<<
>>

Котлы

Возможные пути утилизации теплоты котлов были уже рассмотрены в гл. 5. В этом параграфе будут рассмотрены три вопроса, связанные с работой котла и включающие в себя различные пути сохранения энергии:

использование воздухоподогревателей; возврат конденсата;

утилизация теплоты при продувке котла.

Среди них только воздухоподогреватель подробно описан в гл. 7 в связи с применением во многих других установках.

Использование воздухоподогревателей. Был проведен анализ [6.61 влияния вращающегося регенератора для подогрева воздуха, поступающего в зону горения, на работу котла и анализ экономической эффективности установки регенератора. Вращающиеся регенераторы детально рассмотрены в гл. 7. Их применение для котла в качестве подогревателя воздуха показано на рис. 6.13.

Ниже приведены данные по котлу, работающему на жидком топливе и оснащенному экономайзером, температура воды в котором повы-

Вращающийся регенератор фирмы James Howden с горизонтальным , валом для подогрева воздуха в котле

Рис. 6.13. Вращающийся регенератор фирмы James Howden с горизонтальным , валом для подогрева воздуха в котле:

J — подогреватель              і

шается со 150 до 260 °С, и воздухоподогревателем, в котором воздух, поступающий в зону горения, нагревается с температуры наружного воздуха до температуры 70 °С;

Расход пара, кг/с                38

Расход топлива, кг/с              2,5

Количество воздуха для сжигания, кг/с              41

Количество топочного газа, кг/с              43,5

Содержание кислорода в топочнем газе, %              3

Температура наружного воздуха, °С              15,6

Температура уходящих из экономайзера газов, °С ...              450

Высшая (низшая) теплота сгорания топлива, кДж/кг .              .              55              400              (41              400)

Содержание серы в топливе, %              2,5

Стоимость топлива, ф ст/т              24

Стоимость электроэнергии, пенсДкВтч)                0,75

Выбор вращающихся регенераторов может осуществляться потребителем на основе данных, представленных производителем.

Однако может возникнуть необходимость в проведении оптимизационных расчетов с учетом таких факторов, как капитальные затраты, количество утилизированной теплоты и дополнительное сопротивление в газовом тракте в результате установки регенератора. Капитальные затраты должны включать соответствующие затраты на реконструкцию котла, связанную с установкой регенератора.

Решено было выбрать температуру уходящих газов 155° С без учета протечек холодного воздуха, возникающих из-за плохой герметизации воздушного и газового каналов. При этом средняя температура металла составляет 116° С, а температура газа на выходе 140° С. Количество газа и воздуха пересчитано с учетом экономии топлива, которая при вышеуказанной температуре уходящих газов составляет около 3,8%. С учетом вышеизложенного основные исходные данные для проектирования подогревателя следующие:

Количество газа              на              входе, кг/с              41 ,85

Количество воздуха на выходе, кг/с . . . .39,5 Температура газа, °С:

на входе              232

на выходе без учета протечек , , . .135

с учетом протечек              149

Температура воздуха на выходе (по тепловому балансу), °С              157

Как было упомянуто выше, для создания оптимальной установки утилизации теплоты в соответствии с проектными условиями необходимо провести детальный анализ и сопоставление стоимости изготовления и установки оборудования с количеством утилизированной теплоты. Характеристики вращающихся регенераторов фирмы James Howden представлены в табл. 6.1.

Результаты анализа показывают, что в этом случае вращающийся регенератор 18,5 HS700 имеет минимальную общую стоимость, хотя он не самый дешевый с точки зрения капитальных затрат. В текущих расходах учитывается стоимость электроэнергии, затраченной на 114

Характеристик» I9HS700 I8± HS700 2 I8HS700 \7-i-HS7 50

2

1 7ГЬ»0й
Падение давления со стороны газа, кПа 0,40 0,47 0,62 0,72 0,94
Падение давления со стороны воздуха, кПа 0,41 0,33 0,43 0,50 0,65
Общее падение давления, кПа 0,68 0,80 1,05 1,22 1.58
Напор дымососа, кПа 1,53 1,61 1,75 1,86 2,07
Напор дутьевого вентилятора, кПа 2.34 2,39 2,50 2,57 2,70
Эксплуатационные расходы на дымосос, ф.
стр.
38 205 40.056 43 45J 46 228 51 474
Эксплуатационные расходы иа вентилятор, ф, ст. 38 616 39 435 41 073 42 301 44 554
Суммарные эксплуатационные расходы Капитальные затраты, ф. ст., 76 821 79491 84 524 88 529 96 028
иа:

подогреватель, включая монтаж и запасные части

49 010 45 340 42 490 40 150. 38 220
замену колес вентилятора, сцеплений и двигателей, включая монтаж 17 280 17 280 17 280 17 280 17 280
систему труб, компенсаторы, демпферы, контрольно- измерительные приборы, включая монтаж 35 520 33870 32 370 30 890 29 400
Суммарные капитальные затраты, ф, ст. 101 810 96 490 92 140 88 320 84 900
Суммарные капитальные затраты и эксплуатационные расходы, ф. ст. 178 631 175 181 176 664 176 849 180 928

преодоление сопротивления регенератора. Расчет периода окупаемости капиталовложений, т. е. продолжительности времени, в течение которого чистые сбережения топлива равны капитальным затратам иа оборудование, представляет собой распространенный метод при выборе оборудования для экономии энергии.

Расчет лучше всего проводить для определенного уровня цен на топливо и электроэнергию, с тем чтобы можно было оценить влияние предполагаемого их повышения. В приведенных ниже данных предполагается, что топливо стоит 28 ф. ст/т, а электроэнергия 0,75 пенс/кВт. Ранее указывалось, что экономия топлива составляет около 3,8%, поэтому при условии работы в течение 8000 ч в год общая экономия энергии эквивалентна 75 630 ф. ст.

Дополнительные затраты электрической энергии на вентилятор для преодоления сопротивления нужно вычесть из этой величины, чтобы получить чистую экономию топлива. Следует также учитывать энергию, необходимую для вращения регенератора, который обычно приводится в действие с помощью электродвигателя. Общая потребность в электроэнергии составляет 35,7 кВт, что эквивалентно 2140 ф. ст/год. Таким образом, чистая эко-

М5

Рис. 6.14. Зависимость теплоты, остающейся в конденсате, от давления конденсата и параметров пара:

Зависимость теплоты, остающейся в конденсате, от давления конденсата и параметров пара

/ — насыщенный пар с давлением 1,38 МЛ at 2 — перегретый пар с давлением 2.9 МПа а температурой 4001 С

номия энергии эквивалентна 73 490 ф. ст/год, а период окупаемости капитальных затрат (96 490 ф. ст.) составит около

16 мес.

Возврат конденсата. Возврат конденсата в котел при условии, что конденсат отвечает требованиям по качеству, представляет собой наиболее простой метод экономии теплоты, и это может дать от 10 до 30% экономии топлива, сжигаемого в котле для получения пара 16.7].

Рассмотрим один из примеров повышения экономической эффективности за счет возврата конденсата. Насыщенный пар подавался к зданию с давлением 1,380 МПа в количестве 3,4 кг/с в среднем в течение 8000 ч в год (стоимость пара принята равной 2,2 ф. ст. за 1000 кг). Давление пара снижалось с помощью регулирующих клапанов, и пар конденсировался в теплообменниках при давлении 172 кПа. Конденсат возвращался в котел в виде питательной воды.

Насыщенный пар с давлением 1,380 МПа имеет энтальпию 2786 кДж/кг, а энтальпия добавочной воды, если бы конденсат не возвращали в котел, составляет 88,4 кДж/кг (при температуре 20 °С). Доля теплоты, оставшейся в конденсате, может быть также вычислена о помощью диаграммы, приведенной на рис. 6.14.

Из этого рисунка видно, что из насыщенного пара с давлением 1,380 МПа в конденсате с давлением 0,172 МПа остается 17% теплоты.

Таким образом, общее количество утилизированной теплоты за год составляет 0,17 (2786 - 88.4) • 3,4 • 3600 • 8000 = 4,5 • 1010 кДж.

Стоимость утилизированной теплоты составляет 42 600 ф. ст.

В этом расчете допускается, что при возврате конденсата в котел не происходит потерь теплоты. Практически потери теплоты зависят от длины конденсатопровода и его теплоизоляции. Необходимо также учитывать, что при утилизации конденсата получают экономию за счет того, что не требуется дополнительного количества воды и химикатов для ее обработки. В любом анализе безусловно должна учитываться стоимость системы возврата конденсата.

Утилизация теплоты при продувке котла. Котловая вода в большинстве случаев содержит взвешенные или растворенные твердые вещества, которые приводят к образованию накипи и отложений на теплопередающих поверхностях. Продувка котла может быть периодической либо непрерывной. Величина ее определяется общей концентрацией растворенных твердых веществ. Рекомендуемая общая концентрация растворенных твердых веществ в современном барабанном котле составляет 2000—3000 млн-1 [6.8].

Обычно на практике котлы продувают периодически. Это дает возможность проводить этот процесс в наиболее удобное время, когда общая концентрация растворенных твердых веществ высокая, а производительность котла низкая. Таким образом, вместе с потоком воды обеспечивается унос осадка, скопившегося у выхода.

Однако периодическая продувка становится менее желательной по ряду причин. В Великобритании система водоподготовки такова, что питательная вода имеет сравнительно низкое качество, а это означает более высокую концентрацию растворенных твердых веществ и

Утилизация теплоты мгновенного испарения для нагрева питательной воды

Рис. 6.16. Утилизация теплоты мгновенного испарения для нагрева питательной воды:

Утилизация теплоты и воды продувки котла

Рис.

6.15. Утилизация теплоты и воды продувки котла

1 — испаритель мгновенного действия; 2 — клапаны; $ — яодпиточный бак; 4 — резервуар; б — регулятор уровня. вариант применения обычного теплообменника

более высокие требования к продувке. Кроме того, в современных котлах периодическая продувка, связанная со значительными перепадами температур и падением давления, может создавать дополнительные проблемы. Существующие инструкции, ограничивающие температуру, при которой сточные воды могут быть сброшены в канализационную систему, также препятствуют применению периодической продувки.

Другой вариант — это непрерывная продувка котла. Считается, что использование непрерывной системы продувки не препятствует повышению производительности и давления пара в котле. Рекомендовано 16.8] применять непрерывную продувку, если величина ее превышает 10~2 кг/с.

Под самим термином «непрерывная продувка» подразумевается непрерывный отвод потока горячей воды из котла. Содержащаяся в этом потоке воды теплота может быть утилизирована в испарителе мгновенного действия или в теплообменнике, при этом регенерированная теплота используется для нагрева воды котла, предварительного нагрева топлива или воздуха для горения. При этом количество теплоты, которая может быть утилизирована, зависит в большой степени от способа ее использования.

На рис. 6.15 наиболее эффективные и наиболее дорогостоящие процессы утилизации представлены кривыми 1 и 2. Эти процессы включают в себя испарители мгновенного действия и обычные теплообменники, с помощью которых осуществляется нагрев добавочной воды (рис. 6.16).

Сложная система утилизации теплоты продувки на нефтеперерабатывающем заводе

Рис. 6.17. Сложная система утилизации теплоты продувки на нефтеперерабатывающем заводе

Если исключить испаритель мгновенного действия, то вся теплота продувочной воды будет использоваться для нагрева добавочной воды. Самая нижняя кривая на графике показывает количество воды, которое может быть получено при применении испарителя мгновенного действия. Этот процесс все более целесообразно использовать с учетом повышения цен на воду.

Более усложненная система схематически показана на рис, 6.17. Полученный в этом случае пар может быть в дальнейшем использован в ряде процессов, включая нейтрализацию крекинг-бензина и очистку от примесей жидкого топлива Химические свойства пара испарителя делают его идеальным для этих целей [6.9].

С учетом капитальных затрат на оборудование, необходимого для системы непрерывной продувки, стоимость котла вместе с утилизацией теплоты составляет 1—5 тыс. ф. ст. в зависимости от степени автомати- 118 вации и других дополнительных затрат. Срок окупаемости затрат составляет 1 год, а ежегодная экономия эквивалентна нескольким тысячам фунтов.

<< | >>
Источник: Рей Д.. Экономия энергии в промышленности: Справочное пособие для инженерно-технических работников. Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат,1983. 208 с., ил.. 1983

Еще по теме Котлы:

  1. ПРОБЛЕМЫ И БУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ.
  2. § 7.3. Технические характеристики и экономическая эффективность каскадного РВВ для котлов ПК-41 Конаковской ГРЭС.
  3. 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ КОТЛОВ МАЛОЙ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
  4. 1.1. Общая характеристика тепловых схем и модульных автоматизированных котельных на их основе
  5. 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ И КОМПОНОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ КОТЛОВ МАЛОЙ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ ДЛЯ СИСТЕМ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
  6. 2.1. Конструкции котлов м компоновочные решения котельных для систем децентрализованного теплоснабжения
  7. 2.3. Разработка и исследование теплоутилизаторов к котлам малой теплопроизводительности
  8. 2.3.4. Исследование тепловых характеристик теплоутилизаторов к котлам малой теплопроизводительности
  9. 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТЕНОК ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ И ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОТЛОВ МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ
  10. 3.1. Термические сопротивления теплообменных поверхностей нагрева котлов модульных котельных систем децентрализованного теплоснабжения
  11. 3.3. Очистка стенок теплообменной поверхности от отложений в котлах малой производительности с помощью СО2
  12. 4.3. Методика расчета теплотехнических и технико-экономических параметров котлов и оборудовании модульных котельных