Организация отборов без пересчета теплового баланса котла

В связи с высказанными соображениями о незначительном влиянии погрешностей в определении температур уходящих газов, у инженеров на местах возникает естественный соблазн избежать громоздкую процедуру пересчета теплового баланса и, тем не менее, добиться предсказуемого и правдоподобного результата. Поэтому особую актуальность приобретает способ, предусматривающий устройство (либо увеличение) отбора горячего воздуха из тракта котла, при этом не оказывающий глубокого влияния на технологический процесс. Очевидно, этого можно достичь, если избежать снижения температуры уходящих газов, что само по себе часто является обязательным требованием. Напомним, что главным ограничением снижения температуры уходящих газов является опасность коррозии низкотемпературных поверхностей газоходов при охлаждении газов до температуры точки росы, то есть, если температура уходящих газов уже близка к этому пределу (точке росы), снижать ее дальше ни в коем случае нельзя. тепловыделение энергетический отопление котел Организовать (увеличить) отбор горячего воздуха из ВЗП и вместе с этим предотвратить снижение температуры уходящих газов возможно опять же за счет дополнительных ресурсов дутьевых вентиляторов. Как известно, одним из самых простых и распространенных способов увеличить температуру уходящих газов у котлов высокого давления является рециркуляция части горячего воздуха из тракта котла после ВЗП по ходу воздуха на всас дутьевых вентиляторов. Конечно, увеличение рециркуляции возможно, опять же, только если у дутьевых вентиляторов имеется для этого резерв мощности.

Снова стоит подчеркнуть, что вся процедура возможна и целесообразна в случае недогрузки дутьевых вентиляторов в процессе эксплуатации и начинать ее необходимо с определения степени их загруженности за определенный (отчетный) период. Итак, сначала следует определить среднюю загрузку котлоагрегата за год (либо другой отчетный период), %:

L_K = (P_KS/P_KN) 100% (21).

где: P_KS — средняя фактическая мощность котлоагрегата за год, МВт;

P_KN — мощность котла номинальная, МВт.

Среднюю фактическую мощность можно определить по формуле:

P_KS = Q_KS/T_K (22).

где: Q_KS — суммарная тепловая выработка котла за год, МВтч; T_K — число часов в работе котла за год.

Так как между мощностью котла и подачей воздуха дутьевым вентилятором существует прямо пропорциональная связь, то можно утверждать, что средняя загрузка дутьевых вентиляторов котла в % также L_K. Следовательно, можно определить резерв дутьевого вентилятора котла по расходу, м³/с:

G_RD = (1 — L_K/100) G_DN • n (23).

где: G_DN — расчетная производительность дутьевого вентилятора, м³/с; n — количество дутьевых вентиляторов на котел, шт.

Исходя из существующего резерва G_RD и необходимой температуры в отборе t_ОТБ, а также учитывая необходимый расход рециркуляции горячего воздуха на всас дутьевого вентилятора для предварительного подогрева дутьевого воздуха определяется расход воздуха в отборе, м³/с:

G_ОТБ ? k (G_RD — G_RZ) (24).

где: k — коэффициент запаса, необходимый для учета различных случайных факторов, например, необходимого резерва для дополнительной рециркуляции горячего воздуха в случае низких температур и т. п; G_RZ — расход рециркуляции горячего воздуха на всас дутьевого вентилятора, м³/с.

В формуле учтено, что рециркуляция горячего воздуха на всас дутьевого вентилятора для предварительного подогрева дутьевого воздуха (если таковая имеется) часто устраивается без дополнительного подпорного вентилятора и, следовательно, требует свою долю мощности от дутьевого вентилятора. Рециркуляцию можно условно разбить на две составляющих, т. е. на расход необходимый для осуществления технологического процесса — G_RZT и на расход необходимый для компенсации снижения температуры уходящих газов вследствие увеличения отбора воздуха на вентиляцию и отопление — G_RZO:

G_RZ = G_RZT + G_RZO (25).

Расход необходимый для компенсации снижения температуры уходящих газов вследствие увеличения отбора горячего воздуха на вентиляцию и отопление можно ориентировочно определить следующим образом:

G_RZO = G_RZ (?t_R / ?t_T) (26).

где ?t_T — диапазон изменения температуры при максимальном открытии линии рециркуляции и номинальном режиме работы котла (должен быть известен из характеристик котла); G_RZ — максимальный расход в линии рециркуляции, обеспечивающий данное изменение температуры. Может быть известен из характеристик котла, либо найден из формулы:

t_T = (G_DN • г_ХВ • t_ХВ + G_RZ • г_ГВ • t_ГВ)/(G_DN • г_ХВ + G_RZ • г_ГВ) (27).

где: t_ХВ, t_ГВ — температуры холодного (на всасе дутьевого вентилятора) и горячего (в точке отбора на рециркуляцию) воздуха, ^оС; г_ХВ, г_ГВ — плотности холодного и горячего воздуха соответственно, кг/м³;

• ?t_R — необходимое повышение температуры подогрева воздуха для компенсации снижения температуры уходящих газов, ^оС; согласно [3] можно определить как:
• ?t_R = 2(t_Г1 — t_ХВ)(t_УГ — t_УГО)/(t_Г1 — t_УГ) (28)

где: t_Г1 — температура газов на входе в ВЗП (II ступень).

Расход воздуха в отборе предварительно рассчитывался при нормализованных условиях (по плотности воздуха с температурой 0^оС и давлении 760 мм рт. ст.). При этом следует учесть, что характеристики вентилятора могут быть рассчитаны на работу с плотностью газов при большей температуре (20 ^оС, 100^оС), что специально оговаривается. В любом случае, фактический расход воздуха будет большим с учетом температуры отбора t_ОТБ:

G_ОТБТ = G_ОТБ (273 + t_ОТБ)/273 (29).

Здесь используется упрощенная формула для пересчета плотности воздуха в зависимости от температуры:

г_В = г_ВН 273 /(273 + t_В)

где: г_ВН — плотность воздуха нормализованная, г_ВН = 1,295 кг/м³; t_В — температура воздуха с искомой плотностью г_В.

Справедливо отметить, что расчет резерва дутьевого вентилятора котла по (23, 24) производится без учета проектного резерва дутьевого вентилятора, который, по правилам, уже заложен с необходимым коэффициентом запаса по расходу 1,1 [6]. Стоит повториться, что твердо рассчитывать на его существование стоит только на новом, проверенном оборудовании; в то время как, чаще всего, приходится иметь дело уже с выработавшими большую часть своего ресурса вентиляторами.

Теоретически максимальные величины расходов как отбора, так и рециркуляции определяют аэродинамические расчеты линий воздуховодов, уже существующие, либо планируемые. Основная формула для определения максимальной величины расхода может выглядеть так, м³/с:

G_MAX = (р • d_Р²/4)[2?H/(г_В • о_СУМ)]^0,5 (30).

где: d_Р — расчетный диаметр воздуховода, м; ?H — перепад (разность) давлений в точке отбора и в точке раздачи воздуха, Па; г_В — плотность воздуха с учетом температуры, кг/м³; о_СУМ — суммарное сопротивление воздуховода (в том числе местные сопротивления).

Соответственно величина G_ОТБТ не может быть больше G_MAX, которая определяет пропускную способность линии.

Рассматривая выражение (30) можно сделать вывод, что пропускная способность зависит в основном от величины диаметра и от суммарного сопротивления линии. В случае если возникает сомнение в достаточной пропускной способности линии рециркуляции, ее достаточно просто повысить, скажем, за счет увеличения диаметра, либо за счет уменьшения числа местных сопротивлений и длины воздуховода.

Если аккуратно соблюдать вышеперечисленные условия (21 ч 30) положительное влияние увеличения отбора на КПД брутто котла будет обеспечено. При этом ожидается некоторое увеличение потребления электроэнергии дутьевыми вентиляторами и снижение КПД нетто. В целом, чтобы оценить положительный эффект увеличения отбора, следует рассчитать увеличение Q_ВЗПк по (6), см. начало логической диаграммы табл. 1. Тогда увеличение КПД брутто можно ориентировочно оценить по формуле:

?з_К = (?Q_ВЗПк/Q_Р) • 100% (31).

Для оценки увеличения потребления электроэнергии дутьевыми вентиляторами необходимо сравнить среднюю потребляемую мощность вентиляторов до и после увеличения отбора. Очевидно, что данная оценка целиком определяется способом регулирования и техническими характеристиками дутьевого вентилятора. Приведем зависимости справедливые для радиальных дутьевых вентиляторов с осевым направляющим аппаратом для регулирования расхода.

Ожидаемое повышение потребляемой мощности с увеличением отбора, кВт:

?P_D=P_О — P_С (32).

где: P_С — средняя потребляемая мощность с учетом загрузки дутьевого вентилятора, кВт:

P_С = G_С • H_С • 10-³/ з_С (33).

где: G_С — средний расход дутьевого вентилятора за отчетный период, м³/с;

G_С = G_DN • L_K/(100 • n); H_С — средний напор вентилятора за отчетный период, Па:

H_С = H_DN • G_С ²/G_DN²

Здесь H_DN, G_DN — расчетные напор и расход дутьевого вентилятора, Па, м³/с; з_С — КПД вентилятора при работе с G_С, H_С. Последняя величина берется из расходной характеристики вентилятора, см. например, рис. 3.

Аналогично определяем P_О — потребляемую мощность после увеличения отбора:

P_O = G_О • H_O • 10-³ / з_O (34).

где: G_О — расход вентилятора после увеличения отбора, м³/с, G_О = G_С + G_ОТБ + G_RZO;

H_O — напор вентилятора после увеличения отбора, Па, H_О = H_DN • G_О²/G_DN²; з_О — КПД вентилятора при работе с данными расходом G_О и напором H_О. Последняя величина также берется из расходной характеристики вентилятора (рис. 3).

Рис. 3. Расходная характеристика дутьевого вентилятора Усть-Илимской ТЭЦ.

Рис. 4. Система отопления и вентиляции котельного отделения Усть-Илимской ТЭЦ.