Снижение потерь теплоты с уходящими газами

Основными потерями в котельных установках являются потери с теплотой отходящих газов [17]. Потери теплоты с уходящими газами (q₂) в котлах без хвостовых поверхностей, работающих с a¹a_опт, могут достигать 25 %. Мероприятия, способствующие уменьшению потерь q₂, следующие.

1. Установка водяного питательного поверхностного экономайзера (экономайзера и воздухоподогревателя) – экономия газа 4-7 %, теплофикационного – 6-9 %, контактного – 10-15 % в зависимости от температуры уходящих газов. Запишем выражение для потерь теплоты с уходящими газами в упрощенном виде (без учета теплоты вносимой холодным воздухом)

(172)

и рассчитаем изменение потерь при увеличении (уменьшении) температуры уходящих газов на ∆t_ух

. (173)

Для природного газа V⁰ ≈ 9,7 м³/м³; м³/м³; МДж/м³. При средней теплоемкости продуктов сгорания с_г = 1,5 кДж/м³ и коэффициенте избытка воздуха a = 1,2 отношение . Таким образом увеличение (уменьшение) температуры уходящих газов на 20 ºС приводит к изменению КПД на 1 %. При больших избытках воздуха влияние изменения температуры уходящих газов более существенно.

2. Работа котлоагрегата с оптимальным коэффициентом избытка воздуха a = a_опт. Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке выше оптимального приводит к снижению температуры в топке и уменьшению температурного напора, кроме того, увеличивается расход электроэнергии на привод вентилятора и дымососа. Из выражения (172) следует, что при изменении коэффициента избытка воздуха на ∆a потери теплоты с уходящими газами меняются на

. (174)

При температуре уходящих газов в диапазоне 120-170 ºС увеличение ∆a на 0,1 приводит к увеличению q₂ на 0,5-0,7 %.

3. Увеличение плотности газоходов приводит к уменьшению присосов воздуха по тракту котла. Увеличение присосов воздуха по газовому тракту котел – дымосос на 10 % приводит к перерасходу газа на 0,5 %, повышению расхода электроэнергии на привод дымососа на 4-5 %.

Рассмотрим эффективность установки воздухоподогревателей. Котлы марки КВГМ, как правило, не укомплектованы воздухоподогревателями, что обусловливает в некоторых случаях повышенное значение температуры уходящих газов. Расчетное значение температуры уходящих газов у котла КВГМ-180 составляет 175 °С. Простой срок окупаемости проекта при установке за котлом воздухоподогревателя рассчитывается следующим образом. При известных значениях расхода топлива В₁, температуры уходящих газов t_ух, коэффициенте избытка воздуха a_ух и КПД котлоагрегата h рассчитывают значения потерь теплоты с уходящими газами

. (175)

При установке воздухоподогревателя за котлом температура газов снизится до значения . При этом уменьшатся потери теплоты с уходящими газами до значения

(176)

и возрастет КПД котельного агрегата

. (177)

Это приводит к снижению расхода топлива:

(178)

что позволяет рассчитать годовую экономию топлива как

, (179)

где h – число часов работы котлоагрегата в течении года; Ц_т – стоимость природного газа.

Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, определятся выражением

. (180)

Площадь поверхности теплообмена определится из выражения

, (181)

где температурный напор рассчитывается как

, (182)

а коэффициент теплопередачи - по критериальным формулам при предварительно заданной скорости движения газа и воздуха в диапазоне 7 -15 м/с. После определения площади поверхности теплообмена уточняются конструктивные характеристики воздухоподогревателя, а именно: число труб, длина, шаги между трубами - и уточняется значение коэффициента теплопередачи. Обычно воздухоподогреватель изготавливают из труб 40×1,5, шаги между трубами при шахматном их расположении составляют 40-45 мм и 45-60 мм. Для котлов малой мощности используют трубы меньшего диаметра. После уточнения конструктивных характеристик: общего числа труб n, поперечного и продольных шагов, свободного сечения для прохода газа и воздуха - уточняют значения скоростей газа и воздуха. Затем определяют уточненное значение площади поверхности воздухоподогревателя F и его длину . При известной массе металла и стоимости одного килограмма Ц_м ориентировочные затраты на изготовление и монтаж воздухоподогревателя составят З_вп≈2МЦ_м. На рис. 73 представлены расчеты годовой экономии топлива и затраты на монтаж (в ценах 2006 г.) воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180 при различной температуре уходящих газов. Уменьшение температуры продуктов сгорания вплоть до 110 °С окупается практически за один год З_вп ≈ Э_т. При охлаждении продуктов сгорания до более низких температур возникают дополнительные затраты, связанные с обеспечением надежной работы дымовой трубы.

Рис. 73. Годовая экономия топлива и затраты на монтаж

воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180