Как повысить эффективность работы котельной

Оборудование для инженерных сетей

При современном строительстве в проекты котельных закладывают прогрессивные решения, которые позволяют значительно повысить эффективность работы оборудования и котельной в целом. Однако не всегда у предприятий есть финансовые средства для постройки новых котельных взамен уже существующих.

Техническое состояние

Показатели работы котлоагрегата скла- дываются из показателей работы его отдельных составляющих, таких как горелочные устройства, поверхности нагрева, экономайзер, воздухоподогреватели, тягодутьевые машины и другие устройства. Немалую роль играют средства автоматизации, системы контроля и учета.

Технологическое оборудование систем теплоснабжения предприятий и ЖКХ России, по оценкам экспертов, изношено на 40-60%, контрольно измерительные приборы и автоматика почти на 100%.

Большинство котельных работают по режимным картам, в которых расход пода ваемого на горение воздуха не зависит от изменения характеристик топлива и состояния оборудования. Многие наладочные организации умышленно завышают количество воздуха, необходимое для горения, в целях предотвращения химического недожога.

Котлы нередко работают с ручным регулированием подачи топлива и воздуха. Контроль процесса горения топлива в котлах осуществляется оператором визуально по факелу пламени, в результате чего расход воздуха может увеличиться еще больше. Персонал котельной недостаточно осведомлен о возможностях экономного сжигания топлива, и зачастую режим работы котельной не является оптимальным.

Кроме того, отсутствие контроля герметичности топки и дымоходов приводит к увеличению производительности дымососа из-за «присосов» воздуха из котельной. Все это приводит к перерасходу топлива и повышенному выбросу загрязняющих веществ в атмосферу. Модернизация существующего оборудования может значительно улучшить энергетические, экономические, а также экологические показатели работы при производстве тепловой энергии.

Энергосберегающие мероприятия

При производстве тепловой энергии потери неизбежны. Тепло, теряемое: с уходящими газами, от химического или механического недожога топлива, в окружающую среду через ограждения котла, с физической теплотой удаляемых из топки золы и шлаков, снижает КПД установки.

При разработке плана по повышению эффективности оборудования, как правило, оценивают потенциал энергосбережения, т. е. максимальные потери топлива, тепловой, механической и электрической энергии на уровне установки, цикла, цеха, завода, которые можно полностью или частично вернуть в энерготехнологический цикл с помощью энергосберегающих мероприятий.

С учетом финансовых возможностей, иных особенностей деятельности предприятия принимаются наиболее целесообразные, практически значимые энергосберегающие мероприятия. Разделение мероприятий по энергосбережению производится по их стоимости:

• Беззатратные рекомендации, организационно-технические. К ним относится соблюдение режимов эксплуатации; своевременное техническое обслуживание; составление руководства и режимных карт. Соблюдение данных рекомендаций позволит сэкономить 5-10% потребляемого топлива в год.

• Низкозатратные рекомендации. Установка более эффективного оборудования; поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха (1-3% годовой экономии при регулировании вручную, 5-15% с автоматикой и газоанализаторами); установка систем учета расходов топлива, электроэнергии, воды и отпуска тепла (до 20% годовой экономии) и прочее.

• Высокозатратные рекомендации требуют дополнительных инвестиций, как правило, с привлечением заемных средств.

К ним относится замена устаревших производственных мощностей и энергетических установок; внедрение современной техники; рекуперация теплоты, перевод котельных на газовое топливо (в 2-3 раза снижается стоимость 1 Гкал) и прочее.

Для оценки экономического эффекта достаточно использовать простой срок окупаемости. Целесообразно максимально применить возможности повышения эффективности предприятия без и низкозатратными методами, имеющими малые сроки окупаемости.

Одним из низкозатратных методов повышения экономичности сжигания топлива является уменьшение потерь тепла с уходящими газами. Эти потери зависят: от температуры дымовых газов и воздуха, используемого для горения; содержания остаточного кислорода (02) в дымовых газах; от соотношения объемов топлива и воздуха, подаваемых на горение, т. е. от коэффициента избытка воздуха.

Минимизация потерь с уходящими газами связана с уменьшением коэффициента избытка воздуха, идущего на горение. Но при малых значениях воздуха процесс горения может идти с недожогом топлива, также при длительной работе на предельно низких значениях коэффициента избытка воздуха не исключена вероятность взрыва. Для безопасной, экономичной работы котлоагрегата и для предотвращения недожога необходим инструментальный контроль состава дымовых газов.

Важной составляющей, влияющей на экономичность работы котлоагрегата, является величина потерь электроэнергии двигателями вентиляторов и дымососов. Проектная производительность этих машин и, соответственно, мощность электродвигателей выбираются из расчета максимально возможной тепловой мощности котла. Потребляемая мощность котла значительно меньше, чем расчетная. Поэтому регулирование его обычно осуществляют с помощью заслонок, что не экономично, так как значительная часть энергии расходуется на преодоление сопротивления заслонки.

Альтернативным является способ регулирования производительности при полностью открытой заслонке изменением скорости вращения электродвигателя, питающегося от преобразователя частоты (ЧРП). Использование частотного привода для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов и дымососов сэкономит до 30% от потребляемой ими электроэнергии.

Автоматизация управления работой котельной обеспечит до 30% годовой экономии, а также повысит надежность и безопасность.

Зона оптимальной работы

Для составления графических характеристик были рассмотрены режимные карты более 50 водогрейных и паровых котлов, работающих на газе и мазуте. Представленные на рис.1 и рис. 2 зависимости получены по результатам наладочных работ на паровом котле ДКВР-6,5/13. Обозначения на рисунках: (А) — котел с автоматической коррекцией работы; (К) — котел, работающий по режимной карте после наладки; (Ф) котел после длительной эксплуатации без наладки.

На рис. 1 показаны зависимости содержания основных компонентов дымовых газов (О2, СО₂, СО, NO₂) и КПД (п) от коэффициента избытка воздуха (с) при определенной нагрузке котлоагрегата.

На рис. 2 приведены графики зависимостей: содержания кислорода в дымовых газах (02); электрической мощности, потребляемой из сети вентилятором и дымососом (Рэл); температуры дымовых газов (Тдг) от нагрузки котла (например, расхода пара Опара) для различных систем автоматики котла и вариантов их настройки.

Из приведенных кривых видно, что уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует снижению содержания кислорода, повышению КПД и, как следствие, снижению температуры дымовых газов и потребления электроэнергии вентилятором и дымососом.

Одновременно с этим уменьшается выход вредных окислов азота (NOx), т. е. улучшается экологическая обстановка. Появление химического недожога (СО) на уровне 100-300 ррт определяет границу допустимого воздействия на уменьшение подачи воздуха.

Эта граница является гибкой и зависит от многих факторов: нагрузки котла, характеристик горелочных устройств, теплоты сгорания топлива, температуры подаваемого воздуха и топлива, состояния оборудования и других эксплуатационных факторов. Поэтому работа в зоне (А), выделенной на рис. 1 желтым цветом, может быть обеспечена только автоматической коррекцией работы горелочных устройств.

Практическая реализация

Совместными усилиями СПбГАСУ, АО НПФ «Уран-СПб», ОАО «Техприбор» на котельной завода был реализован комплекс мероприятий по повышению эффективности.

На котел установили анализаторы кислорода с датчиками температуры дымовых газов и воздуха, которые позволили контролировать герметичность топочно-дымового тракта и вести технологический процесс в соответствии с режимной картой. Дополнительная установка анализатора оксида углерода после котла позволила использовать новую режимную карту (А), более экономичную по сравнению с существующей.

Для регулирования подачи воздуха на горение установили преобразователи частоты на вентилятор и дымосос, обеспечивающие плавное и точное регулирование производительности этих машин и снижающие потребление электроэнергии.

Автоматическая коррекция подачи воздуха в зависимости от состава дымовых газов и нагрузки котла, реализованная дополнительным регулятором по авторской технологии АО НПФ «УРАН-СПб», обеспечивает качественное и экономичное сжигание топлива.

Для оперативного контроля текущего расхода газа, воды, пара, электроэнергии произведена установка счетчиков, показывающих и регистрирующих приборов.

В результате замены ручных задвижек в газовой схеме электромагнитными клапанами, обеспечивающими вместе с микропроцессорным контроллером автоматический розжиг горелок, повысилась надежность и безопасность работы котлоагрегата.

В заключение приведем экономический эффект (по ценам 2012 года) от реализации системы автоматики с функцией энергосбережения и работы по новой режимной карте (А) котла ДКВР-10/13, длительно работающего без наладки с отклонениями от режимной карты.

О. Н. Новиков, генеральный директор, А. Н. Окатьев, технический директор, Н. А. Антонова, инженер-теплотехник

РФ, Санкт-Петербург, Варшавская ул., д. 5а, лит. Л, оф. 105 https://uranspb.ru