Способы повышения кпд котельного агрегата

Факторы, влияющие на повышение КПД паровой котельной. Методы повышения эффективности котла

Коэффициент Полезного Действия (КПД) – показатель эффективности системы при преобразовании одного вида энергии в другой и передачи этой энергии на расстояние. Термин «система», в нашем случае, означает комплекс оборудования для пароснабжения предприятия (паровая котельная + пароконденсатная система предприятия).

В таблице 1 перечислим факторы, влияющие на эффективность пароснабжения промышленных предприятий в части теплотехники. Но при этом надо понимать, что в топливных котельных существуют значительные затраты на электроэнергию (насосы, вентиляторы) которую так же необходимо принимать в расчёт при определении общего КПД системы.

Таблица 1. Факторы, влияющие на КПД системы пароснабжения предприятия

Фактор

Примечание

1.

Конструкция котла

Данные по КПД котла предоставляет производитель.

Производитель предоставляет данные по КПД, замеренные в идеальных условиях при установившемся режиме горения, определённой температуре питательной воды, без учёта продувок. На производстве, обычно, условия несколько различаются с идеальными.

Вносить самостоятельные изменения в конструкцию котла – категорически недопустимо. Для лучшей эффективности работы котла необходимо следовать рекомендациям завода-производителя.

2.

Температура дымовых газов (наличие экономайзера)

КПД современных паровых котлов достигает 93%. При этом температура дымовых газов составляет

Способы повышения КПД:

Рекомендуется установить экономайзер, который будет нагревать воду за счёт охлаждения дымовых газов. В зависимости от условий на производстве можно нагревать питательную воду, воду для ГВС на предприятии, воду для какого-нибудь технологического процесса. При использовании экономайзера КПД котлоагрегата можно повысить до 99%.

3.

Горелка котла

1. В задачу горелочного устройства входит приготовление качественной топливной смеси (топливо-воздух) и качественное распыление топлива в топке котла. Для высокого КПД нужна качественная и надёжная горелка.

2. Горелки бывают ступенчатыми и модулируемыми. При применении ступенчатой горелки происходит более частые включения-отключения котла, а перед каждым вкл.-выкл. необходимо вентилирование топки котла – нагретые дымовые газы «вылетают в трубу», что так же снижает КПД системы. Модулируемая горелка способна работать в режиме 15…100% производительности котла, что может значительно снизить количество вкл.-выкл.

4.

График паропотребления

Влияние графика паропотребления на КПД зависит от применяемой горелки (смотри п.2). Если расход пара постоянен и ступенчатая горелка постоянно работает – КПД будет максимальным. При часто меняющемся потреблении пара рекомендуется использовать модулируемую горелку.

5.

Температура питательной воды

Чем ниже температура питательной воды, тем выше температурный напор и эффективней идёт процесс теплообмена – выше КПД котла, но БОЛЬШЕ РАСХОД ТОПЛИВА.

Этот тот момент, когда КПД надо пренебречь, потому как нагретая питательная вода хоть и уменьшает КПД котлоагрегата (не путать с КПД системы – он увеличивается), но тепла для догрева воды до рабочей температуры надо меньше, соответственно расход топлива уменьшается.

Способы увеличения температуры питательной воды:

1. Увеличить температуру питательной воды можно за счёт её нагрева от другого технологического процесса через теплообменник;

2. Применить экономайзер (смотри п.2);

3. Организовать возврат конденсата на производстве (смотри п.10).

6.

Качество питательной воды (метод водоподготовки)

Показатели, характеризующие качество питательной воды: жёсткость, щёлочность, общее солесодержание (TDS), содержание кремния, водородный показатель (pH), содержание коррозионных газов, взвешенные вещества.

Содержание (или концентрация) каждого из этих показателей должно находиться в определённых пределах. Для улучшения качества воды устанавливают водоподготовку. В зависимости от метода водоподготовки в воде так же могут содержаться вредные примеси, которые удаляются из котла методом периодической и непрерывной продувки. Т.о. чем больше в котле вредных примесей – тем чаще продувка, а вместе с вредными примесями сливается нагретая котловая вода – тепло улетает в трубу.

7.

Тип деаэрации

1. Термическая деаэрация. Подразумевает расход пара (тепла) на собственные нужды котельной;

2. Химическая деаэрация. Наиболее распространённым реагентом, применяемым в качестве химической деаэрации, является сульфит натрия (Na?SO?), при взаимодействии с растворённым кислородом в питательной воде, образует сульфат натрия (Na?SO?), который накапливается и повышает солесодержание в котле. Результат — увеличенное число продувок – тепло улетает в трубу.

Способы повышения КПД:

1. При термической деаэрации необходимо максимально теплоизолировать оборудование и трубопроводы системы деаэрации;

2. В химической деаэрации, я бы рассмотрел другие типы безопасных реагентов. Например, на основе диэтилгидроксиламин (DEHA), который не увеличивает солесодержания и обладает пассивирующими свойствами.

ВНИМАНИЕ. При смене реагента необходима консультация специалиста!

8.

Качество топлива

(наличие сажи в топке котла)

В первую очередь качество топлива влияет на состояние элементов горелки котла (форсунки, клапаны, топливный насос и т.д.), которая отвечает за качество сжигания топлива, которое напрямую влияет на потребление топлива.

Во-вторых, какое бы качественное топливо ни было, всегда образуется сажа, которая существенно снижает теплопередачу в котле. При использовании некачественного топлива количество сажи может быть увеличен в разы.

Способы повышения КПД:

1. Отслеживайте качество топлива. Особенно это относиться к ДТ и мазуту.

2. Периодические осмотры оборудования и качественный сервис обеспечит чистоту котловых труб и высокое КПД.

9.

Теплоизоляция оборудования котельной и пароконденсатной системы

В котельной и на всём протяжении пароконденсатной системы предприятия может находиться большое количество не теплоизолированного оборудования (теплообменники, задвижки, регулируемая арматура, конденсатоотводчики и т.д.). Открытые горячие поверхности приводят в значительным теплопотерям, что приводит к снижению КПД всей системы.

Способы повышения КПД:

Теплоизолируйте все нагреваемые поверхности.

В настоящий момент существует большой выбор теплоизолирующих кожухов для разного вида вышеперечисленного оборудования.

10.

Удалённость паропотребителя

При транспортировке пара на большие расстояния до потребителя возникают значительные потери тепла, пар конденсируется в паропроводе, возникают проблемы с отводом конденсата.

Способы повышения КПД:

Рекомендую рассмотреть вопрос об отказе от централизованного пароснабжения и организовать индивидуальное пароснабжение — устанавливать парогенераторы непосредственно у паропотребителя. В соответствии с СП89.13330.2016 (Пункт 8.23), паровые котлы BOOSTER разрешается устанавливать в производственных помещениях.

11.

Качество водоподготовки (наличие отложений в пароводяном тракте котла)

Режим работы любой водоподготовки зависит от настроек продолжительности рабочего режима и режима восстановления. Качество любой воды (водопровод, скважина и т.д.) может меняться в значительных пределах. Был реальный случай, когда по непонятным причинам в паровом котле, работающим на водопроводной воде, стали появляться отложения, несмотря на наличие правильно настроенной водоподготовки. Результат исследований показал, что у поставщика воды произошла авария и жёсткость воды увеличилась в 7 раз.

Способы повышения КПД:

1. В первую очередь необходимо, в соответствии с инструкцией на паровые котлы, контролировать качество воды — периодически брать химанализы питательной и котловой воды.

2. Необходимо постоянно контролировать состояние поверхностей пароводяного тракта.

3. Необходимо следить за правильной работой датчиков автоматической аварийной системы парового котла. При появлении отложений, датчиком температуры тела котла или дымовых газов должно быть зафиксирована повышенная температура. При повышении температуры до критического значения – котёл должен автоматически отключаться.

12.

Возврат конденсата

Конденсат – это вода, прошедшая водоподготовку и содержащая неиспользованную теплоту. Т.е. при возврате конденсата вы экономите на водоподготовке и на топливе для нагрева холодной питательной воды. Например, для нагрева 1 тонны воды с 5 до 80 ºС необходимо 74000 ккал – это

8 м³ природного газа или

8 литров дизельного топлива.

13.

Тип непрерывной продувки

Существует два основных вида автоматической верхней продувки парового котла: продувка по времени и продувка по солесодержанию. Продувка по времени программируется на основании ранее сделанных химических анализов котловой воды и производиться через равный промежуток времени. Продувка по солесодержанию зависит от степени солесодержания котловой воды на данный момент времени и проводит продувку в нужный момент, снижая концентрацию солей в котловой воде на тот уровень, который необходим. Продувка по солесодержанию – качественней и точней!

14.

Утилизация теплоты от продувок

Продувка – это слив нагретой котловой воды, сопровождается потерей тепла. В зависимости от объёма продувок необходимо рассчитать и рассмотреть возможность и целесообразность применения системы утилизации тепла от продувок.

15.

Воздух для горения

Повышение температуры воздуха, направляемого на горение, увеличивает КПД котла. Например, в котлах BOOSTER горелка и котёл представляют собой моноблочную конструкцию и забор воздуха для горения происходит через наружные нагреваемые поверхности котла, что позволяет охлаждать корпус и нагревать воздух, направляемый на горение.

16.

Состояние системы автоматического управления котлом.

Большинство современных котлов оснащаются системой автоматики с помощью которой фиксируются температуры поверхностей и дымовых газов котла, выдавая информацию на пульт управления. При критическом превышении параметров система аварийной автоматики выдаёт сигнал на аварийное отключение котла. Необходимо, следить за исправностью системы автоматики и в случае превышения определённых параметров находить причину повлёкшую такое изменение. Возможные причины превышения температур: отложения солей жёсткости в пароводяном тракте котла, неправильная работа горелки, отложения сажи в газоходе котла, неисправность системы автоматики.

17.

Состояние пароконденсатной системы предприятия.

Правильно спроектированная и смонтированная пароконденсатная система – залог эффективного использования тепловой энергии. Здесь можно посмотреть общие рекомендации по организации пароконденсатной системы на предприятии.

Дополнительно настоятельно рекомендуется обеспечить постоянный надзор за исправностью конденсатоотводчиков на паропотребляющем оборудовании, т.к. большой процент потерь тепла происходит по причине неправильной работы этого оборудования.

18.

Своевременное сервисное обслуживание котельной и элементов пароконденсатной системы.

Данный пункт – это повторение большинства вышеперечисленных рекомендаций, призывающих проводить своевременные осмотры состояния оборудования и его сервисное обслуживание.

Здесь можно ознакомиться с рекомендациями по разработке системы планово-предупредительных ремонтов котельного оборудования и пароконденсатной системы.

В сегодняшних реалиях, одним из действительно эффективных методов повышения энергоэффективности крупных предприятий является отказ от централизованного пароснабжения и установкой парогенераторов непосредственно у паропотребляющего оборудования. Все плюсы и минусы организации индивидуального пароснабжения рассмотрим здесь.

Источник

Повышаем эффективность (КПД) твердотопливного котла

Отопительная техника, работающая на твердом топливе, представлена сегодня целой группой аппаратов. Каждый твердотопливный котел, выпускаемый сегодня отечественными и зарубежными компаниями-производителями – это совершенно новые, высокотехнологичные нагревательные приборы. Благодаря внедрению в конструкцию отопительных приборов технических новшеств и оснащения устройствами автоматического контроля, удалось значительно повысить КПД, оптимизировать работу твердотопливных котлов.

В нагревательных приборах этого вида используется традиционный принцип действия, аналогичный хорошо знакомому для нас варианту печного отопления. Основное действие обусловлено процессом генерации тепловой энергии выделяемой при сгорании в топке котла угля, кокса, дров и других топливных ресурсов с последующей передачей тепла теплоносителю.

Как и другие устройства, обеспечивающие выработку, передачу энергии, котельное оборудование имеет свой коэффициент полезного действия. Рассмотрим более детально, что собой представляет КПД агрегатов, работающих на твердом топливе. Постараемся найти ответы на вопросы, связанные с этими параметрами.

Что такое КПД отопительных приборов

Для любого нагревательного агрегата, в задачу которого входит обогрев внутреннего пространства жилых зданий и сооружений различного назначения, важным компонентом была, есть и остается эффективность работы. Параметром, определяющим эффективность твердотопливных котлов, является коэффициент полезного действия. КПД показывает отношение затраченной тепловой энергии, выдаваемой котлом в процессе горения твердого топлива к полезному теплу, которым снабжается вся система отопления.

Выражается это соотношение в процентах. Чем лучше работает котел, тем выше проценты. Среди современных твердотопливных котлов есть модели с высоким КПД, высокотехнологичные, эффективные и экономичные агрегаты.

Для справки: в качестве грубого примера, следует оценить тепловой эффект, получаемый при сидении возле костра. Выделяемая при горении дров тепловая энергия способна обогреть ограниченное вокруг костра пространство и предметы. Большая часть тепла от горящего костра (до 50-60%) уходит в атмосферу, ни давая никакой пользы, кроме эстетического содержания, в то время как соседние предметы и воздух получают ограниченное количество килокалорий. Коэффициент полезного действия у костра минимальный.

Коэффициент полезного действия отопительной техники сильно зависит от того, какой вид топлива используется и каковы конструктивные особенности устройства.

*
К примеру: при горении угля, дров или пеллет выделяется разного количество тепловой энергии. Во многом КПД зависит от технологии сжигания топлива в камере сгорания и типа системы отопления. Другими словами, каждый вид нагревательных приборов (традиционные котлы на твердом топливе, агрегаты длительного горения, пеллетные котлы и аппараты, работающие за счет пиролиза), обладает своими технологическими особенностями конструкции, влияющие на параметры КПД.

Отражаются на эффективности котлов так же условия эксплуатации и качество вентиляции. Слабая вентиляция становится причиной нехватки воздуха, необходимого для высокой интенсивности процесса сжигания топливной массы. От состояния дымохода зависит не только уровень комфорта во внутренних помещениях, но и КПД обогревательной техники, работоспособность всей системы отопления.

Сопроводительная документация на отопительный котел должна иметь заявленный производителем КПД оборудования. Соответствие реальных показателей заявленной информации достигается за счет правильного монтажа аппарата, обвязкой и последующей эксплуатацией.

Правила эксплуатации котельных устройств, соблюдение которых оказывает влияние на величину КПД

Любой вид отопительного агрегата имеет свои параметры оптимальной нагрузки, которая должна быть максимально полезной, с технологической и экономической точки зрения. Процесс эксплуатации твердотопливных котлов построен таким образом, что большую часть времени техника работает в оптимальном режиме. Обеспечить такую работу позволяет соблюдение правил эксплуатации отопительного оборудования, работающего на твердом топливе. В данном случае необходимо придерживаться и следовать следующим пунктам:

• необходимо соблюдать приемлемые режимы дутья и работы вытяжки;
• постоянный контроль над интенсивностью горения и полноты сгорания топлива;
• контролировать величину уноса и провала;
• оценка состояния нагреваемых в процессе горения топлива поверхностей;
• регулярная чистка котла.

Перечисленные пункты являются тем необходимым минимумом, которого нужно придерживаться во время эксплуатации котельного оборудования в отопительный сезон. Соблюдение простых и понятных правил позволит получить заявленный в характеристиках КПД автономного котла, улучшить работу твердотопливного котла.

Можно сказать о том, что каждая мелочь, каждый элемент конструкции нагревательного прибора сказывается на величине коэффициента полезного действия. Правильно сконструированный дымоход, система вентиляции обеспечивают оптимальный приток воздуха в топочную камеру, что существенно отражается на качестве горения топливного продукта. Работа вентиляции оценивается величиной коэффициента избытка воздуха. Чрезмерное увеличение объема поступающего воздуха приводит к перерасходу топлива. Тепло интенсивнее уходит через трубу вместе с продуктами горения. При уменьшении коэффициента работа котлов существенно ухудшается, высока вероятность возникновения в топке зон, ограниченных кислородом. При такой ситуации в топке начинает образовываться и скапливаться в больших количествах сажа.

Интенсивность и качество горения в твердотопливных котлах требуют постоянного контроля. Загрузка топочной камеры должна выполняться равномерно, не допуская очаговых возгораний.

На заметку: уголь или дрова равномерно распределяются по колосникам или по решетке. Горение должно проходить по всей поверхности слоя. Равномерно распределенное топливо быстро подсыхает и горит по всей поверхности, гарантируя полное выгорание твердых компонентов топливной массы до летучих продуктов горения. Если вы правильно заложили топливо в топку, пламя пи работе котлов будет ярко желтого, соломенного цвета.

Во время горения важно не допускать провалов топливного ресурса, иначе придется столкнуться с существенным механическими потерями (недожог) топлива. Если не контролировать положения топлива в топке, упавшие в зольный ящик крупные фрагменты угля или дров могут привести к несанкционированному возгоранию остатков продуктов топливной массы.

Сажа и смола, скопившаяся на поверхности теплообменника, уменьшают степень нагрева теплообменника. В результате всех перечисленных нарушений условий эксплуатации уменьшается полезный объем тепловой энергии, необходимой для нормальной работы системы отопления. Как следствие, можно говорить о резком снижении КПД отопительных котлов.

Факторы, от которых зависит КПД котлов

Котлы с высоким значением КПД на сегодняшний день представлены следующей отопительной техникой:

• агрегаты, работающие на угле и на другом твердом ископаемом топливе;
• пеллетные котлы;
• аппараты пиролизного типа.

КПД нагревательных приборов, в топку которых идет антрацит, каменный уголь и торфяные брикеты, составляет в среднем 70-80%. Значительно больший коэффициент полезного действия у пеллетных устройств – до 85%. Загружаемые гранулами, нагревательные котлы этого типа отличаются высокой эффективностью, выдаваемые во время горения топлива огромное количество тепловой энергии.

На заметку: одной загрузки вполне достаточно для работы аппарата на оптимальных режимах до 12-14 часов.

Абсолютный лидер среди твердотопливного отопительного оборудования – пиролизный котел. В этих приборах используется дрова или отходы древесины. КПД такой техники сегодня составляет 85% и более. Агрегаты так же относятся к высокоэффективным устройствам длительного горения, но при соблюдении необходимого условия — влажность топлива не должна превышать 20%.

Немаловажным для значения коэффициента полезного действия является тип материала, из которого изготовлен отопительный прибор. Сегодня на рынке представлены модели твердотопливных котлов, выполненных из стали и из чугуна.

Для справки: К первым относятся стальные изделия. Для снижения рыночной стоимости агрегата, компании – производители используют основные элементы конструкции, выполненные из стали. Например, теплообменник изготавливается из высокопрочной жароустойчивой черной стали толщиной 2-5 мм. Таким же образом изготавливаются нагревательные трубчатые элементы, используемые для нагрева основного контура.

Чем толще сталь, используемая в конструкции, тем выше теплообменные характеристики оборудования. Соответственно растет коэффициент полезного действия.

В аппаратах из стали увеличение КПД достигается за счет установки специальных внутренних перегородок в виде труб – ступеней основного потока и рассекателей дыма. Меры вынужденные и частичные, позволяющие незначительно повысить эффективность основного устройства. Среди моделей стальных твердотопливных котлов редко можно встретить приборы, имеющие КПД выше 75%. Сроки эксплуатации таких изделий составляют 10-15 лет.

Зарубежные компании с целью повышения КПД стальных отопительных котлов используют в своих моделях процесс нижнего сжигания, с 2-мя или с 3-мя тяговыми потоками. В конструкции изделий предусмотрена установка трубчатых нагревательных элементов для улучшения теплообмена. Подобная техника имеет КПД в пределах 75-80%, и прослужить может дольше, в 1,5 раза.

В отличие от стальных агрегатов, большей эффективностью обладают чугунные твердотопливные аппараты.

В конструкции чугунных агрегатов используются теплообменники, изготовленные из чугунного сплава особой марки, обладающего высокой теплоотдачей. Такие котлы чаще всего используются для открытых отопительных систем отопления. Изделия дополнительно оснащаются колосниками, благодаря которым осуществляется интенсивный отбор тепловой энергии непосредственно от горящего топлива, размещенного на колосниках.

КПД у таких нагревательных приборов составляет 80%. Следует учитывать огромные по времени сроки эксплуатации чугунных котлов. Срок работоспособности у подобной техники составляет 30-40 лет.

Как повысит эффективность отопительной техники, работающей на твердом топливе

Сегодня многие потребители, имея в своем распоряжении твердотопливный котел, стараются найти наиболее удобный и практичный способ как повысить КПД отопительного оборудования. Технологичные параметры нагревательных приборов, заложенные производителем, со временем теряют свои номинальные значения, поэтому для повышения эффективности котельного техники изыскиваются различные способы и средства.

Рассмотрим один из наиболее эффектных вариантов, установка дополнительного теплообменника. В задачу новой оснастки входит снятие тепловой энергии с летучих продуктов горения.

На видео можно увидеть, как сделать самостоятельно экономайзер (теплообменник)

Для этого нам предварительно необходимо узнать какова температура дыма на выходе. Изменить ее можно при помощи мультиметра, который помещается непосредственно в середину дымохода. Данные о том, сколько можно получить дополнительного тепла от улетучивающихся продуктов горения необходимы для расчета площади дополнительного теплообменника. Делаем следующие действия:

• отправляем в топку дрова определенного количества;
• засекаем за сколько времени прогорит определенное количество дров.

К примеру: дрова, в количестве 14.2 кг. горят 3,5 часа. Температура дыма на выходе из котла составляет 460 0 С.

За 1 час у нас сгорело: 14,2/3,5 = 4,05 кг. дров.

Для расчета количества дыма используем общепринятое значение — 1 кг. дров = 5,7 кг. дымовых газов. Далее умножаем количество сгоревших за один час дров на количество дыма, получаемое при сгорании 1 кг. дров. В итоге: 4,05 х 5,7 = 23,08 кг. летучих продуктов горения. Эта цифра и станет отправной точкой для последующих расчетов количества тепловой энергии, которую можно использовать дополнительно для нагрева второго теплообменника.

Зная значение теплоемкости летучих горячих газов, как 1,1 кДж/кг., делаем дальнейший расчет мощности теплового потока, если мы хотим снизить температуру дыма с 460 0 С до 160 градусов.

Q = 23,08 х 1,1 (460-160) = 8124 кДж тепловой энергии.

В итоге получаем точное значение дополнительной мощности, которую обеспечивают летучие продукты горения: q = 8124/3600 = 2,25 кВт, цифра большая, которая может оказать существенное влияние на повышение эффективности отопительного оборудования. Зная о том, сколько энергии уходит впустую, желание оснастить котел дополнительным теплообменником вполне оправдано. За счет притока дополнительной тепловой энергии для работы по нагреву теплоносителя, повышается не только эффективность всей системы отопления, но и сам КПД отопительного агрегата растет.

Выводы

Несмотря на обилие моделей современной отопительной техники, твердотопливные котлы продолжают оставаться одним из эффективных и доступных видом нагревательного оборудования. В сравнении с электрическими котлами, которые имеют КПД до 90%, агрегаты на твердом топливе обладают высоким экономическим эффектом. Увеличение коэффициента полезного действия на новых моделях, позволило этому виду котельного оборудования вплотную приблизиться к электрическим и газовым котлам.

Современные аппараты на твердом топливе способны не только работать длительное время, используя доступное по цене природные топливные ресурсы, но и обладают высокими эксплуатационными характеристиками.

Источник