CC BY
146
72
Общетехнические и социальные проблемы
ся в резком снижении жесткостных характеристик материала - модулей упругости и коэффициентов Пуассона).
• В ходе итерационного конечно-элементного расчета на каждом этапе по уточненным значениям деформаций пересчитываются секущие модули двух направлений. В конечном счете либо выясняется такая равновесная конфигурация, в которой система приспосабливается к заданной нагрузке, либо делается вывод о разрушении конструкции.
Библиографический список
1. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона / ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1974. - 316 с.
2. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. - М.: Стройиздат, 1976. - 208 с.
3. Холмянский М.М. Контакт арматуры с бетоном. - М.: Стройиздат, 1981. - 184 с.
4. Konig G., Dehn F., Holschemacher K., Weifie D. Determination of the bond creep coefficient for lightweight aggregate concrete (LWAC) under cycle loading // Concrete for Extreme Conditions: Proceedings of the International Conference held at the University of Dundee, Scotland, UK on 9-11 September 2002. - London: Tomas Telford Publishing, 2002. -P. 673-683.
5. Torlen A., Horrigmoe G. Modeling of bond between reinforcement and concrete for deteriorated and repaired beams (in Norwegian). NORUT Technology, Narvik, Norway, 1998, Report No. NTAS A98034.
6. Castellani A., Coronelli D. Beams with corroded reinforcement: Evaluation of the effects of cross-section losses and bond deterioration by finite element analysis. Structural Faults and Repair-99, London, UK, July 1999.
7. Horrigmoe G. Assessment of the performance and safety of deteriorated concrete structures. Concrete Solutions: Conference Proceedings and Papers 1st International Conference on Concrete Repair, St-Malo, France, 15 - 17 July 2003. - Published by GR Technolo-gie Ltd, London, UK, 2003. - Vol.1. - P. 209-223.
8. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. - М.: Стройиздат, 1996. - 416 с.
9. Zheng, L., Wan E. Experimental investigation of the failure patterns and mechanical properties for plain concrete with cracks / Repair, rejuvenation and enhancement of concrete. Proc. Of the Int. Seminar at the Univ. Of Dundee, Scotland, UK, 5-6 Sept. 2002. - Thomas Telford Publishing, London, 2002. - P. 257-266.
10. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. - 2-е изд - М.: Наука, 1977. - 416 с.
11. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. - М.: Наука, 1974. - 312 с.
УДК 628.51
А. Б. Буянов, С. И. Степанов, В. И. Крылов, А. С. Краснов
2006/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические и социальные проблемы
73
БАЛАНСОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПАРОВОГО КОТЛОАГРЕГАТА ДЕПОВСКОЙ КОТЕЛЬНОЙ
Проведенное в деповской котельной инструментальное обследование эффективности эксплуатации котельного агрегата на основе его балансовых тепловых испытаний позволило определить величины отдельных составляющих тепловых потерь, КПД агрегата и выявить возможный потенциал энергосбережения. В данной статье представлены методика и условия проведения таких испытаний, а также полученные результаты и их анализ. Определен возможный потенциал экономии топлива.
котлоагрегат, тепловой баланс, измерения, потери теплоты, нагрузка, паропроизводительность, КПД.
Введение
В соответствии с федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика на 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 г.» для железнодорожного транспорта определены три основных направления снижения расхода топливно-энергетических ресурсов: 1) электропотребление на тягу поездов; 2) теплоты и топлива в стационарном хозяйстве; 3) электроэнергии в стационарной энергетике. Разработка и внедрение мероприятий по экономии ресурсов возможны только после проведения энергетического обследования отдельного структурного подразделения. В данной работе представлены частичные результаты энергетического обследования деповской котельной Октябрьской ж. д. по второму направлению снижения расхода топливно-энергетических ресурсов.
1 Методика проведения испытаний
Для балансовых испытаний был определен котел Е-1-9 М-2 (регистрационный номер №3013, станционный номер ст. №213). Измерения основных параметров работы этого парового котла производились по штатному манометру давления вырабатываемого пара, установленному на котле, а также рядом дополнительных измерительных приборов и устройств.
Физико-химические свойства топлива - мазута М100 - при проведении испытаний использовались по данным представленного сертификата на это топливо. Состав уходящих газов определялся метрологически поверенным отечественным газоанализатором “Каскад-200”. Температуры питательной воды и мазута измерялись контактным цифровым термометром ТК-5-3. Рабочее давление пара на котле замерялось по штатному поверенному манометру, установленному на котле. Продувка парового котла во время проведения испытаний котла не осуществлялась.
Измерения выполнялись на трех режимах работы котла. Режимные карты на котельной отсутствуют. Первый режим испытаний определялся
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/1
74
Общетехнические и социальные проблемы
нагрузкой котлоагрегата при паспортной паропроизводительности (около 1000 кг/ч). Дальнейшее понижение нагрузки при переходе с режима на режим осуществлялось изменением расхода топлива в сторону снижения паропроизводительности. При этом осуществлялся контроль полноты сгорания топлива по содержанию в уходящих газах продуктов неполного сгорания (СО) и по визуальным признакам (цвету пламени в топке).
Потери теплоты с уходящими газами рассчитывались по методике теплотехнических расчетов М.Б. Равича [1]:
Чг =
t - 0,89 • t
ух
2100
f /^/"»макс Л
С'+ 0 00 ^1
^ CO2 + CO + CH4 J
• 100%,
где tyx, 7в - температуры соответственно уходящих газов и подаваемого в топку воздуха, °С;
CO2, CO, CH4 - содержание в уходящих газах углекислого газа, окиси углерода и метана, %;
С"и K - эмпирические коэффициенты, зависящие от температуры уходящих газов.
Потери теплоты с химической неполнотой сгорания в случае, когда не определяется содержание водорода и метана в продуктах неполного сгорания топлива, высчитываются по формуле [2]:
80 • CO 3 CO2 + CO
Потери теплоты от механической неполноты сгорания при сжигании мазута определялись по наличию сажистых частиц в уходящих газах и по цвету дымовых газов на срезе дымовой трубы [3]. Во время испытаний дымовые газы на срезе трубы были серого цвета.
Потери теплоты в окружающую среду (45) определялись по графику, в зависимости от частичной и номинальной паропроизводительности котлоагрегата. При нагрузках, отличающихся от номинальной, фактические потери q5 пересчитывались по формуле, %:
Ч5 = Ч5
Д'
Д
факт
где Дном и Дфакг - номинальная и фактическая паропроизводительность, т/ч.
КПД «брутто» котлоагрегата определялся по обратному тепловому балансу, %:
Л* =100 - (Ч2 + Чз + Ч4 + Ч5).
2006/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические и социальные проблемы
75
Удельный расход топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии определялся по формуле, кг у.т/Гкал:
Ьу =
142,87
лбр
!ка
где h
бр
ка
подставляется в долях.
2 Условия проведения балансовых испытаний
В период обследования котельной покрытие тепловых нагрузок на технологию, отопление и вентиляцию осуществлялось работой одного парового котла типа Е-1-9 М-2 ст. №13.
Балансовые испытания проводились на мазуте М100 с температурой 98°С и теплотой сгорания 9600 ккал/кг.
3 Результаты испытаний и их анализ
Результаты испытаний котельного агрегата Е-1,0-0,9 М-2 от
12.11.2005 г. ст. №13 на трех режимах работы представлены в сводной таблице.
Анализируя результаты испытаний котла ст. №13, можно сделать следующие выводы.
1. Горелочное устройство котла работало устойчиво без срывов и пульсаций.
2. О неорганизованных присосах воздуха в топку котла можно говорить условно, т. к. замеров избытка воздуха в топке не проводилось. Однако следствием завышенной подачи первичного дутьевого воздуха через шиберы явилось превышение измеренного коэффициента избытка воздуха а над его паспортным значением на всех обследованных режимах работы котла (рис. 1). В то же время воздуха в топке было недостаточно, т. к. имело место появление СО в продуктах сгорания, что, вероятно, обусловлено недостаточным давлением воздуха.
Сводная таблица результатов испытаний
№ п/п Наименование величин Размер- ность Котлоагрегат ст. №13
Номер опыта, нагрузка, %
1 2 3
99% 81% 58%
1 Количество работающих горелок шт. 1 1 1
2 Топочный объем 3 м 2,2 2,2 2,2
3 Поверхность нагрева котла 2 м 31,6 31,6 31,6
4 Низшая теплота сгорания (при 20°С) ккал/кг 9600 9600 9600
5 Температура мазута перед горел- °С 98 97 98
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/1
76
Общетехнические и социальные проблемы
№ п/п Наименование величин Размер- ность Котлоагрегат ст. №13
Номер опыта, нагрузка, %
1 2 3
99% 81% 58%
ками
6 Давление пара в барабане кгс/см2 4 4 4
7 Энтальпия пара ккал/кг 656,23 656,23 656,23
8 Паропроизводительность кг/ч 990 810 580
9 Температура питательной воды °С 72 71 71
10 Температура холодного воздуха °С 24 28 29
11 Состав за котлом: СО2 О2 СО СО ^х SО2
% 11,70% 11,40% 10,90%
% 6,64% 7,03% 7,69%
ppm 10 10 20
% 0,01 0,01 0,02
ppm 160 100 140
ppm 660 280 290
12 Коэффициент избытка воздуха за котлом 1,42 1,45 1,52
13 Температура газов за котлом °С 332 312 269
14 Цвет дымовых газов на срезе дымовой трубы Серый Серый Серый
15 Расход топлива кг/ч 74 60 44
16 Потери теплоты: с уходящими газами от химического недожога от механического недожога в окружающую среду (^5ном = 1,5%) % 18,06% 18,16% 19,35%
% 13,95% 13,25% 12,10%
% 0,55% 0,57% 1,19%
% 0,02% 0,02% 0,02%
% 3,54% 4,32% 6,03%
17 Тепловая мощность котла Г кал/ч 0,58 0,47 0,34
18 КПД брутто по обратному балансу % 81,94% 81,84% 80,65%
19 Удельный расход условного топлива на выработку 1 Гкал теплоты кг у.т/Гкал 174,34 174,56 177,13
20 Средневзвешенный КПД брутто по обратному балансу % 81,59%
21 Средневзвешенный удельный расход условного топлива на выработку 1 Гкал теплоты кг у.т/Гкал 175,09
a
40%
Расчетный
Испытания
60%
80%
100%
Д
факт
2006/1
Proceedings of Petersburg Transport University
77
Общетехнические и социальные проблемы
Рис. 1. Зависимость коэффициента избытка воздуха за котлом от паропроизводительности
3. Эксплуатация котлов в котельной ведется персоналом интуитивно, т. к. режимные карты в котельной отсутствуют.
4. Потери теплоты от химической неполноты сгорания присутствовали на всех режимах нагрузки котла.
5. При испытаниях дымовые газы, выходящие из дымовой трубы, были светло-серого цвета: это означало, что имел место незначительный механический недожог мазута.
6. Котельный агрегат работал при давлении пара 4 кгс/см , что не соответствует рекомендациям инспекции органов Роснадзора. Разрешенное рабочее давление пара на котлах составляет 8 кгс/см . Снижение давления пара в барабане относительно номинальной величины, равной 8 кгс/см , понижает тепловосприятие в экранных трубах котла, что в общем ухудшает эффективность его работы.
7. Температура уходящих газов за котлом была ниже расчетных значений из-за высокого избытка воздуха для горения топлива, что обусловлено отсутствием режимной карты и как следствие - излишне открытыми шиберами.
8. Сравнение расчетных (паспортных) значений КПД котла с результатами испытаний представлено в графическом виде на рисунке 2 и позволяет сделать вывод о наличии потенциала экономии топлива при рациональной эксплуатации котла.
9. Обмуровка испытуемого котла является относительно герметичной и находится в удовлетворительном состоянии.
пбр
'Расчетный
КПД
Результаты
испытаний
Дфакт
дном
Рис. 2. Зависимость КПД брутто парового котла ст. №13 от паропроизводительности
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/1
78
Общетехнические и социальные проблемы
Заключение
На основании анализа результатов испытаний были сделаны следующие общие выводы о работе парового котла ст. №13 и его техническом состоянии.
1. Поверхности нагрева котла являются относительно чистыми.
2. Обмуровка котла находится в удовлетворительном техническом состоянии.
3. Режимы горения топлива в котлах устанавливаются эксплуатационным персоналом практически интуитивно из-за отсутствия режимных карт и неукомплектованности котлов контрольно-измерительными приборами -давления и температуры мазута, разряжения в топке, давления и температуры дутьевого воздуха, содержания кислорода за котлом, расхода пара.
4. Средневзвешенный КПД брутто при балансовых испытаниях котла ст. №13 составил 81,59%, что соответствует удельному расходу условного топлива 175,09 кг у. т./Гкал. В исследованном диапазоне нагрузок по паропроизводительности котла ст. №13 при нагрузке 99,0%, близкой к номинальной, КПД брутто составлял Дкабр = 81,94%, а при нагрузке 58,0% от номинальной; 'Лкабр=80,65%. Удельный расход условного топлива на этих режимах соответственно составил 174,34 кг у. т/Гкал и 177,13 кг у. т/Гкал.
5. В сравнении с расчетным (паспортным) значением КПД результаты испытаний показывают, что имеет место существенный потенциал энергосбережения, составляющий по средневзвешенным показателям 7,02 кг у.т./Гкал и связанный в основном с оптимизацией организованного избытка воздуха путем выполнения наладки процесса горения мазута, составления режимных карт и с последующей эксплуатацией котлов на рабочем давлении, разрешенном органами государственного надзора и по режимной карте.
6. Средневзвешенный потенциал экономии топлива составляет 4%, или 10,3 т у.т/год, на всю деповскую котельную.
Библиографический список
1. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов котлоагрегатов. - М.: Изд-во АН., 1978. - 428 с.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / НПО ЦКТИ, СПб., 1998. - 297 с.
3. Методика нормирования расхода тепла и топлива стационарными установками железнодорожного транспорта / МПС РФ. - М., 2002. - 93 с.
УДК 699.841+691 Ж. В. Иванова
2006/1
Proceedings of Petersburg Transport University
