Введение
Проблемы повышения эффективности работы теплогенерирующего оборудования являются бесспорным аргументом при разработке новых устройств и модернизации уже существующих. Для определения эффективности котельного агрегата используют коэффициент полезного действия — отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесенной в топку котла при сжигании топлива. Одной из составляющих потерь котла являются потери через ограждающие конструкции. В связи с этим исследование влияния состояния обмуровки котлов на изменение КПД остается одной из актуальных задач для энергетики. Данному вопросу посвящен ряд исследований и работ. Главными причинами потерь энергии являются: использование устаревших обмуровочных и изоляционных материалов, несоблюдение во время пуска режимов разогрева обмуровки котлоагрегатов, а также длительные сроки внедрения научных разработок и новых технологий по повышению эффективности обмуровки оборудования и тепловой изоляции [1, 2, с. 3, 6–8].
Цель и задачи
Цель — исследование влияния состояния обмуровки на эффективность работы котельного агрегата.
Задачи:
- исследование состояния обмуровки котельного агрегата КЕ-25–14С;
- определение КПД котельного агрегата КЕ-25–14С при различном состоянии обмуровки.
Объект исследования
В качестве объекта исследования был взят котел КЕ-25–14С производительностью 25 т/ч и номинальным давлением 14 кг∙с/см2 со слоевым сжиганием топлива. Котел данной марки установлен в ряде котельных города Семей Республики Казахстан. В качестве топлива используется каменный уголь марки «Д» разреза Каражыра ВКО (Восточно-Казахстанской области). Рабочий состав угля данной марки представлен в таблице 1.
Таблица 1
Рабочий состав угля марки «Д» «Каражыра»
|
Показатели |
Единица измерения |
Индекс |
Рабочая смесь |
|
Влага общая |
% |
Wtr |
14,0 |
|
Зольность |
% |
Ар |
19,1 |
|
Сера общая |
% |
Sрt |
0,2 |
|
Углерод |
% |
Cр |
49,1 |
|
Водород |
% |
Hр |
3,8 |
|
Азот |
% |
Nр |
0,9 |
|
Кислород |
% |
Oр |
12,9 |
Для определения КПД котельного агрегата был проведен тепловой расчет [3, с. 19–22].
Значение коэффициента избытка воздуха зависит от типа топочного устройства и вида сжигаемого топлива. По мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата коэффициент избытка воздуха увеличивается [3, с. 19]. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Для слоевого способа сжигания топлива коэффициент избытка воздуха для топки αТ= 1,3 [3, с. 19].
При расчёте котлоагрегата присосы воздуха принимались по нормативным данным [3, с.19, 198–199], что составило для котельного агрегата КЕ-25–14С 
= 0,1. Температура воздуха в котельной принималась равной 30 ˚С.
Коэффициенты избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева 
:
(1)
где 
— номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;
- коэффициент избытка воздуха в топке.
В результате были получены коэффициенты избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева: αп = 1,4; αк = 1,5;αэ = 1,6.
Согласно [3, с.16] были определены теоретический объем воздуха 
= 4,949 м3/кг, необходимый для полного сгорания топлива и теоретический объем продуктов сгорания: 
= 3,914 м3/кг; 
= 092 м3/кг; 
= 0,675 м3/кг.
Избыточное количество воздуха для каждого участка 
, м3/кг, [4, с. 88]:
(2)
где αср — средний коэффициент избытка воздуха для каждой поверхности нагрева.
Результаты расчётов действительного объема водяных паров 
и действительного суммарного объема продуктов сгорания [4, с. 88], м3/кг, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов
|
Величина |
αТ = 1,3 |
αТ = 1,4 |
αк = 1,5 |
αэ = 1,6. |
|
Коэффициент избытка воздуха |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
|
Избыточное количество воздуха, м³/кг |
1,23 |
1,73 |
2,22 |
2,72 |
|
Объем водяных паров, м³/кг |
0,694 |
0,702 |
0,710 |
0,718 |
|
Полный объем продуктов сгорания, м³/кг |
6,757 |
7,265 |
7,763 |
8,271 |
Для всего выбранногодиапазона температур вычисляли энтальпию теоретического объема воздуха Iов, кДж/кг, [3, с. 17]:
(3)
где 
— энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/м³;
Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур Ioг, кДж/кг, [2, с. 17]:
(4)
где 
, 
, 
— энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров.
Энтальпия избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур Ioизб, кДж/кг, [3, с. 17]:
(5)
Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха больше единицы I, кДж/кг [2, с. 17]:
I = Ioизб+ Ioг. (6)
По этим результатам расчёта построили 
диаграмму продуктов сгорания (рисунок 1).
По этой диаграмме определили все необходимые значения энтальпий и температур, необходимых для проведения теплового расчёта.
По диаграмме (рисунок 1) определили энтальпию уходящих газов Iух при температуре 140 0С (Iух=1500 кДж/кг).
Потеря тепла с уходящими газами q2, %, [3, с. 216]:
%, (7)
где Iух — энтальпия уходящих газов, кДж/кг,
— теплосодержание поступающего воздуха, кДж/кг;
— низшая теплота сгорания, кДж/кг.
Потери теплоты с уходящими газами q2 составили 7,7 %.
На основании [3, с. 20–21] определили:
- потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3= 0,5 %;
- потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4=1,5 %;
- потери теплоты через ограждающие поверхности котельного агрегата q5=1,2 %.
Так как котел КЕ-25–14С работает на твердом топливе со слоевым способом сжигания, то необходимо учитывать потери теплоты с теплом шлака q6, %, [3, с. 21]:
, (8)
эти потери составили 2,9 %
Коэффициент полезного действия котельного агрегата
, %:
(9)
КПД котельного агрегата КЕ-25–14С при обмуровке без разрушений составил 86,2 %.
На основании тепловизионного обследования (рисунки 2, 3) исследуемого котельного агрегата определили, что разрушение обмуровки котла КЕ-25–14С составили 20 %. При таком разрушении обмуровки КПД котла снижается до 48 %.
Рис. 1.
диаграмма для каменного угля марки «Д» разреза Каражыра
Рис.2. Котел КЕ-25–14С (задний экран): а) – Задний экран котла КЕ-25–14С; б) – Тепловизионная съемка заднего экрана котла КЕ-25–14С
Рис.3. Котел КЕ-25–14С (левый экран): а) – Левый экран котла КЕ-25–14С; б) – Тепловизионная съемка левого экрана котла КЕ-25–14С
Выводы
На основе тепловизионного обследования котельного агрегата КЕ-25–14С установили состояние и процент разрушения обмуровки, который равен 20 %.
Определили КПД котла при разном состоянии обмуровки, что составило 86,2 % при целой обмуровки, соответственно при разрушенной — 48 %.
Литература:
1. Высокотемпературные огнеупорные и теплоизоляционные материалы последнего поколения // BARAMIST management. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.baramist.ru/library/778/.(дата обращения: 15.04.2014)
2. Кинжибекова А. К. Исследование и разработка температурных режимов разогрева обмуровки энергетических котлов: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.14.04. — Омск, 2009. — 18 с.
3. Кузнецов Н. В. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод Т 34). — М.: Энергия, 1973. — 295 с.
4. Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. — 2 изд. — М.: Стройиздат, 1973. — 248 с.
