Котёл — ключевой элемент системы теплоснабжения, и оптимизация режима его работы может дать ощутимый эффект в части снижения затрат предприятия. Сколько сможете сэкономить вы? Считайте вместе с «Клубом ПИ».
Эффективный котел: основные правила
Эксплуатация котла при оптимальном количестве воздуха на горение позволяет свести к минимуму потери тепла с уходящими дымовыми газами и повысить КПД сжигания топлива. Эффективность сжигания топлива является мерой того, насколько эффективно калорийность топлива преобразуется в полезную тепловую энергию.
Основные индикаторы того, насколько эффективно сжигается топливо:
- температура дымовых газов в дымовой трубе
- концентрация кислорода (или диоксида углерода) в дымовых газах.
При полном перемешивании требуется точное или стехиометрическое количество воздуха для того, чтобы он весь вступил в реакцию с необходимым количеством топлива. На практике условия горения никогда не бывают идеальными, поэтому для полного сгорания топлива требуется дополнительный или «избыточный» воздух.
При разработке котлов и анализе их работы, при оценке качества ведения топочного режима обычно пользуются не фактическим объемом подаваемого воздуха, а коэффициентом его избытка (λ), под которым понимают отношение фактически подаваемого количества воздуха к теоретически необходимому:
λ=Vд / Vт
Требуемое количество избыточного воздуха определяется на основе анализа концентрации кислорода или диоксида углерода в дымовом газе. Если избыточного воздуха будет слишком мало, это может привести к тому, что топливная смесь сгорит не полностью (углеводороды, СО, сажа, дым и т.д.), а если избыточного воздуха будет слишком много, это приведет к потерям тепла в увеличенном объеме дымовых газов. В результате чего общая эффективность сжигания топлива при производстве пара снизится. В таблице ниже приведена зависимость КПД сжигания топлива производительности котла от процентного содержания воздуха и кислорода в дымовых газах.
Эффективность сгорания природного газа в качестве топлива при условии полного сгорания и минимальной влажности воздуха для горения
В грамотно спроектированных системах, работающих на природном газе, количество избыточного воздуха может достигать 10% от теоретически необходимого объема. Как показывает практика, эффективность котла может быть увеличена на 1% на каждые 15% уменьшения количества избыточного воздуха или на каждые 4,5°С снижения температуры дымовых газов.
Считаем экономию
Котел работает 8000 часов в год и ежегодно потребляет 14,1 млн. м3 природного газа, производя 20 тонн пара в час при давлении 1 Мпа.
Анализ дымового газа показал, что количество избыточного воздуха в нем составляет 44,9%, разница между температурами дымового газа и воздуха для горения составляет 204°С. Из таблицы получаем, что эффективность сжигания топлива в котле составляет 78.2% (E1). Регулировка котла позволяет снизить количество избыточного воздуха до 9,5% при разнице между температурами дымового газа и воздуха для горения 149°С. Эффективность сжигания топлива в котле увеличивается до 83,1% (E2).
При стоимости природного газа 4,8 млн. руб. за млн м3*, ежегодная экономия составляет:
Ежегодная экономия = Потребление топлива x (1–E1/E2) x Стоимость топлива
= 14,1 х (1 – 78,2 / 83,1) х 4,8 = 14,1 х (1 – 0,94) х 4,8 = 14,1 х 0,059 х 4,8 = 3,993 млн. руб. в год
«Первый инженер» советует
- При работе котлов количество избыточного воздуха часто превышает оптимальный уровень. Чтобы поддерживать количество избыточного воздуха на оптимальном уровне, периодически проверяйте состав дымовых газов и выполняйте наладку ваших котлов.
- Подумайте о том, чтобы организовать онлайн-мониторинг уровня кислорода в дымовых газах, чтобы быстро определять тенденции потерь энергии. Это позволит вам обеспечить раннее предупреждение о сбоях в управлении и обеспечить вас данными для принятия решений.
- Процентное количество кислорода в дымовом газе можно измерять при помощи недорогих газопоглощающих тестовых комплексов (газоанализаторов). Более дорогие ручные газоанализаторы с возможностью подключения к компьютеру отображают процент кислорода, температуру дымового газа и КПД котла. Мы рекомендуем использовать их в системах, потребляющих топлива более чем на 30 млн руб. ежегодно.
- В случаях, когда потребление топлива сильно меняется (котлы на газе, получаемом при переработке нефти, щепе и многотопливные котлы), а также когда сильно варьируется расход пара, имеет смысл установить поточный анализатор количества кислорода. Система регулирования количества кислорода обеспечит обратную связь с органами управления горелкой, что позволит автоматически уменьшать количество избыточного воздуха и оптимизировать качество топливно-воздушной смеси.
Статья подготовлена с использованием материалов сайта https://www.energy.gov
* Расчет основан на тарифах для объектов Московской области. Используя данные о тарифах вашего региона и параметрах работы вашего котла, вы можете рассчитать потенциал экономии на вашем предприятии.
