CC BY
134
Результатом применения пакета System Identification Toolbox к исходным рядам данных по расходу топлива и давлению пара на выходе котла является полученная математическая модель в дискретной форме по каналу «расход топлива - давление пара».
При необходимости модель из дискретной формы может быть переведена в непрерывную.
В дальнейшем полученную математическую модель целесообразно использовать для исследования объекта.
Библиографический список
1. Ешенко А.А. Современные подходы к проблемам по- 2. Дьяконов В.П.. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в мате-
строения математических моделей тепловой работы ванны матике и моделировании. Серия «Библиотека профессиона-
стекловаренных печей // Вестник Иркутского государствен- ла». М.: СОЛОН-Пресс, 2005. 576 с.
ного технического университета. 2013. №3 (74). С.100-106.
УДК 621.183
АНАЛИЗ РАБОТЫ КОТЛА ДКВр-4,0-13 ПОСЛЕ МОНТАЖА
1 л 4
© В.А. Бочкарев', Г.С. Кудряшев2, А.Г. Фролов3
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приводятся результаты обследования котельной Усольского молочного комбината после монтажа котла ДКВр-4,0-13, сжигающего мазут. На основании обследования и теплотехнических измерений дан анализ качеству выполненного монтажа и работе котла. Предлагаются мероприятия, позволяющие повысить эффективность сжигания мазута. Произведен оценочный расчет по снижению затрат на мазут при реализации предложенных мероприятий.
Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: сжигание мазута; мазутные горелки; дымовые газы; давление мазута; диаметр мазутных капель; потери тепла в котельном агрегате и КПД котла.
ANALYSIS OF ДКВР-4,0-13 BOILER OPERATION AFTER INSTALLATION V.A. Bochkarev, G.S. Kudryashev, A.G. Frolov
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article introduces the examination results of Usolye dairy plant boiler room after the installation of ДКВр -4,0-13 boiler that burns fuel oil. The conducted examination and thermal measurements allowed to analyze the quality of the performed installation and boiler's operation. The measures to improve the efficiency of fuel oil burning are proposed and the estimate calculation to reduce fuel oil cost under the implementation of the proposed measures is provided.
2 figures. 2 tables. 4 sources.
Key words: fuel oil burning; fuel oil burners; flue gases; fuel oil pressure; fuel oil droplet diameter; heat losses in a boiler unit and boiler efficiency.
В котельной Усольского молочного комбината по проекту установлены два котельных агрегата марки ДКВр-2,5-13, оснащенные горелочными устройствами для сжигания мазута. В связи с тем что котельные агрегаты выработали свой технический ресурс, а также в связи с увеличением на молочном комбинате тепловых нагрузок, в 2013 году запланирована плано-
вая замена котлов ДКВр-2,5-13 на котельные агрегаты ДКВр-4,0-13.
Весной 2013 года был смонтирован и запущен в эксплуатацию котел ДКВр-4,0-13.
Паровой двухбарабанный вертикальноводотрубный котел ДКВр-4,0-13 предназначен для выработки сухого насыщенного пара (рис. 1 ,а,б).
1Бочкарев Виктор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
Bochkarev Victor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Power Engineering, tel.: 89149022470, e-mail: v_bochkariev@mail.ru
2Кудряшев Геннадий Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры электрических станций, сетей и систем, тел.: 89148880030.
Kudryashev Gennady, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electrical Stations, Networks and Systems, tel.: 89148880030.
3Фролов Александр Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: 89025783263, e-mail: frolov@istu.edu
Frolov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Power Engineering, tel. : 89025783263, e-mail: frolov@istu.edu
77/73
5М0
б)
Рис.1. Котел паровой ДКВр-4,0-13 ГМ: а - продольный разрез; б - поперечный разрез
Котел имеет экранированную топочную камеру и развитый кипятильный пучок из гнутых труб 9, 10. Для уменьшения потерь тепла с уносом и химическим недожогом топочная камера 4 делится шамотной перегородкой 6 на две части: собственно топку 4 и камеру догорания 5. Внутри котельного пучка имеются две чугунные перегородки 7, 8, которые делят его на первый 9 и второй 10 конвективные газоходы и обеспечивают горизонтальный разворот газов в пучках при поперечном омывании труб.
Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные.
Барабаны 2, 3 с внутренним диаметром 1000 мм изготавливаются из стали 16ГС и имеют толщину стенки 13 мм. Экраны 2 и кипятильные пучки 9, 10 выполняются из стальных бесшовных труб 0 51 х 2,5 с толщиной стенки 2,5 мм. Трубы боковых экранов 2 установлены с шагом 80 мм.
За котельным агрегатом установлен водяной экономайзер марки ЭП2-142. Котлоагрегат должен при номинальной нагрузке иметь следующие теплотехнические характеристики (табл. 1).
Таблица 1 Теплотехнические характеристики котла ДКВр-4,0-13
Котельный агрегат оборудован двумя газомазутными горелками 1 (рис. 1,а,б) марки ГМГ-2м. Технические характеристики горелки представлены в табл. 2.
Таблица 2
Технические характеристики горелки ГМГ-2м
Для улучшения распыления мазута при нагрузках ниже 70% предусматривается подача пара на форсунку давлением 0,1—0,2 МПа (1-2 кгс/см2) с температурой до 200 О0.
При обследовании котельного агрегата ДКВр-4,0-13 после монтажа весной 2013 года выявлено, что выход дымовых газов из топки выполнен с отклонениями от проектной документации. По проекту выход дымовых газов из топки должен быть с правой стороны от шамотной перегородки и иметь размер 670 х1560 мм (см. рис.1 ,а, позиция 6). Дымовые газы, покидая топку котла, попадают в камеру догорания и далее в первый и второй конвективные газоходы. При движении дымовые газы (после камеры догорания) отдают тепло в первом и втором конвективных газоходах. При этом дымовые газы омывают тепловоспринимающие трубы в конвективных газоходах по всей высоте до выхода из котла.
На смонтированном котле выход дымовых газов из топки выполнен по всей ширине топки высотой 480 мм от нижней части верхнего барабана с выходом в камеру догорания. Поэтому дымовые газы омывают тепловоспринимающие трубы в конвективном газоходе не по всей высоте, а только частично (менее чем на половину высоты). В результате этого:
1. Котельный агрегат не может взять номинальную нагрузку.
2. Камера догорания не выполняет своей функции. Следствием этого является неполное выгорание капелек мазута и их налипание на тепловоспринимающие трубы. Налипшие капли впоследствии выгорают, превращаясь в наружные сажистые отложения. Наружные сажистые отложения на трубах конвективного пучка приводят к снижению их тепловосприятия.
3. Сажистые отложения на трубах водяного экономайзера приводят к его забиванию, повышению аэродинамического сопротивления водяного экономайзера, повышению давления в топочной камере и выходу дымовых газов в котельное помещение.
При эксплуатации котла ДКВр-4,0-13 практически постоянно наблюдается выход черного дыма из дымовой трубы. Причинами выхода черного дыма из дымовой трубы может быть:
- неправильно собранная мазутная форсунка (не обеспечивает требуемый распыл мазута и коптит);
- холодный мазут с температурой ниже 60 С0;
- низкое давление мазута (ниже 10 (кгс/см2);
- плохой распыл (забиты или изношены детали форсунки).
Температура мазута во время проведения замеров составляла 108 С0, давление мазута перед мазутными форсунками - 2,3 кгс/см2 при нагрузке на котле 2,4 т/ч. Поднять нагрузку на котле выше 2,5 т/ч не удавалось из-за указанных выше причин.
Низкое давление мазута приводит к увеличению среднего диаметра мазутных частиц. Средний диаметр мазутных капель в механических форсунках зависит от давления мазута по имперической зависимости (мкн) [1]:
с*сР * Др_ ^ ,
где Др - перепад давления в мазутной форсунке, Па.
Показатель ГМГ-2м
Производительность при номинальной нагрузке, ГДж/ч (Гкал/ч) 8,38 (2)
Давление мазута при номинальной производительности, МПа (кгс/см2) 2 (20)
Вязкость мазута у форсунок, °УВ 3
Длина факела при номинальной нагрузке на мазуте, м 1,4-1,6
Угол раскрытия факела, Оо От 65 до 75
Сопротивление горелки по воздуху, кПа (кгс/м2) 1,2 (120)
Общий расход воздуха, м 3/ч 2700
Давление пара на распыливание при работе на нагрузках ниже 70%, МПа (кгс/см2) 0,1 -0,2 (1-2)
Диаметр сопла, мм 2,0
Коэффициент избытка воздуха в топке 1,15
Коэффициент избытка воздуха при минимальной нагрузке 1,35
Температура газов на выходе из топки, °С 840
Температура газов за котлом, °С 270
Температура газов за водяным экономайзером, °С 140
Расчетный КПД котельного агрегата, % 89,8
Расчетный расход топлива, кг/ч 282
Для форсунок малого диаметра (до 3 мм) /с2 =
О , 3 - 0 ,3 7. В расчетах /с2 = 0 ,3.
При увеличении давления мазута с 2,3 до 15 кгс/с м 2 из м ен е н и е среднего диаметра мазутных частиц составит
/2,3\-0’3
Мг,
'р = Ы = 17 55
Согласно [2] продолжительность выгорания капли мазута пропорциональна квадрату ее начального диаметра. Изменение начального диаметра капелек мазута в 1,755 раза приведет к снижению времени выгорания примерно в 3,1 раза.
При низком давлении мазута увеличивается средний диаметр мазутных частиц. Это приводит к увеличению времени их горения и сажистым отложениям в водяном экономайзере, а также к повышенному аэродинамическому сопротивлению. Следствием этого является повышение давления в топочной камере и, как следствие, снижение паропроизводительности котла.
Рм, кгс/см2
значения коэффициента избытка воздуха за водяным экономайзером. Значение коэффициента избытка воздуха составляет 1,9—2,1 при нормативном значении 1,3—1,4, это приводит к дополнительным потерям тепла с уходящими газами (на 4-5%).
Суммарное снижение КПД котла ДКВр-4-13 за счет повышенной температуры уходящих газов и увеличенного коэффициента избытка воздуха составляет 7,2%. Данные обстоятельства приводят к повышенному расходу мазута при 50%-ной нагрузке на котле (на 8 кг/ч).
За месяц увеличение затрат на топливо (при стоимости мазута 10000 руб/т) составляет:
ДЗТ = 8 ■ 2 4-3 0 ■ 10 000 ■ 1 0“3 = 5 7600 руб/ ме ся ц .
Для котла ДКВр-4-13 необходимо по результатам балансовых испытаний составить режимную карту, с использованием которой в процессе эксплуатации котельный агрегат будет работать более эффективно, это подтверждается опытом эксплуатации и на других типах котлов [4].
D,т/ч
Рис. 2. Зависимость давления мазута (Рм) от нагрузки (D) на котле ДКВр-4,0-13
Необходимо осуществлять регулярный контроль за исправностью мазутных форсунок, прочищать и своевременно заменять изношенные детали форсунок, соблюдая точность их сборки и установки.
Для правильного ведения топочного процесса, отвечающего высокой экономичности сжигания мазута, необходимо регулировать давление мазута перед мазутными форсунками в зависимости от нагрузки на котле [3] (рис. 2).
Выполненный газовый анализ дымовых газов газоанализатором «ТеБЬ-340» показал повышенные
Заключение
1. Необходимо выполнить монтаж выходного окна из топочной камеры в соответствии с проектной документацией.
2. Для данного котла ДКВр-4-13 по результатам балансовых испытаний необходимо составить режимную карту.
3. Давление мазута перед мазутными форсунками нужно поддерживать в соответствии с режимными характеристиками для горелки ГМГ-2м.
Библиографический список
1. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Л.: Недра, 1989. 304 с.
2. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства / под ред. Д.М. Хзмаляна. М.: Энергия, 1979. 488 с.
3. Волковыский Е.Г., Шустер А.Г. Экономия топлива в ко-
тельных установках. М.: Энергия, 1973. 304 с.
4. Бочкарев В.А., Фролов А.Г., Морозов К.А. Повышение эффективности сжигания азейского угля в котле КВ-ТСВ-20 // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. №8. С.186-192.
УДК 621.31:338.45
ВЕРТИКАЛЬНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ГЕНЕРАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ: ПРИЧИНЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ1 © М.Ю. Васильев2
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Статья посвящена задаче анализа возможных эффектов от отмены запрета генерирующим компаниям строить и эксплуатировать собственные линии электропередач. Показано, что линии электропередач, вводимые генерирующими компаниями, могут быть более прибыльны, чем аналогичные линии, вводимые специализированными сетевыми компаниями. Явление основано на интернализации внешнего эффекта, когда при строительстве линии генерирующей компанией прибыль от линии и прибыль от увеличения объемов продажи электроэнергии объединяются в рамках одной компании. Дается графическое описание причин этого явления.
Ил. 2. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: электроэнергетика; передача электроэнергии; отделение сетей от генерации; регулирование сетевых компаний; вертикальная интеграция.
VERTICAL INTEGRATION OF POWER GENERATION AND TRANSMISSION: REASONS FOR EFFICIENCY AND GRAPHICAL REPRESENTATION M.Yu. Vasilyev
L.A. Melentiev Energy Systems Institute SB RAS,
130 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
The article analyzes possible effects caused by the repeal of a ban for generating companies on building and operation of their own power transmission lines. It is shown that the power transmission lines that are put into operation by generating companies can be more profitable than similar power lines operated by specialized network companies. The phenomenon is based on the internalization of the external effect. When the generating company builds a power transmission line the profit from the line and the profit from the increased sales of power are combined within a single company. The reasons of this phenomenon are given a graphic description.
2 figures. 7 sources.
Key words: power industry; electric power transmission; separation of networks from generation; network companies control; vertical integration.
Введение
В результате реформирования электроэнергетики во многих странах произошел переход от вертикально интегрированной структуры отрасли, сочетавшей генерацию, передачу и распределение электроэнергии в рамках одной компании, к дезинтегрированной структуре, где передающие и распределяющие сети отделены от генерации и сбыта электроэнергии. Применение этого принципа можно увидеть в электроэнергетике Великобритании, США, Аргентины, Чили и других стран [1-6]. Принцип вертикальной дезинтеграции применяется и в России.
Однако исследования показывают, что подход к регулированию электроэнергетики, при котором генерирующие компании могут строить и эксплуатировать
собственные ЛЭП, позитивно влияет на рынок, увеличивая объемы передачи и снижая цены для потребителей [7]. Эффект, описанный в [7], является очень важным для оптимизации регулирования электроэнергетики и требует разработки упрощенных моделей и их графического представления для наглядности и более легкого понимания сути явления.
В разделе 1 статьи приведена упрощенная постановка задачи, на основании которой в разделе 2 описаны прибыль и издержки, возникающие при строительстве новых ЛЭП генерирующими и специализированными сетевыми компаниями.
1. Постановка задач и Рассмотрим простую двухузловую ЭЭС, в которой производители электроэнергии подключены к узлу а, а
1 Работа выполнена при поддержке ведущей научной школы НШ-1507.2012.8.
2Васильев Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории реформирования электроэнергетики, тел.: 79021763226, e-mail: vassiliev@ieee.org
Mikhail Vasilyev, Candidate of technical sciences, Scientific Researcher of the Laboratory of Electrical Power Industry Reformation, tel.: 79021763226, e-mail: vassiliev@ieee.org
