, име­ющими эквидистантные зависимости В = / (О). Кроме метода /равенства относительных приростов, при распределении нагрузки между котлами применяются метод поддержания наибольшего' /КПД и метод загрузки котлоагрегатов пропорционально их номи - / нальной производительности.

Метод поддержания наи­большего КПД котлоагрегатов заключается в том, что сначала загружаются наиболее эконо­мичные котлы до их номиналь­ной производительности, а за­тем последовательно — менее экономичные. Метод загрузки котлоагрегатов пропорциональ­но их номинальной произво­дительности заключается в том,

Что общая нагрузка распределяется в соотношении номи­нальных производительностей котлов. При равенстве номи­нальных производительностей котлы загружаются поровну. Од­нако оба этих метода могут давать большие погрешности.

Опыт многочисленных исследований и испытаний показал, что однотипные котлы с равной номинальной производительностью при сжигании одинакового топлива могут иметь и чаще всего имеют различные кривые т) = / (П). Кроме того, характер кривых в разных диапазонах производительности различен. Одни котлы могут иметь пологую кривую т] === / (£)), другие — крутую, как, например, кривая % (И) на рис. 5-21. Таким образом, наиболее правильно распределять нагрузку между котлами, пользуясь методом относительных приростов расхода топлива.

Решая вопросы об оптимальном распределении нагрузки между котлами, следует учитывать технические возможности котлоагре - гатов, а также дополнительный расход топлива на растопку котлов и нахождение их в горячем резерве. Действительно, у котлов с пылеугольными топками минимальная производительность, при которой они могут работать устойчиво, выше, чем у котлов со слоевыми топками. Так, пылеугольные топки устойчиво рабо­тают при нагрузках не менее 50% номинальной, а слоевые — при нагрузках около 10—15% номинальной.

В табл. 5-4 приведены расходы топлива на растопку котлов в зависимости от их поверхности нагрева и времени нахождения котла в резерве. В котельном цехе должен быть составлен график очередности пуска котельных агрегатов и оптимального распре­деления общей нагрузки между работающими котлами.

При эксплуатации промышленных котельных с паровыми и водогрейными котлами недопустимо отклонение параметров пара и воды от номинальных, так как оно приводит к перерасходу топлива. Однако на практике поддержанию номинальных пара­метров в промышленно-отопительных котельных не уделяется должного внимания. Работа паровых котлов с пониженным давлением приводит к снижению КПД из-за необходимости сни­жать температуру воды после водяного экономайзера во избежа-

Ние ее закипания. Кроме того, объем пара при снижении давления заметно возрастает, что приводит к увеличению скорости пара в барабане котла и в сепарационных устройствах, т. е. к повыше­нию влажности пара и к росту его солесодержания.

Отклонение температуры сетевой воды от значений, заданных отопительным графиком, будет приводить к перерасходу теплоты, на отопление или к нарушению комфортных условий в помеще­ниях. Повышение температуры сетевой воды на - 1 К сверх, необ­ходимой по отопительному графику приводит к перерасходу теплоты на 1,5—2,0%.