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 котлоагрегатов. 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. 4-2а и 4-26 в качестве примера приве­дена суточная ведомость работы котла ДКВР-10-13, оборудо­ванного подовыми щелевыми горелками, при работе на при­родном газе.

Инженерно-технический персонал, отвечающий за эксплуа­тацию оборудования (начальник котельного цеха, старший ма­стер или мастер), ежедневно просматривают 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 Хрбрабатываются 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 °/о, 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 пароперегревателя 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 приборов наблюдается сниже­ние температуры воды после экономайзера и повышение темпе­ратуры продуктов горения перед дымососом против обычно на­блюдаемых значений. Причиной этого может быть появление неплотностей 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 R0₂ и Ог 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. 1 Показатели, характеризующие работу котлоагрегата за де­каду или месяц, обрабатываются по усредненным за этот пе­риод основным параметрам. При сжигании газообразного и жидкого топлива к. п. д. котлоагрегата может определяться по уравнению прямого баланса, а при сжигании твердого топлива

вследствие трудности учета его расхода — по уравнению обрат­ного баланса. Однако определение к. п. д. 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 тепла в отдельности. Определение потерь тепла, а по ним и к. п. д. при сжигании жидкого и газообразного топлива рекомендуется производить по упрощенной методике, разработанной проф. М. Б. Равичем; при сжигании же твердого топлива — по методике, разработан-

ной проф. С. Я. Корницким и развитой в последнее время Л. Я. Пеккером (техника расчетов по этим методикам рассмот­рена в § 10-10).

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

На рис. 4-19 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 тепла от химического недожога 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 модерни-

зацией 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: системати­ческое проведение наладочных режимных испытаний; повыше­ние экономичности работы топочных устройств путем ликвида­ции химического недожога, снижения механического недожога, уменьшения коэффициента избытка воздуха в топке; система­тический надзор за плотностью газового и воздушного тракта; улучшение работы конвективных поверхностей нагрева; сниже­ние сопротивлений газовоздушного тракта; экономичное рас­пределение нагрузки между установленными 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 на к. п. д. 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 гарнитуры, неплотным закрытием мигалок золоуловителей, неудовлетвори­тельным состоянием или конструкцией уплотнений в местах про­хода труб через обмуровку и обшивку, большими зазорами в ме­стах прохода вала через 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. 4-20 показаны конструкции уплотнений отдель­ных узлов котлоагрегата и вспомогательного оборудования.

Улучшение работы конвективных поверхностей нагрева до­стигается правильным расположением перегородок, направляю­щих продукты горения, и их целостью, а также систематиче­ской обдувкой и очисткой наружных и внутренних поверхностей труб. В качестве примера на рис. 4-21 показано влияние загряз­нений наружной поверхности нагрева на экономичность энерге­тического котла при сжигании мазута по данным испытаний. Влияние внутренних загрязнений за счет образования накипи на перерасход топлива показано на рис. 4-22.

тел № 1 вырабатывает количество пара D_u то котел № 2 будет его вырабатывать D—D₁. Тогда зависимости расхода топлива на котлы № 1 и № 2 могут быть представлены в m\A&B\—f\(D\)

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

B = B₁ + B₂ = f₁(D₁) + f₂ (D-D₁). (⁴-⁵)

Суммарный расход топлива на котлы будет наименьшим,

если первую производную, взятую по нагрузке любого из кот-

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 во­просу не уделяется должного внимания. Наивыгодное распре­деление общей нагрузки между котельными агрегатами наи­более эффективно производить методом равенства относитель­ных приростов топлива.

Метод равенства относительных приростов топлива заклю­чается в следующем. На основании испытаний установленных котлов имеется зависимость т) =f(D) для каждого котла. Поль­зуясь этими зависимостями, можно построить зависимости рас­хода топлива от нагрузки, т. е. Bx—fi(Di), B₂=f₂(D₂) и т. д. Если общая нагрузка котельной составляет D и, например, ко-

лов, приравнять к нулю. Этого условия достаточно, так как кривая зависимости расхода топлива от нагрузки всегда вогнутая В результате дифференцирования уравнения (4-5) после преобразований получим

(4-6)

Уравнение (4-6) 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 B₁ = f₁(D₁) и B₂=f₂(D₂) для опти­мального распределения нагрузки между котлами должны быть равны при одинаковых нагрузках. Производные в уравнении (4-6) можно заменить отношениями приращений расхода топ­лива к приращению нагрузки соответствующего котла. Тогда условие минимального суммарного расхода топлива примет вид

(4-7)

Отношение прироста топлива (∆В) к приросту нагрузки (∆D) называют относительным приростом расхода топлива. Сле­довательно, уравнение (4-7) 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 № l и № 2, имеющими номинальную производительность 10 т/ч каждый. В верхней части рис. 4-23 показаны зависимости —

= f(D) для рассматриваемых котлов. На основании этих дан­ных в нижней части рис. 4-22 построены зависимости расхода условного топлива от нагрузки для каждого котла. Из этих за­висимостей графически можно определить для каждого котла изменение расхода топлива АВ при соответствующем изменении производительности котла АД а затем и относительный прирост топлива. Результаты определения указанных величин сводятся в таблицу. Для рассматриваемого примера данные приведены в табл. 4-3, и по ним построена зависимость относительного при­роста топлива. от нагрузки каждого котла (рис. 4-24). Поль­зуясь зависимостями на рис. 4-23, составляют таблицу наивы­годного распределения нагрузок между котлами (табл. 4-4). Для составления этой таблицы графически определяют на­грузку каждого из котлов при условии равенства относитель­ных приростов. Для этого рассекают кривые на рис. 4-23 ли­ниями, параллельными оси абсцисс, и определяют производи­тельность каждого котла при соответствующем одинаковом

относительном приросте топлива (штриховые линии со стрел­ками). Данные табл. 4-4 удобнее всего представить графически, как это показано на рис. 4-25.

Зная суммарную нагрузку котельной, эксплуатационный пер­сонал легко определит по кривым на рис. 4-24, какую нагрузку надо задать каждому котлу (штриховые линии со стрелками).

Методика выбора наиболее выгодного распределения на­грузки между любым числом работающих котлов аналогична рассмотренной для двух агрегатов. Если зависимости для уста­новленных котлов B = f(D) одинаковы, то суммарную нагрузку между ними следует распределять поровну. Аналогично посту­пают при распределении нагрузки между котлоагрегатами, имеющими эквидистантные зависимости В — f(D). Кроме метода равенства относительных приростов, при распределении на- 125

грузки между котлами применяются методы поддержания наи­большего к. п. д. и метод загрузки котлоагрегатов пропорцио­нально их номинальной производительности

Метод поддержания наибольшего к. п. д. 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] = f(D). Кроме того, характер кривых в разных диапазонах произ­водительности различен. Одни котлы могут иметь пологую кривую ц =f{D), другие крутопадающую, как, напри­мер, кривая Tii (D) на рис. 4-23. Таким образом, наиболее пра­вильно распределять нагрузку между котлами, пользуясь мето­дом относительных приростов топлива.

Решая вопросы об оптимальном распределении нагрузки между котлами, следует учитывать технические возможности котлоагрегатов, 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. 4-5 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 перерас-

ходу топлива. Однако на практике поддержанию номинальных параметров в промышленно-отопительных котельных не уделя­ется должного внимания. Работа паровых котлов с понижен­ным давлением приводит к снижению к. п. д. из-за необходи­мости снижения температуры воды после водяного экономай­зера во избежание 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 тепла 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 %.

ГЛАВА ПЯТАЯ