Контроль загрязнения и качества очистки экономайзера при энергетическом обследовании котельной

Контроль загрязнения и качества очистки экономайзера при энергетическом обследовании котельной Е. В. Шомов, директор ООО «ПромЭнергоАудит»;

к.т.н. В. Л. Гудзюк, ведущий специалист, ООО «Промышленная энергетика», г. Иваново Численная оценка загрязнения экономайзера в отчетах по энергетическому обследованию котельных практически не встречается. Решение о необходимости очистки экономайзера в целях энергосбережения принимается на основании сравнения снижения затрат на топливо и затрат, необходимых на очистку. После очистки экономайзера через некоторое время эффект от этого мероприятия может исчезнуть в результате повторного загрязнения. Требуется периодический контроль. Оценка эффективности очистки производится визуальным осмотром и по величине снижения температуры уходящих газов. Однако, кроме загрязнения труб, температура уходящих газов и нагрев воды в экономайзере зависят от нагрузки котла, присосов воздуха, температуры газов перед экономайзером и т. п. Это обстоятельство затрудняет оценку целесообразности и эффективности затрат на мероприятия по очистке экономайзера. Нередки случаи, когда при переводе котельной с мазута на газ, котлы в течение многих лет продолжают работать с экономайзерами, заросшими отложениями, т.к. потери от этого не определяют даже при энергетическом обследовании котельной. Рекомендаций о том, как их определить, — нет.

В данной статье предлагается определять степень загрязнения экономайзера расчетным методом без дополнительных затрат. За показатель изменения загрязнения экономайзера принять безразмерный коэффициент м, представляющий собой отношение эксплуатационного коэффициента теплопередачи к_э, определенный по данным измерений, и расчетного коэффициента теплопередачи (чистого) экономайзера к_р, не бывшего в эксплуатации:

м=kэ/kр=Qэ[(Дtр/Qр)/Дtэ],.

где Q₃ и Q_p — эксплуатационная максимальная тепловая нагрузка экономайзера, определенная по данным измерений, и расчетная, определенная по паспортным данным (или тепловому расчету) котла и экономайзера (Гкал/ч); Дtр и Дtэ — среднелогарифмический температурный напор в экономайзере расчетный (для нового, «чистого» экономайзера при номинальной нагрузке) и эксплуатационный, по данным эксплуатационных измерений, соответственно (^ОС).

Тепловая нагрузка экономайзера рассчитывается по формуле.

Q=G (t_вых-t_вх)*10^-3,.

где Q — расход воды через экономайзер, т/ч; t_вых-t_вх) — нагрев воды в экономайзере, ^ОС.

Значения исходного (до загрязнения экономайзера) коэффициента теплопередачи k_p и эксплуатационного к_э, т. е. на момент эксплуатационных измерений при обследовании экономайзера, определяются по уравнению теплопередачи.

k=(Q*Дt)/F,.

где F — площадь теплообмена экономайзера, м².

Значение коэффициента м по мере загрязнения экономайзера может изменяться от 1 до 0. Для нового экономайзера.

kэ=kр=1.

Чем больше термическое сопротивление теплообменной поверхности в результате ее загрязнения, тем меньше эксплуатационный коэффициент теплопередачи kэ и ниже коэффициент м. Естественно, что данные (Q, Дt) для расчета k должны быть получены при примерно одном и том же расходе топлива, чтобы исключить влияние конвективной составляющей коэффициента теплопередачи.

Поскольку при энергетическом обследовании промышленных и отопительных котельных оценка эффективности работы экономайзеров может быть актуальной, приведем результаты одного из таких обследований. Котельная предприятия перед переводом на газ долгое время работала на мазуте. В котельной 11 котлов разной производительности с чугунными экономайзерами и различной продолжительностью эксплуатации. В табл. 1 приведены результаты расчета коэффициентов теплопередачи и коэффициента м для каждого экономайзера. Практический смысл такого расчета в том, чтобы определить потери вследствие загрязнения экономайзера, эффект от его очистки или ущерб, если очистка не проводится.

Изменение тепловосприятия в экономайзере в результате загрязнения или очистки может быть определено по формуле:

ДQэк=Qс-Qэ=kс*F*Дtс-kэ*F*Дtэ=kс*F*Дtс*(1-м)=Qс*(1-м).

Таблица 1. Результаты расчета коэффициентов теплопередачи и коэффициента м для экономайзеров котельной предприятия.

Чтобы исключить влияние температурного напора на оценку, измерение тепловосприятия чистого и загрязненного экономайзеров определяется при расчетном температурном перепаде чистого экономайзера, т. е. при ДtДt,. Влияние Дt₃ учитывается при расчете к_э. Изменение расхода топлива на котел ДВ для компенсации сниженного в результате загрязнения тепловосприятия экономайзера можно рассчитать по формуле:

ДВ=(ДQэк/ДQ^р_н)/з_ф=(ДQэкBф)/Q_к,.

загрязнение экономайзер котел где Вф — фактический расход топлива на котел, кг/ч или м³/ч; Q_k — теплопроизводительность котла, ккал/ч;

з_ф=(Q_к/Q^р_н)/Bф.

— КПД котла во время измерений; Q^р_н — низшая рабочая теплота сгорания топлива, ккал/кг.

Зная изменение расхода топлива в результате изменения загрязнения экономайзера, легко определить ущерб от этого загрязнения в денежном выражении. В табл. 2 в качестве примера представлены результаты расчета эффекта очистки экономайзеров некоторых котлов, указанных в табл. 1. Приведенные выше формулы получены на основе общеизвестных уравнений теплового баланса и теплопередачи, поэтому их применение не требует согласований.

Таблица 2. Результаты расчета эффекта очистки экономайзеров некоторых котлов из табл. 1.

Путем очистки экономайзера от наружных отложений, накопленных за несколько лет сжигания мазута, трудно рассчитывать на полный эффект до м=1. При решении вопроса об экономической целесообразности затрат на очистку экономайзера и повышение ее экономической эффективности можно принять коэффициент эксплуатационного изменения теплопередачи м~0,9.

Особенность рассматриваемого способа контроля степени загрязнения экономайзера до и после очистки состоит в том, что для его применения нет необходимости в измерении состава уходящих газов газоанализатором, который в небольших промышленных котельных пока встречается нечасто.

В табл. 2 приведены результаты оценки снижения расхода топлива и затрат при очистке экономайзера до м=0,9. Они показывают, что чем больше времени находится в эксплуатации экономайзер с низким коэффициентом м, тем больше ущерб от загрязнения, который даже при м=0,7 может существенно превысить затраты на очистку экономайзера.

Таким образом, по каждому котлу можно оценить эффект очистки экономайзера и, зная ее стоимость, найти срок окупаемости затрат на проведение очистки. Контроль по коэффициенту м позволит определить, когда ущерб от его снижения превысит затраты на очистку. Выявив экономайзер, в результате загрязнения которого котел имеет наибольший перерасход топлива, можно организовать его очистку в первую очередь или, если есть возможность, меньше его использовать.

С помощью простой компьютерной программы и эксплуатационных данных расчет для определения коэффициента изменения теплопередачи м и оценка эффекта очистки или ущерба от загрязнения экономайзера занимают несколько минут. Эти данные позволяют повысить информативность и эффективность энергетического обследования котельной, обоснованность энергосберегающих мер при эксплуатации чугунных экономайзеров.