Анализ эффективности работы котлов на жидком и твердом топливе

Анализ эффективности работы котлов на жидком и твердом топливе
Ахметов Алихан Алибекович, магистрант
Степанова Ольга Александровна, к.т.н., доцент
Ермоленко Михаил Вячеславович, к.т.н.
Тоимбаев Алмас Болатбекович, магистр
Нургалиев Данияр Нуржанович, магистр
Государственный университет имени Шакарима города Семей
В статье рассматриваются вопросы эффективности сжигания мазута и угля в
котлах одинаковой производительности. Представлены результаты по определению потерь теплоты с уходящими газами и через ограждающие поверхности котельного агрегата в зависимости от производительности.
Ключевые слова: топливо, потери теплоты с уходящими газами, потери теплоты
через ограждающие поверхности котельного агрегата, КПД котла.
Вопросы эффективного сжигания топлива остаются актуальными в настоящее время. Пути уменьшения потерь теплоты и снижение количества сжигаемого топлива рассматривается в работах многих авторов, так как сжигание топлива в большом количестве
практически всегда сопровождается определенными потерями, приводящими к снижению
КПД котельного агрегата [1, 2].
Особенность работы котельного оборудования в северо-восточных регионах Казахстана обуславливается особым географическим положением наибольшим удалением на
материке от океанов. Территория открыта арктическому бассейну, но изолирована от влияния Индийского океана высочайшими горными системами Азии.
С географическим положением связаны такие особенности климата, как различия в
степени континентальности и увлажненности, изменения температурных условий по сезонам года, большое разнообразие типов климата. Резкая континентальность климата объясняется большими амплитудами годовых и суточных температур. Зимой достигает минус
45 оС, летом – до плюс 45 оС, что повышает актуальность изучения и совершенствования
работы оборудования [3].
Цель исследования – анализ эффективности работы котельных агрегатов, работающих на жидком (мазут М40) и твердом (уголь марки «Д» разреза Каражыра ВКО) топливе.
Этапы проведения работы представлены на рисунке 1.
котел, работающий
на жидком топливе
ВЫБОР ОБЪЕКТА
ИССЛЕДОВАНИЯ
котел, работающий
на твердом топливе
определение потерь
теплоты с уходящими
газами
определение потерь
теплоты через
ограждающие
конструкции
определение КПД котла
анализ полученных
данных
Рис. 1. Этапы проведения работы
Испытания проводились для котлов одинаковой мощности при нагрузке 50, 75 и
100 % от номинальной. Использовались общепринятые методики. Повторяемость опытов
трехкратная, число параллельных определений двух- трех- кратное. Обработку полученных результатов производили программой MSExcel.
Результаты экспериментальных исследований по определению зависимости тепловых потерь с уходящими газами и потерь через ограждающие конструкции в зависимости
от нагрузки котла представлены на рисунке 2.
12
11
10
Потери тепла q, %
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
50
75
100
Теплопризоводительность Q, % от номинальной
q5 - потери тепла в окружающую среду для котла на мазуте
q2 - потери тепла в уходящими газами для котла на мазуте
q5 - потери тепла в окружающую среду для котла на угле
q2 - потери тепла в уходящими газами для котла на угле
Рис. 2. Зависимость потерь теплоты с уходящими газами q2
и через ограждающие поверхности q5 от производительности котла
при сжигании жидкого и твердого топлива
В результате математической обработки получены следующие зависимости:
- потери теплоты с уходящими газами q2 ж , %, для котла, работающего на жидком
топливе:
q2 ж  1,45Q  5,5 ,
где Q - производительность котельного агрегата, % от номинальной;
(1)
- потери теплоты с уходящими газами q 2 т , %, для котла, работающего на твердом
топливе:
q2 т  1,55Q  6,0 ;
(2)
- потери теплоты через ограждающие поверхности q5 ж , %, для котла, работающего на жидком топливе:
q5 ж  0,24Q  1,140 ,
(3)
- потери теплоты через ограждающие поверхности q5 т , %, для котла, работающего
на твердом топливе:
q5т  0,25Q  1,143 .
(4)
С ростом теплопроизводительности котла наблюдается увеличение потерь теплоты
с уходящими газами, как при сжигании мазута, так и при сжигании угля. При этом следует
отметить, что данный вид потерь тепла выше при сжигании угля. Главные факторы, влияющие на значение потерь теплоты с уходящими газами - это температура уходящих газов, зависящая от размера конвективной поверхности котла и интенсивности отдачи теплоты к этой поверхности, и величина коэффициента избытка воздуха. При сжигании твердого топлива величина коэффициента избытка воздуха выше, чем при сжигании жидкого
топлива, что приводит к увеличению общего объема уходящих газов, содержащего как
продукты сгорания, так и частично неиспользованный воздух. Соответственно и увеличиваются потери теплоты с уходящими газами.
Результаты экспериментальных исследований по определению КПД котла в зависимости от нагрузки котла представлены на рисунке 3.
В результате математической обработки получены следующие уравнения:
- зависимость КПД котла
,
%, от производительности при сжигании жидкого
топлива:
  1,25Q  93,7 ;
- зависимость КПД котла
,
(5)
%, от производительности при сжигании твердого
топлива:
  0,60Q  85,6 .
(6)
95
КПД, %
90
85
80
75
50
75
100
Теплопризоводительность Q, % от номинальной
мазут
уголь
Рис. 3. Зависимость КПД котла от производительности
при сжигании жидкого и твердого топлива
Полученные результаты показали, что КПД котла на твердом топливе ниже, также
следует отметить, что КПД котлов уменьшается с ростом производительности, так как с
ростом производительности увеличиваются потери теплоты с уходящими газами. Уменьшение потерь теплоты в окружающую среду через ограждающие поверхности и элементы
котла меньше, чем увеличение потерь с уходящими газами, поэтому не происходит увеличения КПД котла.
Литература:
1.
Воликов А.Н., Новиков О.Н., Окатьев А.Н. ЭНЕРГОЭКЛОГИЧЕСКАЯ ЭФ-
ФЕКТИВНОСТЬ СЖИГАНИЯ ГАЗОВОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА В КОТЛАХ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2012.
– № 4; URL: www.science-education.ru/104-6610 (дата обращения: 29.04.2015).
2. Величкин П. С. Исследование потерь теплоты котла КЕ-25–14С ТЭЦ-1 города
Семей [Текст] / П. С. Величкин, Д. В. Мясоедов, А. Д. Золотов // Молодой ученый. —
2014. — №15. — С. 65-67.
3. ОФИЦИАЛЬНЫЙ САЙТ АКИМА ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ
URL: http://www.akimvko.gov.kz (дата обращения: 06.04.2015).
4. Алияров Б.К. д.т.н., Алиярова М.Б. к.т.н., Ерекеев О.К. к.т.н. Основные проблемы теплоснабжения в Республике Казахстан // «Новости Теплоснабжения». - 2003. - № 11.
Статья опубликована в журнале «Молодой ученый», № 9, 2015 г., с. 154-157