Библиографическое описание:

Мясоедова Е. Н., Коротецкий И. Н., Степанова О. А., Ермоленко М. В., Надырова А. Р. Исследование эффективности работы котельного агрегата в зависимости от состояния обмуровки // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 203-207.

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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle