Мониторинг тепловой эффективности регенеративного воздухоподогревателя РВП-54

Аннотация

В статье рассматривается методика проведения оценки технического состояния регенеративного воздухоподогревателя РВП-54 установленного на энергетических котлах филиала АО «Татэнерго» Набережно-Челнинской ТЭЦ на основе результатов мониторинга тепловой эффективности.

Ключевые слова: Набережно — Челнинская ТЭЦ, энергетический котел, регенеративный воздухоподогреватель РВП-54, оценка технического состояния, наладка и настройка, тепловой расчет, температурный напор, поверхность нагрева, тепловая эффективность, тепловые потери.

Актуальность темы

Современное состояние энергетического рынка, потребность в обновлении парка основного оборудования и повсеместное внедрение парогазовых установок по программе договоров на поставку мощности, требует от энергогенерирующих компаний все больших материальных и финансовых затрат 1, 2. Заключая договор на реализацию энергетической продукции на конкурентном оптовом рынке электроэнергии и мощности энергогенерирующая компания должна быть готова к соблюдению жестких правил и иметь рентабельное производство. В этой связи актуальными являются мероприятия, направленные на улучшение показателей эксплуатации энергетических котлов на основе правильной и своевременной оценки тепловой эффективности регенеративных воздухоподогревателей.

Постановка задачи В технологической схеме Набережно-Челнинской ТЭЦ для получения «острого пара» применяются энергетические котлы П-образной компоновки, в которых к газомазутным горелкам подается природный газ с предварительно подогретым воздухом. В топках котлов, в процессе горения топлива, образуются высокотемпературные продукты сгорания (далее по тексту дымовые газы), которые, отдав основную часть теплоты в радиационных и конвективных поверхностях нагрева, поступают во вращающиеся регенеративные воздухоподогреватели, откуда дымососами удаляются в атмосферу через дымовую трубу. В регенеративных воздухоподогревателях, дымовые газы, через теплообменную поверхность в виде вращающегося ротора, состоящего из 24 пакетов с набивкой из металлических листов (см. рис. 1), передают теплоту движущемуся параллельно и противотоком холодному воздуху. Из-за разности давлений между потоками горячих дымовых газов и холодного воздуха, через неплотности в районе нижних и верхних секторных плит, возникают перетоки (присосы) воздуха из воздушного тракта в газовый тракт, что снижает эффективность работы вращающегося регенеративного воздухоподогревателя. Переток (присос) воздуха в газовый тракт у регенеративного воздухоподогревателя РВП-54, по данным 3, составляет 20−25%.

1- опора нижняя; 2 — редуктор; 3 — привод; 4 — опора верхняя; 5 — патрубок; 6 — крышка; 7 — пакет нагревательной набивки; 8 — ротор; 9 — обод цевочный.

В процессе эксплуатации энергетических котлов типа ТГМ — 84 Б на Набережно-Челнинской ТЭЦ при проведении планового осмотра была выявлена пониженная герметичность уплотнений регенеративных воздухоподогревателей РВП — 54 М (далее по тексту РВП). Проблеме пониженной герметичности посвящено большое количество исследований, по ней уже давно ведутся разработки и имеются запатентованные решения, как у нас, так и за рубежом 4, 5. Для того чтобы обеспечить нормальный режим горения и теплообмена в энергетическом котле при пониженной герметичности уплотнений РВП, приходится увеличивать нагрузку на дымососы и дутьевые вентиляторы. В результате ухудшаются контрольные показатели по присосам воздуха и удельному расходу электроэнергии на тягу и дутье, и как следствие возникает задача о том, как своевременно выявить и устранить неисправность в работе РВП. Решению этой задачи и посвящено расчетное исследование.

Предлагаемое решение Наладка, настройка и испытание РВП занимают важное место в общем комплексе наладочных работ 6, 7. Согласно требованиям нормативных документов 8, 9, после проведения ежемесячных контрольных испытаний энергетических котлов и оборудования котельного цеха, перед проведением и после окончания текущих и капитальных ремонтных работ, производится анализ и оценка эффективности работы, как котельного агрегата в целом, так и элементов его технологической схемы. Анализ и оценка осуществляется по результатам проведенных испытаний, на основании составленных отчетов по работе оборудования за текущий месяц работы, ведомостей основных параметров технического состояния котельной установки.

В настоящее время на Набережно-Челнинской ТЭЦ для оценки тепловой эффективности работы оборудования в целом и котельной установки в частности, применяется метод оценки с помощью специализированного программного обеспечения АСОПР (Автоматизированная система мониторинга технико-экономических показателей) и TWM АСКУ (оперативный расчет КПД котлов). Перечисленные программно-технические комплексы позволяют по окончании суток производить расчеты и генерировать отчеты по различным категориям параметров оборудования ТЭЦ. Сопоставление фактических показателей работы котлов и результатов их инструментального обследования с нормативными значениями, определение конкретных причин отклонений от нормативных характеристик, проводится на основе сравнительного анализа по следующим показателям 8, 9: температуре уходящих газов за последней поверхностью нагрева (дымососом); коэффициенту избытка воздуха в режимном сечении; присосам воздуха в топку и конвективную шахту; потерям тепла с механической и химической неполнотой сгорания; расходам электроэнергии на механизмы собственных нужд (дутьевые вентиляторы, дымососы, мельницы, питательные насосы); расходам тепла на собственные нужды (отопление и вентиляцию, мазутное хозяйство, размораживающее устройство, калориферы, обдувку поверхностей нагрева, потери с продувкой, водоподготовительную установку).

Для оперативной оценки показателей тепловой эффективности работы РВП на Набережно-Челнинской ТЭЦ предлагается производить расчет температурных напоров и коэффициентов тепловой экономичности по показаниям приборов, измеряющих температуру потоков дымовых газов и воздуха. Текущий температурный напор в набивке РВП характеризует чистоту поверхности набивки: чем чище поверхность набивки, тем меньше температурный напор и больше коэффициент теплопередачи, при прочих равных условиях (см. рис. 2, 3) 10.

Рис. 2. Температурные напоры газовой и воздушной стороны РВП

Рис. 3. Схема движения потоков дымовых газов и воздуха

Для определения тепловой эффективности РВП составлена методика, по которой произведен расчет температурных напоров и коэффициентов тепловой экономичности по текущим показателям температур дымовых газов и воздуха на примере котельного агрегата ст. № 9. В качестве примера для сравнения эксплуатационных характеристик котельного агрегата использованы оперативные исходные данные по котельному агрегату ст. № 9 (см. табл. 1), взятые из программного обеспечения «Автоматизированная система мониторинга технико-экономических показателей» на даты 02.02.17 г. и 22.05.17 г.

Методика выполнения расчета.

1. Заполняем таблицу оперативных исходных даных (см. табл. 1).

Таблица 1.

Оперативные исходные данные по котлу ст. № 9.

2. Рассчитываем эффективность работы РВП по воздушной стороне по формуле:

(1).

где: Eвс — эффективность по воздушной стороне; tдг — температура дымовых газов; tуг — температура уходящих газов; tгв — температура горячего воздуха; tхв — температура холодного воздуха.

3. Рассчитываем эффективность работы РВП по газовой стороне по формуле:

(2).

где: Eгс — эффективность по газовой стороне; tдг — температура дымовых газов; tуг — температура уходящих газов; tхв — температура холодного воздуха.

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности РВП по формуле:

(3).

где: Kтэ — коэффициент тепловой эффективности; Eвс — эффективность по воздушной стороне; Eгс — эффективность по газовой стороне.

• 5. Сводим полученные с использованием данной методики результаты в табл. 2
• 6. Анализируем полученные результаты, делаем выводы, принимаем решения.

Таблица 2.

Результаты расчетов по котлу ст. № 9.

Выводы

По результатам проведенного анализа по котлу ст. № 9 (табл. 2), сделаны следующие выводы.

• 1. Выявлено различие между показателями тепловой эффективности РВП установленного на нитке «А» и РВП установленного на нитке «Б» (в 4.64% на дату 02.02.17 и в 5.76% на дату 22.05.17), что указывает на необходимость проведения работ по устранению ненормативных присосов и неплотностей и настройке системы уплотнений РВП на нитке «А».
• 2. По каждому РВП в отдельности коэфициент тепловой эффективности также изменился, но не так значительно и однозначно, как в первом пункте (ухудшился на 0,49% для РВП на нитке «А» и улучшился на 0,63% для РВП на нитке «Б»).
• 3. При равенстве температурных напоров на горячем (tдг-tгв) и холодном (tуг-tхв) концах РВП коэффициент Ктэ = 100%. Если температурный напор на горячем конце больше чем на холодном, то Ктэ 100%. Если (tдг-tгв) (tуг-tхв), то Ктэ 100%. Отклонение коэффициента Ктэ от значения, достигнутого в ходе наладки, настройки и испытаний энергетического котла указывает на изменение условий работы или неисправность РВП.
• 4. Показатели тепловой эффективности по газовой (Егс) и воздушной (Евс) сторонам позволяют определить направление для поиска причин снижения тепловой эффективности РВП. Причинами могут быть: изменение расхода и теплосодержания греющего или нагреваемого потоков; изменение сопротивления элементов по газовому или воздушному тракту; сверхнормативные перетоки; ухудшение тепловосприятия набивки из-за загрязнения или деформации.
• 5. Приведенный в статье алгоритм мониторинга тепловой эффективности, при его включении в программу автоматизированной системы мониторинга технико-экономических показателей работы котлов, позволяет в режиме реального времени проводить оперативную оценку работы РВП, сопоставлять фактические показатели работы с их предыдущими значениями и на основе анализа результатов выявлять и устранять непроизводительные потери.

регенеративный воздухоподогреватель энергетический котел.

• 1. Страхова Н. А., Горлова Н. Ю. Концепция энергоресурсосберегающей деятельности в промышленности. Инженерный вестник Дона, 2011, № 1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/359.
• 2. Страхова Н. А., Лебединский П. А. Анализ энергетической эффективности экономики России. Инженерный вестник Дона, 2012, № 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/999.
• 3. Боткачик И. А. Регенеративные воздухоподогреватели парогенераторов. М.: Машиностроение, 1978. — 175 с.
• 4. US Patent App. US 591 5340A, США, F23L 15/02. Variable sector plate quad sector air preheater. James P. Cronin (Wellsville, NY), Thomas Gary Merger (Bolivar, NY).
• 5. US Patent App. US 545 6310A, США, F23L 15/02. Rotary regenerative heat exchanger. Mark E. Brophy (Wellsville, NY), Wayne S. Counterman; (Wellsville, NY).
• 6. Трембовля В. И., Фигнер Е. Д., Авдеева А. А. Теплотехнические испытания котельных установок. — М.: Энергия, 1977. — 296 с.
• 7. Янкелевич В. И. Наладка газомазутных промышленных котельных. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 216 с.
• 8. Методика оценки технического состояния котельных установок до и после ремонта: РД 34.26.617−97. — М.: СПО ОРГРЭС, 1998. — 12 с.
• 9. Воздухоподогреватели регенеративные вращающиеся РВП-54, РВП-68, РВП-9,8. Групповые технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования: СТО 70 238 424.27.060.01.008 — 2009. — М.: ЦКБ Энергоремонт, 2010. — 129 с.
• 10. Равич Р. Б. Эффективность использования топлива. — М.: Наука, 1971. — 358 с.