Понятие КПД котлов и систем отопления: обзор и способы увеличения. Зависимость кпд от нагрузки котла

расчет, как рассчитать водогрейный котел, как посчитать зависимость КПД от нагрузки, как наладить отопительный котел

Создать уютную и комфортную атмосферу в загородном доме довольно просто – нужно только правильно оборудовать систему отопления. Главным компонентом эффективной и надежной отопительной системы является котел. В статье далее мы поговорим о том, как посчитать КПД котла, какие факторы на него влияют и как повысить эффективность отопительного оборудования в условиях конкретного дома.

Содержание:

Как подобрать котел

Безусловно, чтобы определить, насколько эффективным будет тот или иной водогрейный котел, необходимо определить его КПД (коэффициент полезного действия). Этот показатель представляет собой отношение использованного на обогрев помещения тепла к общему количеству сгенерированной тепловой энергии.

Формула расчета КПД выглядит так:

ɳ=(Q1÷Qri),

где Q1 – тепло, использованное эффективно;

Qri – общее количество выделенного тепла.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

ɳ=100-(q2 q3 q4 q5 q6), в которой

q2 – теплопотери с выходящими горючими газами;

q3 – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q4 – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q5 – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q6 – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q2). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

Q2= (T1-T3) × (A2 ÷ (21-O2) B), где

T1 – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T3 – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O2 – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A2 и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q3 используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q3 составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q3=0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q4. В частности, для угля антрацита значение q4=4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Потери тепла в связи с внешним охлаждением

Такие потери тепла q5 обычно составляют не более 0,5 %, а по мере возрастания мощности отопительного оборудования они еще больше сокращаются.

Данный показатель связан с расчетом паропроизводительности котельной установки:

При условии паропроизводительности D в пределах 42-250 кг/с, значение потерь тепла q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
Если значение паропроизводительности D превышает 250 кг/с, уровень теплопотери считают равным 0,2 %.

Количество теплопотерь от удаления шлака

Значение теплопотерь q6 имеет значение только при жидком шлакоудалении. А вот в тех случаях, когда из топочной камеры удаляют шлаки твердого топлива, теплопотери q6 учитывают при расчете КПД котлов отопления только в случаях, если они составляют более 2,5Q.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

q6=(Ашл×Зл×Ар)÷Qri,

где Ашл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

Зл – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

Ар – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Qri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q6 будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q4, во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q3, как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q2 связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9 0,5 3 2,5 0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия. Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

обязательна периодическая чистка котла;
важно контролировать интенсивность горения и полноту сгорания топлива;
нужно рассчитать тягу с учетом давления подаваемого воздуха;
необходим расчет доли золы.

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

Экзаменационная программа - ответы (2007 г.) / 16

16. Влияние на КПД котла режимных факторов (нагрузки котла, температуры уходящих газов, температуры питательной воды).

где Q1=Qпол,

Q2 = (Qух –Qх.в.),Q3 +Q4 =Qн.д.,Q5=Qохл.,Q6 =Qшл.

Так как в котле на природном газе потери теплоты с механическим недожогом и физическим теплом шлаков не имеют места, т.е. Q4=0 иQ6=0. В процентах от : 100 =q1+q2+q3+q5

КПД брутто: , используя обратный процесс:

I. Нагрузка котла.

Из формул выше видно, что зависимость экономичности котла от паропроизводительности определяется характеристиками отдельных потерь от нагрузки агрегата. На рисунке сверху схематично показано изменение потерь от нагрузки котла в общем случае с постоянным воздушным балансом.

С увеличением нагрузки температуры газов в любом сечении нагрева возрастают температурный напор и скорость газов (растет коэффициент теплопередачи), что ведет к повышению тепловосприятия поверхности.

Увеличение температуры газов по газоходам с ростом нагрузки приводит к увеличению температуры уходящих газов и потерь с ними.

Потеря с химическим недожогом чаще всего несколько растет при снижении нагрузки, оставаясь очень небольшой.

Абсолютное количество теплоты, рассеянной в окружающую среду, примерно постоянно при всех нагрузках ввиду того, что оно определяется температурой наружной поверхности обмуровки котла. Однако, относительная величина потерь от наружного охлаждения растет обратно пропорционально снижению нагрузки (количеству подведенной теплоты).

Вышеназванные причины приводят к тому, что зависимость КПД от нагрузки котла представляет собой выпуклую параболу с максимумом, сдвинутым в область пониженных нагрузок (около 0,4–0,5 Дном).

При изменении нагрузки котла происходит перераспределение тепловосприятия между конвективными и радиационными поверхностями нагрева. Так, с повышением нагрузки доля теплоты, передаваемая радиацией, несколько уменьшается, а конвекцией – возрастает. В результате температура перегретого пара в барабанных котлах с развитым конвективным пароперегревателем повышается. Это приводит к необходимости увеличить количество воды, проходящей через пароохладитель, для поддержки постоянной температуры перегретого пара.

II. Температура уходящих газов.

Относительные потери теплоты с уходящими газами на единицу объема сгоревшего топлива: , где- избыток воздуха в уходящих газах;

и- энтальпии соответственно уходящих газов и холодного воздуха, кДж/м3.

Расчетные зависимости для определения для определения энтальпий уходящих газов и воздуха, кДж/м3:

, гдеи.

Избытки воздуха рассчитываются по содержанию кислорода: .

III. Температура питательной воды.

Температура питательной воды, а точнее ее энтальпия (h↑<=>t↑), участвует в расчете полезно использованной теплоты,

где - расход перегретого пара, кг/с;- расход воды с продувкой из барабана, кг/с;

- энтальпии перегретого пара, питательной и котловой воды соответственно, кДж/кг.

studfiles.net

КПД котлов и радиаторов отопления: обзор и способы увеличения

Содержание статьи:

Оптимизация расходов на отопление напрямую связана с повышением эффективности работы всей системы. Добиться этого можно несколькими способами. Но специалисты рекомендуют сначала провести анализ и выявить наиболее существенные факторы, влияющие на этот показатель. На основе этих данных вычисляется фактический КПД котлов и систем отопления: обзор и способы увеличения этого показателя помогут снизить финансовую нагрузку при обслуживании.

Причины снижения КПД котлов отопления

Снижение КПД из-за тепловых потерь

Еще до того как повысить КПД батареи отопления, нужно определиться с этим параметром. Фактически он состоит из нескольких составляющих – эффективность работы котла, радиаторов и трубопроводов. Но кроме этого нужно учитывать величину тепловых потерь здания.

Поэтому, нужно сначала не думать – как увеличить КПД батареи отопления, а улучшить теплоизоляцию дома. Только уменьшив потери через стены и окна можно приступать к модернизации отопления. Ошибочно считается, что главным показателем системы является КПД газовых котлов отопления или их твердотопливных аналогов. Однако фактически полезное действие системы определяется по следующей формуле:

Q=Vпотр/Vпоступ

Где Q – показатель КПД, Vпотр – количество затрачиваемой энергии на нагрев теплоносителя, Vпоступ – фактическая передача тепла воздуху в помещении.

При анализе работы котла, в особенности газового типа, видно, что он функционирует не все время. Он должен поддерживать уровень нагрева теплоносителя на установленном тепловом режиме. За передачу энергии отвечают другие элементы системы – трубопроводы и радиаторы. Именно им в первую очередь нужно уделить внимание, так как КПД системы отопления на 80% зависит от их правильного функционирования.

Что нужно сделать, чтобы этот показатель изначально был максимальным:

Выбрать низкотемпературный режим работы. При минимальной разнице нагрева воды после котла и в обратной трубе затраты на энергоноситель уменьшится;
Использование электронных систем управления – термометров и программаторов. Они позволят автоматически изменять работу котла при колебаниях температуры в доме и на улице;
Провести модернизацию элементов, чтобы выйти на максимальное КПД отопления в доме.

Все эти способы взаимосвязаны друг с другом. Поэтому при организации отопления нужно профессионально пойти к каждому этапу.

Во время проектирования системы нужно рассчитать ее основные параметры – тепловые потери, работу каждого узла и оптимальный температурный режим. Сделать это можно с помощью онлайн калькуляторов (высокая погрешность) или заказав услугу у специализированных расчетных бюро (точные данные).

Методы повышения эффективности работы котла

Фактические показатели КПД для котлов различных типов

На первом этапе нужно правильно подобрать тип отопительного оборудования. Определяющими показателями для организации отопления с высоким КПД являются тип используемого топлива и мощность котла. Лучше всего себя зарекомендовали себя модели, работающие на газе.

Как видно из данных графика, существенного отличия при работе котла в нормальном режиме нет. Разница КПД для газовых котлов отопления возникает только в момент запуска до достижения требуемого температурного режима (50-70°С). Затем происходит стабилизация работы и показателя эффективности. Но для улучшения последней можно сделать следующие шаги:

Разница между расчетной и фактической мощности котла не должна быть более 15%. Превышение значения приведет к неполному сгоранию газов, что еще больше увеличит расход топлива;
Использование конденсационного фактора. Это незначительно повысит КПД у всей системы отопления. Однако стоимость конденсационных котлов отличатся от традиционных на 35-40%;
Уменьшение тепловых потерь через дымоход. Увеличение КПД батареи отопления напрямую зависит от этого фактора.

Работа чугунного радиатора через тепловизор

Выполнив эти условия можно на 1-1,5 процента повысить эффективность работы отопительных приборов. Но лучше всего изначально приобретать подходящую модель кота, которая максимально соответствует параметрам всей системы.

Во время работы конденсационных котлов скапливаемую жидкость нельзя утилизировать в канализацию. Она имеет ряд вредных элементов, что скажется на работе автономной системы отчистки сточных вод.

Правила подключения радиаторов и их модернизация

Наибольший интерес представляют другие элементы – батареи и трубы. Для повышения КПД батареи отопления нужно изначально правильно подобрать соответствующую модель. В идеале она должна иметь максимальный показатель теплопроводности. Это относится к алюминиевым и биметаллическим батареям.Если взять КПД радиаторов отопления – таблица покажет существенные отличия от чугунных. Однако следует учитывать, что и остывание алюминиевых будет проходить намного быстрее. Этот материал не аккумулирует тепло. К тому же в чугунных происходит неравномерное распределение полученной энергии.

Характеристики теплоотдачи радиаторов в зависимости от степени нагрева воды

Для сравнения можно рассмотреть таблицу КПД радиаторов отопления стального типа.

Чем больше площадь батареи – тем быстрее будет нагреваться воздух в комнате. Но нужно учитывать степень остывания теплоносителя. Желательно, чтобы температурный режим работы радиаторов в доме был одинаков.

Методы подключения радиаторов

Изменение КПД радиатора в зависимости от способа подключения

Определившись с этим параметром можно переходить к основным тонкостям увеличения КПД батареи отопления. Главным из них является способ подключения к системе. Лучше всего сделать соединение с системой с одной стороны прибора. Тогда теплоноситель продет полный цикл по батареи.

Но на практике такое сделать можно далеко не всегда. Поэтому предпочитают выбирать «золотую середину» – верхний подвод и нижнее подключение к обратной трубе. Такая методика имеет следующие преимущества:

Можно добиться повышения КПД батареи отопления другими способами, компенсировав 2%;
Оптимальная протяженность магистрали, что тоже сказывается на эффективности всей системы;
Возможность установки крана Маевского и автоматического терморегулятора.

Такая схема актуальная для систем как с верхней, так и с нижней разводкой трубопроводов. Но помимо этого для увеличения КПД батареи отопления нужно правильно выполнить ее монтаж.

Перед приобретением определенной модели радиатора нужно узнать возможные варианты его подключения – верхний, нижний или боковой.

Установка радиаторов для максимального КПД

Значение коэффициента для различных вариантов обустройства радиаторов

Главное правило монтажа радиаторов любого типа заключается в оптимальном нагреве помещения. Т.е. они должны находиться в той области комнаты, где тепловые потери будут максимальны. Это в первую очередь относится к оконным конструкциям.

Для того, чтобы сделать отопление с высоким КПД подоконник должен перекрывать верхнюю плоскость батареи на 2/3. Также нужно учитывать рекомендуемые расстояния от конструкции до стен и пола:

От подоконника до верхней части секции – 100 мм;
От поверхности пола до батареи – 120 мм;
От задней панели радиатора до стены – 20 мм.

Таким образом можно обеспечить максимальное КПД всей системы отопления. Конвекционные потоки теплого воздуха будут частично задерживаться в области подоконника, нагревая стену и уменьшая тепловые потери через окно.

Для лучшей конвекции теплого воздуха можно установить вентилятор небольшой мощности.

Другие способы улучшения КПД системы отопления

Универсальная горелка для твердотопливного котла

Что еще можно сделать для улучшения КПД батарей в отопления и не только их? Нужно правильно подобрать теплоноситель. Несмотря на популярность антифризов, они имеют недостаток – пониженный показатель энергоемкости. Поэтому при отсутствии вероятности воздействия отрицательных температур на систему следует заполнять ее обычной дистиллированной водой.

Для повышения КПД газовых отопительных котлов старого образца заменяют горелку на более эффективную. Она не только снизит потребление газа, но и повысит безопасность работы котла. Это же относится и к возможной модернизации твердотопливных моделей отопительных приборов. Если в доме была поведена газовая магистраль – можно установить новую горелку. Рекомендуется приобретать модели, работающие как на газе, так на жидком топливе (дизеле, отработанном масле).

Сделать максимальное КПД для отопления в доме можно с помощью систематической прочистке труб. Для этого используют химический, гидравлический или комбинированный способы. Выбор зависит от материала изготовления трубопровода (пластик или металл) и степени загрязнения магистрали.

Установка отражающих экранов позади батарей также увеличит КПД всей системы отопления. Лучше всего использовать для того пенофол, на одну из сторон которого нанесен слой фольги. Даже простая чистка радиаторов от пыли и грязи путь и незначительно, но улучшит их теплоотдачу.

В видеоматериале можно ознакомиться с интересным способом самостоятельной организации отопления с высоким показателем КПД:

strojdvor.ru

Пути повышения эффективности промышленной теплоэнергетики

Эффективное использование ископаемого топлива и сокращение затрат на энергоносители для промышленных энергоустановок являются важными аспектами эффективности всего производства. Рассмотрим возможности повышения производительности энергосистем, начиная с парового котла, на примере решений и опыта внедрений компании Honeywell

Задачи, решаемые энергетическим хозяйством промышленного предприятия, включают, с одной стороны, снабжение предприятия топливом, электроэнергией и водой, с другой - эффективное и рациональное производство энергетических ресурсов(пар, тепло, электроэнергия, сжатый воздух и т.д.).

Как правило, пар является основным энергетическим ресурсом предприятия. Количество производимого пара, его себестоимость и качество определяют стоимость других энергоресурсов предприятия и в конечном итоге стоимость готовой продукции.

Как правило, паро- и водоснабжение предприятия не рассматриваются как потенциальный источник прибыли или ресурс для экономии средств, поскольку они составляют от 3 до 11 % себестоимости и воспринимаются как неизбежные затраты. Однако в наше время всеобщего ужесточения конкуренции в области производства и роста цен на энергоносители снабжение производства энергоресурсами отнесено к разряду переменных издержек, которые могут стать значимым источником экономии.

Технические решения по управлению и оптимизации работы топливопотребляющего оборудования промышленных предприятий могут обеспечить экономию энергоресурсов порядка 5-10 %.

Управление работой котла

Основные химические процессы сгорания топлива и физические процессы парообразования достаточно подробно отражены в соответствующей технической литературе и нормативных документах. Исходным условием является сгорание топлива в присутствии воздуха с выделением тепла, которое передается воде и приводит к образованию пара (рис. 1).

Рис. 1. Процесс преобразования энергии топлива в пар

Техническая задача заключается в том, чтобы добиться максимальной эффективности работы котла при оптимальном расходе пара на технологическое оборудование. Эффективность работы котла - это критерий, определяющий, какая доля тепла, полученного при сжигании топлива, будет использована для получения пара (выраженная в процентах). Эффективность работы котла главным образом зависит от двух эксплуатационных показателей: текущей нагрузки и полноты сгорания топлива. При любой текущей нагрузке существует оптимальный уровень эффективности работы, который достигается в случае полного сгорания топлива при минимальном избытке кислорода (рис. 2).

Рис. 2. Оптимальный уровень эффективности работы котельного оборудования

Если котел работает недостаточно эффективно,можно разработать техникоэкономические мероприятия для повышения эффективности его работы. Один из самых простых и экономически эффективных путей состоит в модернизации схемы управления соотношением "топливо-воздух", таким образом, чтобы обеспечить минимальное содержание кислорода в уходящих газах при полном сгорании топлива. Соотношение данных между избытком кислорода в уходящих газах и КПД котла (рис. 3) показывает практически линейный характер этой зависимости в нормальном рабочем диапазоне.

Рис. 3. Типичные показатели эффективности работы котла (КПД, %) для обычных видов топлива в зависимости от избытка воздуха

Это означает, что сокращение избытка кислорода на 1 % сопровождается соответствующим увеличением КПД, а 1 % повышения эффективности работы котла дает примерно такое же снижение расхода средств на приобретение топлива, необходимого для выработки одного и того же количества пара.

Как определить, существует ли экономически обоснованный резерв экономии для определенного котла? Проще всего это можно сделать следующим образом. Во-первых, необходимо определить средний избыток кислорода в уходящих газах при номинальном расходе топлива. Во-вторых, выяснить, чему равны затраты на приобретение топлива в течение года следующим образом:

Потенциальная экономия = Затраты на приобретение топлива за год х (Средний избыток кислорода - Планируемый избыток кислорода),где планируемый избыток кислорода должен быть равен:

для газовых котлов - 1 - 1,5 %;
для котлов, работающих на мазуте, - 1,5 - 2 %;
для котлов, работающих на твердом топливе,- примерно 4 - 5 %.

В том случае, если потенциальная экономия выглядит достаточно заманчиво, необходимо провести исследования для того, чтобы обосновать эти цифры, раз работать техническое решение, которое позволит их достичь и оценить стоимость этого проекта.

Как правило, такое решение влечет за собой модернизацию исполнительных >механизмов, аппаратной части и системы управления путем ввода анализатора кислорода и другого оборудования, необходимого для реализации схемы регулирования (рис. 4).

Рис. 4. Типичная схема управления процессом горения с оптимизацией соотношения «топливо–воздух»

Затем можно рассчитать показатель прибыли на инвестированный капитал, основываясь на потенциальной экономии и оценке стоимости. Это самый консервативный метод обоснования. Он базируется только на количественной оценке экономии топлива и не учитывает снижение загрязнения окружающей среды (соблюдение нормативных требований) или тепловое напряжение топочного объема (эксплуатационная готовность) в результате сжигания меньшего количества топлива для одной и той же паровой нагрузки.

Не учитываются также и другие преимущества, имеющие сугубо качественный характер, т.е. сокращение количества персонала, обслуживающего современную систему управления, или увеличение паропроизводительности. Однако может возникнуть необходимость оценить именно эти неявные выигрышные стороны проекта для победы в условиях жесткой конкуренции.

Сокращение избытка кислорода - это не единственный доступный источник >экономии. Существенной экономии можно также достичь за счет оптимизации распределения нагрузки между работающими котлами. В типичной системе пароснабжения пар от нескольких котлов поступает в общий коллектор (рис. 5).

Рис. 5. Работа группы котлов на общий коллектор

У каждого котла свои эксплуатационные характеристики,в зависимости от которых изменяется эффективность его работы при различных нагрузках и видах топлива.Если при совместной работе котлов на общий коллектор учесть эти особенности, то при одинаковой производительности группа котлов будет потреблять меньшее количество топлива с использованием схем оптимизации.

Оптимальное распределение нагрузки

Котлы, работающие на общий коллектор, как правило, разделяются на две группы: работающие в базовом режиме и компенсирующие изменение нагрузки, но обычно нагрузка распределяется между ними поровну и поддерживается максимальной на каждом котле для уменьшения числа работающих агрегатов. Для снижения затрат на приобретение топлива необходимо применить программу автоматизированного управления, которая задает нагрузку котла в реальном времени, основываясь на экономических критериях, также исходя из текущих условий и эксплуатационных ограничений. Экономические соображения учитывают изменения стоимости топлива и нагрузки котла, вид и свойства топлива, а также изменения эффективности работы котлов.

Применение такой прикладной программы экономически обосновано в тех случаях,когда группа котлов длительное время работает в режиме с изменяющейся нагрузкой. Когда само понятие оптимальной нагрузки не является очевидным, т. е. когда группа из двух или более котлов не всегда работает на максимуме или минимуме нагрузки, нагрузку котлов можно изменять в автоматическом режиме.Для определения оптимальной нагрузки котлов их необходимо охарактеризовать, создать эмпирическую модель для ввода соответствующих данных в оптимизирующий процессор. В качестве иллюстрации изложенного обратимся к рис. 6, 7 и 8, на которых мы видим простейший случай:два идентичных котла с обычными неидентичными кривыми КПД в режиме оптимальной нагрузки по сравнению с режимом равномерной нагрузки (стандартный режим эксплуатации).

Рис. 6. Зависимость затрат тепла топлива на выработку пара

Рис. 7. Распределение нагрузки котловРис. 8. Возможная экономия при оптимальном распределении нагрузкимежду работающими котлами

Рис. 8. Возможная экономия при оптимальном распределении нагрузки между работающими котлами

При этом реальная экономия за год зависит от того, как долго группа котлов работает на конкретной нагрузке в течение всего года.

Для того чтобы отслеживать изменения текущих эксплуатационных нагрузок и ограничений, которые постоянно происходят на большинстве промышленных объектов, необходима прикладная программа автоматического регулирования по замкнутому циклу в режиме реального времени.

Такая программа должна контролировать рабочие параметры котла, определять характер его функционирования в плане затрат на выработку пара, а также задавать взаимосвязанный режим нагрузки котлов, не мешая работе задающего регулятора давления в паросборном коллекторе.

Кроме того, эта программа должна определять режим работы котла (стоит или работает, режим базовый или автоматической компенсации нагрузки), изменения вида и состава топлива (включая стоимость), а также аномальные условия эксплуатации, к которым относятся нарушения заданных ограничений, аварийные остановки котлов или выход из строя оборудования.

Технология замкнутого цикла предназначена для выполнения следующих задач:

Регулирование выработки пара котлом в таком режиме, который позволяет добиться максимального снижения общей стоимости при удовлетворении производственных потребностей.
Сведение к минимуму возмущений, воздействующих на задающий регулятор давления в коллекторе.
Сведение к минимуму возмущений, вносимых в функционирование котлов, управляемых в режиме оптимизации по замкнутому циклу.
Недопущение генерации помех, влияющих на работу задающего регулятора давления в коллекторе. Выполнение этих задач гарантирует работу данной прикладной программы в режиме он-лайн, благодаря чему осуществляется управление работой котлов с целью получения максимально возможной экономии в течение всего года.

Приведенная ниже схема (рис. 9) демонстрирует возможный вариант архитектуры на примере прикладной программы экономически целесообразного распределения нагрузки ELA.

Рис. 9. Архитектура прикладной программы для распределения нагрузки

Типичные результаты успешной реализации программы дают экономию топлива в пределах от 0,5 до 5 % для всех работающих котлов.

Размер экономии также зависит от того, насколько хорошо осуществляется контроль работы котлов и управление ей без прикладной программы, а также от сложности поставленной задачи (количества котлов и частоты изменений нагрузки). Имеется два метода, с помощью которых можно убедиться в достижении нужных результатов:

Вычисление в режиме он-лайн, в ходе которого расчетные расходы топлива на выработку пара при оптимальной нагрузке каждого котла сопоставляются с затратами на топливо при нагрузке котлов без учета рекомендаций по оптимальному распределению нагрузки. Результаты суммируются для получения часовой, суточной и т.п. экономии.
Сравнение затрат на топливо за период до внедрения программы оптимального распределения нагрузки и после него, нормированное с учетом суммарной выработки пара за этот период и экстраполированное для получения значений экономии за любой промежуток времени по выбору.

Расчет прибыли на инвестированный капитал зависит от цен на топливо, общей выработки пара данной группой котлов, количества котлов, работающих в режиме распределения нагрузки, количества различных видов топлива, которые нужно использовать, а также от числа дополнительных цифровых средств управления, которые необходимы для реализации данного решения. Обычно система управления имеется на объекте, поэтому требуется только платформа для модифицированных прикладных программ (иногда можно использовать уже имеющееся оборудование с запасом резервной мощности).

Следуя рекомендациям по останову или пуску котлов, можно добиться еще большей экономии. Этот процесс не поддается автоматизации, поскольку требует вмешательства оператора. В данном случае речь может идти об экономической оценке ситуации с целью определения возможности выигрыша от того или иного приемлемого решения.

Оптимизация может создавать условия экономии, зависящие от останова или пуска котлов, однако при этом эксплуатационный персонал должен учитывать возможную продолжительность текущей ситуации и сопоставлять потенциальную экономию со стоимостью работ по пуску или останову котлов. Кроме того, следует оценить степень риска с учетом возможности роста паровой нагрузки, превышающего операционный резерв при останове котла.

Выработку пара не следует рассматривать в отрыве от остальных процессов. Это часть общей системы снабжения энергоресурсами, интегрированное управление которой может обеспечить гораздо более значимый экономический эффект.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!

Вам также может понравиться

Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.

aw-therm.com.ua

Влияние изменения нагрузки на потери

Влияние изменения нагрузки на потери:

a. Реальные котлы работают в широком диапазоне нагрузок, при этом тепловые потери изменяются по-разному:

b. q2 = (ϑух, ϑух), D↓ → ϑух ↓, αух ↑. Т.к. q2 больше зависит от ϑух, то q2 ↓.c. q2 возрастает при D ↓. Это вызвано понижением температуры в топке ϑm, а на котлах с ТШУ еще и тем, что отключаются отдельные горелки, при нагрузке менее 70%.d. q5↑ при D ↓. q5 = q5ном×Dном/D

Влияние воздушного режима котла на q3 и q4.

a. При работе на фиксированной нагрузке (Dном) потери q3 и q4 существенно зависят от воздушного режима котла.b. За показатель воздушного режима котла принимают коэффициент избытка воздуха на выходе из топки αm.

c. При αm↑ → q3↓, т.к. они вызваны только нехваткой окислителяd. При αm↑ → q4↓, т.к. концентрация кислорода растет, по потом q4↑, т.к. температура факела падает и кокс хуже выгорает. В связи с этим, при проектировании котлов, значение αm выбирается по НТР в зависимости от вида топлива, способа шлакоудаления и др.

Определение полного расхода топлива на котел :

a. Если известны Qpp, Qка и ηка, то определяется из уравнения теплового баланса.i. B = Qка/(Qppηка), [кг/ч].b. Полный расход топлива B на котел используется в расчетах систем пылеприготовления или систем топливоподачи в газомазутных котлах и котлах, со слоевым сжиганием.

Определение расчетного расхода топлива на котел Bp:

a. Для тепловых расчетов котлов необходимо знать расчетный расход топлива на котел .i. Bp = B(1 — q4/100), [кг/ч].b. Bp нужен для определения истинных расходов и скоростей газов в газоходе котлов, т.к. теплоотдача зависит от скорости газов.

Определение КПД нетто котла:a. ηканетто = ηка — qснb. qсн — потери на собственные нужды. Учитывают работу:i. Тягодутьевых машинii. Топливоподачиiii. Установок шлакоудаленияiv. Установок очистки газов от золы и др.v. Автоматических регуляторов и дистанционных приводов.

all4study.ru

Каталог товаров:

Контакты

Статистика сайта