CC BY
13УДК 697.32
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ СЖИГАНИИ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО
ТОПЛИВА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
Шайхед О.
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Украина
Проведены расчеты экономической эффективности при сжигании высокозольных Донецких углей в низкотемпературном кипящем слое (НТКС) для котлов малой и средней мощности. Произведен сравнительный вариант расчета годового расхода топлива для двух видов топок. Подсчитан коэффициент полезного действия котла при сжигании низкосортного топлива. Рассчитан чистый дисконтированный доход. Кипящий слой, котел, расход топлива, топка.
Введение
В настоящее время все большее применение находит сжигание твердого топлива в топках с низкотемпературным кипящим слоем (НТКС). Одним из основных факторов, которые отличают этот способ от других известных, является возможность сжигать слабореакционные низкосортные топлива с большой зольностью. В связи с этим в качестве топлива в топках с НТКС можно использовать отходы угледобычи и углепереработки, стоимость которых значительно ниже стоимости сортовых углей. Поэтому при сжигании твердых топлив в НТКС может быть получен большой экономический эффект.
Украина владеет значительными ресурсами высокозольных углей и отходов углеобогащения, которые могут быть использованы в тепловой энергетике с помощью современных технологий [1]. Главным районом добычи угля в Украине является Донецкий бассейн.
Анализ публикаций
Экономическая эффективность применения технологии НТКС обусловлена ее следующими преимуществами:
а) отсутствием шлакования и загрязнения поверхностей нагрева;
б) предпочтительностью по стоимости и долговечности топок НТКС перед типовыми слоевыми топками;
в) возможностью сжигания различного типа топлив и горючих отходов;
г) использованием свободного кипящего слоя без погруженных в слой поверхностей нагрева, что упрощает конструкцию, исключает абразивный износ.
По сравнению с альтернативными, внедрение технологии НТКС требует существенно меньше капитальных затрат. Технология НТКС наиболее адаптирована к топливам ухудшенного качества, позволяет устанавливать воздухораспределительную решетку небольших размеров, под которую подается 40 - 50 % воздуха, участвующего в горении; остальной воздух поступает через сопла вторичного дутья. Это гарантирует: хорошее выжигание топлива без применения дорогостоящих сепарационных устройств с возвратом уноса, снижение выбросов оксидов азота в 2 раза за счет двухстадийного горения и низких температур слоя.
Цель и постановка задачи
Повысить эффективность и экономичность работы котлоагрегатов малой и средней мощности при сжигании высокозольных углей за счет усовершенствования конструкции топки с НТКС, минимизировать вредное воздействие на окружающую среду.
Методика исследований
Автором было предложено новое конструктивное решение топок с НТКС, позволяющее снизить расходы топлива, улучшить экологические и экономические показатели и уменьшить эмиссию вредных выбросов (СО; К0х; 802) [2]. Принципиальная новизна заключается:
1) в организации длительного горения топлива за счет увеличения объема зоны горения. Длительность горения увеличивается прежде всего за счет увеличения топочного объема устройством кладки.
2) в формировании зоны горения за счет формы кладки, пережима вверху зоны горения, особой подачи топлива и вторичного дутья.
3) в организации подачи вторичного воздуха, возможности изменения положения сопел вторичного дутья.
4) в подаче топлива как можно выше над слоем, что позволяет лучше регулировать подготовку угля и выжигать мелкий уголь сразу в надслоевом пространстве.
Экономический эффект от применения слоевого способа сжигания угля на котлах малой и средней мощности в общем виде может быть выражен формулой:
Э = Э экспл + Эрем, ав + Ээкол-, (1)
где Ээкспл - эффект в сфере эксплуатации котлов (достигается вследствие повышения КПД котла в результате сокращения потерь тепловой энергии от механической неполноты сгорания топлива);
Эрем, ав - сокращение удельных годовых затрат на ремонты и послеаварийные запуски котлов;
Ээкол - выраженный в стоимостном выражении экологический эффект от сокращения выбросов оксидов азота и размещения твердых отходов. Рассмотрим указанные составляющие экономического эффекта.
Коэффициент полезного действия котла описывается выражением:
ц" = 100 -X съ%, (2)
X я = я2 + я3 + я4 + q5 + 46, (3)
где я2 - потери с физическим теплом уходящих газов;
Я3 - потеря с химической неполнотой сгорания;
- потеря с механическим недожогом;
- потеря тепла через ограждения котла в окружающую среду;
Я6 - потеря тепла с физическим теплом шлаков.
Подсчет потерь тепла от механического недожога производится по золовому балансу топлива [3]. Механический недожог топлива, как уже указывалось, расчленяется на три части: потери от провала топлива через зазоры колосниковой решетки, потери в шлаках и с уносом:
ун шл пр Л / / л \
= Я4 + Я4 + Я4, % (4)
Результаты и их анализ
По результатам исследований определены значения я4 для углей Донбасского месторождения: марки Г я4 = 5,3 %; марки Д я4 = 4,4 %; марки Т я4 = 1,24%. Для расчета КПД котла принимаем среднее значение я4 = 3,6 %. Тогда при я2 = 5,81 %; я3 = 0,86 %; я4 = 3,6 %; я5 = 1,2 %; яв = 0 %, значение ц = 100 -11,47 = 88,53% .
Рассчитаем годовой расход топлива на один котел со стандартной слоевой топкой:
В = -0н_. 3600 • 4392 = 10 '103 • 3600 • 4392 »^°82 млн. т/год (5)
^ . Qр 0,75 • 19490
Годовой расход топлива на один котел с разработанной конструкцией топки составит:
В = • 3600 • 4392 = —10 •103 • 3600 • 4392 » 916 тыс. ^^ (6) ^ . QH 0,885 • 19490
где 4392 - продолжительность отопительного периода, час.
Итак, за счет снижения механического недожога в конструкциях топки котлов малой и средней мощности до 3,6 %, происходит экономия топлива 165тыс. т/год. При
настоящей стоимости высокозольных углей 800-1100 грн/т годовой экономический эффект при использовании одного котла составит в среднем » 150 тыс. грн.
Снижение затрат на текущие ремонты и послеаварийные запуски котлов определяется по данным эксплуатирующих организаций из расчета стоимости текущих ремонтов и стоимости топлива на растопку котлов. Расход топлива на растопку котлов в год зависит от числа и длительности остановок котлов, от величины поверхности нагрева котлов. Число остановок котлов в сезоне и длительность остановок перед растопкой определяются по утвержденному режимному графику работы котельной и графикам планово-предупредительных осмотров и ремонтов. Расход топлива на одну растопку котла принимается по данным табл.1.
Таблица 1.
Расход топлива на растопку котлов ( в кг условного топлива на одну растопку)
Поверхность нагрева котла, 2 м Длительность остановки котла, час
2 6 12 18 24 48 более 48
До 50 10 25 50 75 100 200 300
51-100 17 50 100 150 200 400 600
101-200 34 100 200 300 400 800 1200
201-300 52 150 300 450 600 1200 1800
301-400 68 200 400 600 800 1600 2400
401-500 85 250 500 750 1000 2000 3000
Поскольку котлы мощностью до 10 МВт со слоевыми топками зарекомендовали себя как достаточно надежные и безаварийные, в содержании ремонтов отсутствуют ликвидация последствий кратерного и абразивного износа конструкций котла [4]. В среднем экономия годовых затрат на ремонтные работы составляет 1,1-1,5 тыс. грн. на один котел.
Стоимостное выражение экологического эффекта (от сокращения массы отходов (золы, шлака) при их средней плотности 1,5 т/м3 и классе опасности отходов - 4) может быть выполнено по формуле:
Ээкол = М'Зтранс + М'Нразм (7)
где М - масса отходов, т;
Зтранс - тариф на транспортировку 1 тонны отходов на полигоны (» 60 грн/т);
Нразм - ставка платы за размещение 1 тонны отходов (плата за загрязнение окружающей среды), Нразм=0,80 грн/т.
В среднем на один котел годовая сумма платежей сокращается на 0,16-0,24 тыс. грн.
Таким образом, внедрение результатов работы позволит получить экономический эффект в размере 165 тыс. грн./год на 1 котел.
Учитывая то, что срок эксплуатации подобных котлов составляет в среднем 7 лет, рассчитаем чистый дисконтированный доход за весь срок службы котла.
Чистый дисконтированный доход - это разница между суммой дисконтированных чистых денежных поступлений (либо сэкономленных средств) в течение прогнозируемого срока и суммой исходной инвестиции.
Формула расчета чистого дисконтированного дохода имеет вид:
* ДП- V И *
ЧДД = 177^-£Ип *(1 + *)
п=1 (1 + *) п=1 (8)
где ДПп - поступления денежных средств (денежный поток) от реализации инвестиций в п-м году;
ё - коэффициент дисконтирования, учитывающий затраты на покрытие инфляционных процессов, изменение стоимости капитала, привлекаемого для реализации инвестиционного проекта. В расчетах принимается равным 12% (по ставке НБУ); Ип - начальные инвестиции; N - количество лет реализации проекта.
Затраты на модернизацию котла (начальные инвестиции) составляют 3,4 тыс. грн. тттттт 16,4 16,4 16,4 16,4 16,4 16,4
ЧДД = ' + ' „.2 + ' 3 + ' + ' +■
(1 + 0,12)1 (1 + 0,12)2 (1 + 0,12)3 (1 + 0,12)4 (1 + 0,12)5 (1 + 0,12)6
16,4 0 „„ „„
- 3,4 • (1+0,12) = 72,79
(1 + 0,12)7
Критерием эффективности проектов является положительное значение ЧДД. Поскольку ЧДД > 0 , проект является выгодным для инвесторов.
Выводы
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что сжигание высокозольных углей в низкотемпературном кипящем слое позволяет наиболее эффективно и экономично использовать низкосортные угли, в том числе Донецкого бассейна. Данное решение приведет к уменьшению затрат топлива и материальных ресурсов, уменьшению негативного воздействия на окружающую среду и улучшению качества энергоносителей, отпускаемых потребителю.
Список использованной литературы
1. Сургай, М. С. Вугшля, i тшьки вугшля врятуе Украшу [Текст] / М. С. Сургай // «Економст». - 2000. - №5. - С. 40-42.
2. Шайхед, О.В. Конструкция топки для сжигания углей в низкотемпературном кипящем слое [Текст] / О.В. Шайхед // Вестник. - 2009.- С.114-117.
3. Баскаков, А. П. Котлы и топки с кипящим слоем [Текст] / А. П. Баскаков, В. В. Мацнев, И. В. Распопов - М. : Энергоатомиздат, 1996. - 352с.
4. Бородуля, В. А. Технология сжигания в кипящем слое и опыт разработки котлов на местных видах топлива для централизованного теплоснабжения. Горение твердого топлива [Текст] /В. А. Бородуля // Сборник докладов VII всероссийской международной конференции. - Новосибирск.,2009.
5. Толмачев, Д. В. Роль и перспектива отдельных энергоносителей в энергетики Украины [Текст] / Д. В. Толмачев // «Экономист». - 2000. - №7 - С. 37-39.
