CC BY
106
УДК 662.61.502.36 В. Р. ВЕДРУЧЕНКО
В. В. КРАЙНОВ М. В. КОКШАРОВ Н. В. ЖДАНОВ М. В. КУЛЬКОВ
Омский государственный университет путей сообщения
ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Выполнен анализ разведанных запасов основных энергетических ресурсов: нефти и газа на перспективу до 2300 года в разных странах мира и прогноз добычи угля, нефти и газа в России до 2020 г. Приведена приближенная оценка эффективности инженернотехнических мероприятий для котельных малой мощности; приведены некоторые результаты испытаний котлов фирмы «Октан» на газе.
Ключевые слова: ресурсы, прогноз, добыча, теплоэнергетика, экономичность, контроль.
Современная структура топливноэнергетического баланса в значительной степени определяется заметным истощением запасов нефти и продолжающимся повышением мировых цен на нефть, превысивших уровень 50 долларов за баррель (158,987 л). Мировые ресурсы разведанных месторождений составляют около 150 млрд т нефти (из них в странах бывшего СССР — примерно 10 млрд т, или около 7 % мировых запасов нефти) [1]. Россия добывает около 10 % от мирового производства нефти [1]. Но основными поставщиками жидких углеводородов на мировой рынок являются страны Ближнего Востока (Ирак, Саудовская Аравия, Иран), обладающие наибольшими сырьевыми ресурсами (рис. 1) [2]. В настоящее время в мире ежегодно добывается около 3 млрд т нефти. При сохранении такого уровня добычи нефти ее запасов может хватить на 50 лет. Причем из-за роста спроса на нефть будет непрерывно нарастать ее дефицит, который к 2025 г. достигнет 16 млн баррелей в день.
В Российской Федерации ситуация осложняется прогнозируемым падением добычи нефти после 2010 г. К этому времени Россия будет испытывать дефицит нефтепродуктов в размере до 10 млн т в год [1]. В то же время добыча каменного угля и природного газа в период до 2020 г. будет увеличиваться (рис. 2) [3].
Малую теплоэнергетику Омского региона характеризуют следующие признаки: значительное число объектов и большая суммарная мощность, малые мощность единичных агрегатов и капиталоемкость отдельно взятых объектов, отсутствие нормативной базы, существенная социальная значимость, значительный износ основных фондов, отсутствие квалифицированного персонала. На теплоснабжение области работают более 2000 муниципальных и ведомственных котельных. Из них более 40 расположены в Омске, а остальные в сельских районах. Эти котельные обеспечивают не менее 60 % и потребности в тепловой энергии в социальной сфере [4].
Омская областная целевая программа энергоресурсосбережения была принята в регионе одной из первых еще в 2003 г. В соответствии с губернаторской программой газификации и схемой газоснабжения области и оказалась логически связанной с более поздней программой технического перевооружения жилищно-коммунального комплекса [4].
Поэтому рациональное энергосбережение является главной задачей в практике эксплуатации теплоэнергетического оборудования в промышленной сфере и жилищно-коммунальном хозяйстве. Для решения такой задачи требуется разработка и внедрение энергосберегающих технологий с минимальными удельными расходами энергоресурсов. Это в значительной мере относится к котельным малой и средней мощности [5 — 7].
На котлах большой мощности, как правило, установлена специальная автоматика для контроля за режимами их работы и оптимизации этих режимов. На котельных малой и средней мощности она часто отсутствует. Это приводит к тому, что котлы со временем начинают работать в неоптимальных режимах, когда расход топлива существенно возрастает, увеличивается количество вредных выбросов.
Причины отклонения от исходного оптимального режима, на который котел настраивается при его пуске — естественная разрегулировка топливосжигающих устройств, смена вида топлива, его сорта или качества и т.д. В любом случае результатом является нерациональное (неоптимальное) использование топлива, например, его неполное сгорание, увеличение выбросов вредных веществ в окружающую среду. Учитывая, что малых котельных — огромное количество, обеспечение постоянного контроля за режимами работы становится серьезной народно-хозяйственной проблемой как в области энергосбережения, так и в области охраны окружающей среды [4 — 8].
Анализ материалов по экономии и рациональному расходованию топлива и топливоэнергетических
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
Алжир 12051 ШШЩ "неф1Ъ
Англия £ 2006 % 2007
Венесуэла 2070
Г олландия 1 2031
Индонезия | 2041
Ирак _ 2116
Иран 2383
шштштштшт
Канада Щ 2010
Китай || 2020
Мексика 2026
Норвегия Щ2011 2024
Россия ■В 2021 20 >3
Сауд. Аравия Лццщщщцц! 20 >2
США ■ 2010 Ї 2009
Узбекистан | 2036
Е, млн. т/млрд м3
2000
2100
2200
2300 Годы
Рис. 1. Разведанные запасы полезных ископаемых в разных регионах мира (по данным организации стран-экспортеров нефти ОПЕК) с указанием прогнозируемых сроков истощения месторождений нефти и природного газа
Годы
Рис. 2. Прогноз добычи каменного угля (1), нефти (2) и природного газа (3) в России на период до 2020 г.
ресурсов применительно к промпредприятиям и организациям, потребляющих тепловую энергию, позволяет наметить следующие основные пути экономии топлива: технические мероприятия, касающиеся энергоустановок, вырабатывающих тепловую энергию; технические мероприятия, касающиеся потребителей тепловой энергии; организационные мероприятия, позволяющие более точно нормировать расход тепловой энергии потребителями.
Наибольший эффект дают следующие технические мероприятия: дополнительный подогрев питательной воды котла благодаря использованию бросовой теплоты выпускных газов; перевод котлов с твердого и жидкого топлив на газообразное; уменьшение накипеобразования на поверхностях нагрева котлов; переоборудование паровых котлов в водогрейные.
Технические мероприятия по экономии топлива, касающиеся потребителей тепловой энергии, весьма разнообразны. Наиболее целесообразно эти вопросы решать непосредственно для конкретного промышленного предприятия.
К таким мероприятиям можно отнести: более полное и качественное утепление производственных и жилых помещений; снижение или полное отключение выдачи теплоты нагревателям в период длительного (более 7 — 8 ч) отсутствия людей в помещении (в цехе, на участке и т. д.), а в остальное время поддержание температуры в помещении не более рекомендуемой санитарными нормами; более качественную теплоизоляцию трубопроводов(особенно паровых): снижение утечек пара, воды; более полную утилизацию теплоты отработанного технического пара и т. д.
Расчеты показывают, что наличие 1 м2 неизолированного паропровода с давлением 0,5 МПа приводит к перерасходу условного топлива на 0,4 кг/ч, а парение через отверстие 1мм2 при 0,7 МПа — 3,6 кг/ч.
При работе котлов необходим постоянный или периодический контроль за составом продуктов горения, позволяющий определить степень завершенности процесса сгорания (количество продуктов неполного сгорания), условия сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха а и т. д.
При неполном горении топлива в продуктах сгорания могут быть окись углерода, водород, метан и другие углеводороды.
Метан в выпускных газах может вызвать неравномерность смешения топлива с воздухом и наличие локальных низкотемпературных зон и др. Оценивать химическую неполноту сгорания топлива только по присутствию в продуктах горения СО, особенно при сжигании природного газа, недопустимо, поскольку наличие в продуктах горения даже небольшого количества метана приводит к значительным ошибкам в определении химической неполноты сгорания топлива.
Иногда при испытаниях контроль за избытком воздуха ведут только по содержанию С02. Однако у такого метода контроля топочного режима ряд недостатков. Содержание С02 в продуктах горения при наличии химической неполноты сгорания не определяется однозначно избытком воздуха даже при постоянном составе топлива. Одно и то же значение С02 может соответствовать двум разным значениям а. Снижение С02 может быть вызвано, с одной стороны, увеличением подачи воздуха в систему, а с другой — снижением а, сопровождающимся значительными потерями теплоты с химической неполнотой сгорания.
Для правильного ведения топочного режима необходим (наряду с другими газами) контроль за содержанием кислорода в выпускных газах. Только в этом случае можно быть уверенным в правильном определении а.
Во время испытаний систематически проверяют правильность и закономерность газового анализа. При этом необходимо учитывать, что: при отсутствии догорания газов в газоходах котла содержание в продуктах горения Я02, СО, СН4 будет постепенно уменьшаться из-за подсоса воздуха по мере удаления исследуемого сечения газохода от топки, а содержание 02 — увеличиваться [8, 9].
Контролируют содержание Я02 и 02 по отдельным сечениям газохода. В зависимости от условий результаты анализа газа в каком-либо сечении газохода принимают наиболее достоверные.
Содержание Я02 и 02 за выбранным достоверным сечением при отсутствии химической неполноты сгорания контролируют по формуле:
д2 =[К0121012 + 21( Щ - КО")]/Щ,
где Щ и 02 — содержание и 02 в наиболее достоверном сечении газохода;
11,0 10,0 “ 9,0
^ 8,0 сГ* 7,0 ° ” 60 а 2 6,0 § к 5,0 1Н 4,0 3,0 2,0 1,0
1,3
3 § 1,2
1,1
1,0
■-
£
13 94
[3
13
Е2 93*
92
0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
Теплопроговодительностъ котла ГкаЛч Рис. 3. Результаты пусконаладочных испытаний водогрейного котла типа КВСА-2 Омской фирмы ООО ПФ «Октан» на природном газе (газовая горелка ГГкБ-2,2)
яо:: и д2 — то же, во втором (произвольном) сечении газохода.
Для контроля за составом газа наиболее часто применяют газоанализаторы волюметрического и хроматографического типов [8, 9].
Газоанализаторы волюметрического типа (ГХП-2, ГХП-3, ГХП-ЗМ) предназначены для определения Я02, О2 и СО. Их широко используют в производствах с небольшим количеством анализов, где погрешность измерений составляет 2 — 4 %.
В последнее время все чаще в контроле за составом выпускных газов применяют хроматографические методы контроля. С помощью хроматографов можно определить любые горючие и негорючие газы. У хроматографических газоанализаторов более высокая точность измерения, чем у волюметрических. Недостатки хромотографических газоанализаторов — длительная подготовка к работе, необходимость источника питания, использование специальных газоносителей.
По результатам газового анализа определяют тепловые потери котла с выпускными газами и из-за химического недожога.
В современных котельных периодический контроль за котлом следует заменить на непрерывный, что позволит добиться наибольшей экономичности его работы.
Известно, что режимы работы промышленных котлов и установок определяются и регулируются на основе измерений тепловых характеристик сжигания топлива в топке и показателей утилизации, переработки и транспортировки отходящих газов в атмосферу через дымовую трубу. Тепловые характеристики зависят от полноты сгорания топлива, а экологические — от степени выполнения требований
нормативных документов относительно уровня выбросов дымовых газов и содержания в них СО, N0, Ы02, Я02, Н2Я, СН, и других токсичных газов, а также утечки этих компонентов в рабочую зону помещения котельных.
При наладке топливосжигающего оборудования специализированными организациями оптимизируются режимы его работы с учетом требований максимального энергосбережения и минимального загрязнения окружающей среды вредными выбросами [4]. В результате составляется режимная карта, в которой наряду с другими многочисленными параметрами указываются концентрации С02, 02, СО, N0 — температуры отходящих топочных газов и дутьевого воздуха, коэффициент избытка воздуха за топочной камерой, КПД котла и соответствующим этим показателям оптимальный расход натурального и условного топлива на 1 Гкал выработанной и отпущенной теплоты. Режимная карта утверждается ведомственной топливной инспекцией и является инструктивным документом для технического персонала, обслуживающего котлоагрегат.
На рис. 3 указаны полученные при испытаниях пусконаладочной группой фирмы 000 ПФ «Октан» экспериментальные данные о составе уходящих газов, значения коэффициента избытка воздуха а и КПД брутто водогрейного котла КВСА-2. С увеличением теплопроизводительности длительности котла экологические показатели улучшаются, а КПД брутто остается практически постоянным.
Состав уходящих газов за котлом определяли с помощью анализатора топочных газов Бгадег МЯ1 150 ЕиЯ0, который был сертифицирован в системе ТиУ (немецкая техническая надзорная организация) для всех измерительных каналов, поэтому является
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
надежным и точным средством измерения в теплоэнергетике. Техническая характеристика анализатора и результаты его аттестации приведены в нашей работе [4].
Выводы.
1. Выполнен ретроспективный анализ разведанных запасов полезных ископаемых сырьевых стран на долгосрочную перспективу.
2. Для России результаты прогнозных исследований добычи угля, нефти и газа позволяют говорить о постепенном спаде добычи нефти, начиная с 2010 годы, а добыча газа и угля будет расти вплоть до 2020 года.
3. Выполненная оценка эффективности работы стационарных котельных малой мощности позволила разработать комплекс инженерных и организационных решений по повышению экономичности энергоисточников в результате внедрениея эффективных методов теплотехнического контроля котлоагрега-тов.
Библиографический список
1. Работы дизелей на нетрадиционных топливах / В. А. Марков [и др.]. — М.: Легион-Автодата, 2008. — 464 с.
2. Пронин, Е.Н. В поисках ответов/Е.Н. Пронин//Автозапра-вочный комплекс + альтернативное топливо. — 2003. — № 6. — С. 5-11.
3. Григорьев, М.В центре внимания — центры нефтедобычи / М. Г ригорьев // Нефть России. — 2004. — № 3. — С. 32 — 34.
4. Актуальные задачи коммунальной теплоэнергетики Омского региона /В.Р. Ведрученко [и др.]//Омский научный вестник. — 2006. — Вып. 4 (29). — С. 104 — 108.
5. Алешина, М. Основа добрых перемен / М. Алешина // Энергосбережение и энергетика в Омской области. — 2006. — №2 (19). — С. 3 — 6.
6. Комплексные исследования ТЭС с новыми технологиями / П. А. Щинников [и др.]. — Новосибирск, 2005. — 528 с.
7. Томилов, В.Г. Проблемы теплообеспечения жилищно-коммунального комплекса / В.Г. Томилов // Энергосистемы, электростанции и их агрегаты. —Новосибирск, 2004. —Вып. 8. — С. 249 — 263.
8. Пономаренко, И.С. Газоанализатор «Топаз-01» — топливосберегающий и природоохранный измерительный прибор / И.С. Пономаренко, И.А. Серова//Промышленная энергетика. — 2003. — № 6. — С. 13 — 16.
9. Селиверстов, В.М. Экономия топлива на речном флоте / В.М. Селиверстов, М.И. Браславский. —М.: Транспорт, 1983. — 231 с.
ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, доктор технических наук, профессор кафедры теплоэнергетики. КРАЙНОВ Василий Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики. КОКШАРОВ Максим Валерьевич, старший преподаватель кафедры теплоэнергетики.
ЖДАНОВ Николай Владимирович, аспирант кафедры теплоэнергетики.
КУЛЬКОВ Михаил Витальевич, аспирант кафедры теплоэнергетики.
Адрес для переписки: e-mail: VedruchenkoVR@omgups.ru Статья поступила в редакцию 31.08.2010 г.
© В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, М. В. Кокшаров, Н. В. Жданов, М. В. Кульков
Книжные полки
620.9/0-75
Основы современной энергетики [Текст]: учеб. для втузов по направлениям подгот. «Теплоэнергетика», «Электроэнергетика», «Энергомашиностроение»: в 2 т. / под ред. Е. В. Аметистова.-4-е изд., перераб. и доп. -М.: Изд-во МЭИ, 2008. - ISBN 978-5-383-00161-5
Т. 1: Современная теплоэнергетика / А. Д. Трухний [и др.]; под ред. А. Д. Трухния.-2008.-469, [1] с.: ил., табл., Прил.-Библиогр. в конце глав. - ISBN 978-5-383-00162-2.
Изложены основные закономерности явлений и процессов, на которых базируется современная теплоэнергетика; объясняются основы технологических процессов преобразования энергии первичных теплоносителей в электроэнергию и товарное тепло на тепловых, атомных, геотермальных и водородных электростанциях; рассматриваются проблемы, связанные с созданием нового энергетического оборудования; описываются конструкции паровых и газовых турбин, энергетических котлов и котлов-утилизаторов, ядерных реакторов, подогревателей сетевой воды, конденсаторов и другого оборудования.
628/К59
Козловская, В. Б. Электрическое освещение [Текст]: справочник/В. Б. Козловская, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацу-кевич.-2-е изд.-Минск: Техноперспектива, 2008.-269, [2] с.: рис., табл.-Библиогр.: с. 207-208.-Предм. указ.: с. 209-210.-ISBN 978-985-6591-54-2.
В справочнике содержатся основные положения и рекомендации по проектированию электрического освещения производственных объектов и общественных зданий. Рассмотрены и систематизированы вопросы выбора источников света и осветительных приборов, светотехнического и электрического расчета сети освещения, конструктивного выполнения и защиты осветительной сети, проектирования освещения в пожароопасных и взрывоопасных помещениях.
Издание предназначено для специалистов, занятых созданием и эксплуатацией систем электроосвещения промышленных объектов. Может быть полезным при проектировании и эксплуатации осветительных установок общественных и жилых зданий, а также при подготовке специалистов в области электрического освещения.
