Размещено на http://www.allbest.ru/

Как наладить эксплуатацию котлов со слоевыми топками

К.т.н. Б.Я. Каменецкий,

ведущий научный сотрудник,

ВИЭСХ, г. Москва

Котлы с ручными слоевыми топками, в частности секционные водогрейные котлы типа «Универсал», «Энергия», «Минск», эксплуатируемые в небольших отопительных котельных, широко распространены в негазифицированных районах. Они просты, дешевы, могут работать на различных видах топлива, однако их тепловая эффективность находится на низком уровне: КПД не превышает 70%, а тепловая мощность ограничена величиной 0,5 МВт.

С целью определения показателей работы отопительных котлов в НИИсантехники (г. Москва) были проведены их теплотехнические испытания. Для сопоставления показателей котлов испытания проводились в экспериментальной котельной по специальной методике [1]. В соответствии с методикой все котлы испытывались при работе на каменном угле марки 2СС Кузнецкого бассейна, грохоченном через сито с размерами ячеек 25x25 мм, с уравновешенной тягой, т.е. при работе с дутьевым вентилятором и дымососом и при забросе угля равными порциями через каждые 10 мин (топочный цикл). Избыток воздуха в уходящих газах поддерживали на уровне б=1,4-1,6.

Результаты испытаний, представленные на рис. 1, показали существенное снижение КПД всех котлов с нагрузкой вследствие роста основной составляющей потерь тепловой энергии с уходящими газами (q2) и потерь в результате химического недожога топлива (q3) [2]. Однако эти результаты дают мало информации для выяснения причин неэффективной работы котлов, поскольку условия эксплуатации существенно отличаются от условий теплотехнических испытаний.

Котлы в небольших котельных эксплуатируются на рядовых углях с большим содержанием мелочи, с редкими забросами больших порций угля (до 70 кг). Многие котлы работают на естественной тяге дымовой трубы, часто без дутьевого вентилятора. Работа без дутья сопряжена с большим разрежением в топке, что приводит к значительным подсосам наружного воздуха, разбавлению топочных газов и в конечном счете к снижению тепловосприятия топочных экранов.

По мере накопления слоя шлака на колосниковой решетке увеличивается его аэродинамическое сопротивление, что приводит к постоянному уменьшению поступления воздуха в топку и к снижению тепловой мощности котла.

Отсутствие газоанализаторов не дает возможности поддерживать рациональное соотношение топливо - воздух, что обычно приводит к увеличенным избыткам воздуха в газах б=2-2,5. Большие избытки воздуха вредны, поскольку существенно снижают эффективность котла, что иллюстрируют результаты расчета для секционного котла при нагрузке 0,7 МВт (рис. 2). При увеличении избытка воздуха в газах растут не только объемы уходящих газов, но и их температура, что приводит к значительному росту потерь тепловой энергии с уходящими газами.

В итоге суммарные потери теплоты УС оказываются минимальными при избытке воздуха в уходящих газах б ух~1,4.

Только эксплуатационные показатели работы могут дать ответ о рациональном использовании котлов. Так, например, были проведены измерения показателей работы котлов в эксплуатационных условиях в отопительной котельной подмосковного пансионата, где установлены два котла «Универсал-6» и два котла «Кировец» средних типоразмеров. Котлы работали на рядовых углях марки ССР без дымососа на естественной тяге дымовой трубы высотой 30 м. Персонал старался не включать дутьевой вентилятор, поскольку это приводило к увеличению интенсивности сгорания угля и необходимости чаще забрасывать топливо в топку. Испытатели лишь фиксировали параметры работы котлов, не вмешиваясь в работу кочегаров [3].

Некоторые результаты измерений для котла «Кировец», работающего совместно с котлом «Универсал-6» без дутьевого вентилятора представлены на рис. 3. После заброса порции угля массой около 50 кг вся поверхность слоя покрывалась «свежим» углем, вследствие чего топочные газы резко охлаждались до 180 ОС. В этих условиях верхнее зажигание топлива обеспечивалось за счет излучения поверхности кирпичной кладки, которая благодаря тепловой инерции оставалась нагретой до температуры 750 ОС. После прохождения стадий подсушки, нагрева фракций угля и выделения летучих фиксировался быстрый рост температуры топочных газов в надслойной зоне. Самая активная стадия горения наблюдалась через 15-18 мин после загрузки порции угля, при этом температура газов достигла 1000 ОС, а количество тепловой энергии, передаваемой теплоносителю за единицу времени (тепловосприятие), увеличилось в 3 раза.

Вследствие роста температуры уходящих газов до 300 ОС тяга трубы возросла до 100-120 Па, а разрежение в топке - до 40 Па, что привело к увеличению объемов поступающего в слой воздуха. Тем не менее, в период наиболее интенсивного горения локальное содержание кислорода в топочных газах снижалось, в их составе появлялись продукты неполного сгорания (СО, Н2, СН4) даже при значении среднего коэффициента избытка воздуха в уходящих газах бух=2,5.

К моменту следующей загрузки угля все показатели вернулись к исходным значениям, после чего топочный цикл повторился. Средние показатели этого режима (оценочно): тепловая мощность - 230 кВт, КПД=70%, потери с уходящими газами - 24%.

Показатели работы котла «Универсал-6» (мощность и КПД) оказались существенно ниже, главным образом, вследствие неэффективной работы конвективной поверхности нагрева (продольное омывание плоской поверхности секций газами с низкими скоростями). Кроме того, конструкция котла не позволяет проводить очистку (обдувку) поверхности секций от сажистых и золовых загрязнений без остановки работы котла.

При работе котла «Кировец» с уравновешенной тягой (с дутьевым вентилятором) разрежение в топке снизилось, что привело к уменьшению присосов наружного воздуха в топку, однако большие значения избытка воздуха остались, а следовательно, и значительные потери тепловой энергии с уходящими газами. Расход воздуха в этом случае ограничен лишь напором дутьевого вентилятора и сопротивлением слоя. При использовани дутьевого вентилятора в проведенном опыте поступление воздуха в топку возросло, что привело к ускорению стадий горения и снижению продолжительности топочного цикла до 2530 мин. В результате тепловая мощность котла возросла до 330 кВт при расходе угля 65 кг/ч.

Можно выделить четыре общие причины низкой эффективности котлов со слоевыми топками.

1. Работа без дутья. Мощность котла снижена, поскольку ограничена величиной тяги дымовой трубы, расходуемой на преодоление сопротивления не только котла, но и слоя топлива и шлака. Повышенное разрежение в топке приводит к большим присосам наружного воздуха, большим избыткам его в газах, повышению температуры и потерям тепловой энергии с уходящими газами.

2. Большие интервалы между загрузками топлива. Это приводит к чрезмерной неравномерности процесса горения, локальному снижению избытка воздуха и, как следствие, к химическому недожогу угля.

3. При работе с дутьем большие избытки воздуха в газах (из-за отсутствия приборов контроля состава газов) приводят к большим потерям тепловой энергии с уходящими газами.

4. Наружные загрязнения конвективных поверхностей снижают КПД котла, а при работе без дутья - и его мощность.

Для эффективной эксплуатация котлов со слоевыми топками должны быть соблюдены следующие условия.

1. Котлы должны работать с уравновешенной тягой (с использованием дутьевых вентиляторов) даже при низких нагрузках. Если такой возможности нет, то необходимо проводить чистку колосниковой решетки от шлака не реже чем через каждые 4 ч.

2. Необходимо поддерживать разрежение в топке на уровне 5-10 Па для снижения присосов наружного воздуха в топку. Необходимо обязать заводы-изготовители комплектовать поставляемые котлы тягомерами.

3. Следует загружать топливо в котел не реже чем через 25 мин (при всех значениях тепловых нагрузок).

4. Требуется проводить обдувку конвективных поверхностей от наружных загрязнений во время работы котлов, конструкция которых это допускает («Кировец», «Братск»), не реже чем каждые 4 ч.

5. При частичных нагрузках котельных необходимо держать в работе большее количество котлов, даже если нагрузку можно обеспечить одним котлом [4].

Литература

котел топка слоевой эффективность

1. Методика определения номинальной теплопроизво- дительности отопительных котлов до 3 МВт. ОНТИ НИИсантехники. М. 1983, 73 с.

2. Каменецкий Б.Я. Интенсификация теплопередачи в конвективной поверхности котлов // Промышленная энергетика. 2009, № 7. С. 16-18.

3. Каменецкий Б.Я. Эксплуатационные показатели котлов со слоевыми топками // Промышленная энергетика. 2009, № 10. С. 23-25.

4. Каменецкий Б.Я. Экономия топлива в котельных при работе с частичной нагрузкой // Новости теплоснабжения. 2008, № 6. С. 18-20.

Размещено на Allbest.ru