CC BY
74
УДК 621.181.629.12
В. М. Суменков, Л. И. Сень
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНОГО СУДНА С КОТЛАМИ КАВ 2,5/7 ПРИ РАБОТЕ НА МАЗУТЕ И ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ
В работе приведены и обсуждаются расчетные (по данным авторов) характеристики котельной установки транспортного судна, оборудованного двумя котлами КАВ 2,5/7 отечественного производства (ОАО «Специальное конструкторское бюро котлостроения») при условии сжигания товарного мазута и водотопливной эмульсии (ВТЭ) на основе мазута с влагосодержанием 15 % по массе. При расчетах котла использованы нормативные методы теплового и аэродинамического расчетов. Введены дополнительные экономические расчеты, которые позволяют определить затраты на производство тепловой энергии [1].
В этих расчетах учитывалась стоимость товарного топлива (мазута с концентрацией серы 2 %) в размере 14 руб ./кг. Стоимость водотопливной эмульсии при этом пропорционально снижена до 12,1 руб./кг. Амортизационные отчисления на капитальные вложения определялись с учетом предельного срока службы поверхности теплообмена котла, который зависит от скорости коррозии стальных поверхностей нагрева с газовой стороны.
Срок службы котла определялся с учетом разности температуры точки росы и температуры поверхностей нагрева (стенок труб). Для котла КАВ 2,5/7 эта температура при его работе оказывается ниже температуры точки росы уходящих газов вследствие пониженных параметров пара. Учитывалась стоимость потребляемой вспомогательным оборудованием электроэнергии и потребляемой воды, а также расходы на оплату обслуживающего персонала котельной установки.
Средняя наиболее вероятная нагрузка котла принята 57 % от номинальной. Общее время годовой наработки для каждого котла принято 1 500 ч. Для этих эксплуатационных условий установлена относительная длительность 100 % нагрузки котлов (в долях) - 0,1; длительность 75 % нагрузки - 0,2; длительность 50 % нагрузки - 0,6; длительность 30 % нагрузки -0,05 и длительность 10 % нагрузки - 0,05. Для указанных нагрузок и их относительной длительности определены общие годовые затраты на производство тепловой энергии пара 2год.
Остальные полученные расчетные характеристики котлов на номинальной нагрузке и с использованием различных топочных устройств (с механическими, паромеханическими, ротационными, прямоточно-вихревыми-воздушными форсунками), отличающихся достижимым минимальным коэффициентом избытка воздуха а, приведены в таблице (дт - относительная тепловая мощность топки; Жг - скорость газов в конвективной поверхности теплообмена; ґт - температура топлива перед форсункой; V - кинематический коэффициент вязкости топлива; ґух - температура уходящих газов; Хт - приведенные затраты на получение тепловой энергии (по пару)).
Характеристики котла КАВ 2,5/7 при сжигании мазута и водотопливных эмульсий
Параметр Водотопливная эмульсия Мазут
Механ. Паромехан. Ротац. Прям.-вихр. Механ. Паромехан. Ротац. Прям.-вихр.
КПД, % 79,8 81,3 82,9 84,4 76,7 78,6 80,4 82,2
а, в долях 1,35 1,25 1,15 1,05 1,35 1,25 1,15 2,05
Ят 0,36 0,39 0,43 0,48 0,36 0,39 0,42 0,47
о 4,2 3,8 3,5 3,1 4,6 4,2 3,8 3,3
к °С 100 100 100 100 120 120 120 120
у„ мм2/с 82 82 82 82 30 30 30 30
Іух, °С 341 333 325 314 410 401 390 377
Х, руб./ГДж 554 536 516 492 568 546 524 499
2год, млн руб. 6,7 6,45 6,16 5,79 6,81 6,53 6,22 5,83
Для котла КАВ 2,5/7 использование ВТЭ приводит к улучшению экономических характеристик котельной установки с горелками различных типов по сравнению с использованием товарного топлива. Определенным недостатком котлов КАВ 2,5/7 является чрезмерно низкая скорость газового потока в газоходе котла, что определяет существенный занос поверхности теплообмена с газовой стороны с соответствующим снижением эффективности теплообмена. С учетом экспериментальных данных [2] использование ВТЭ позволяет уменьшить толщину газовых отложений и увеличить эффективность теплообмена, о чем можно судить по снижению температуры уходящих газов и увеличению КПД котла.
Полученные результаты показывают, что традиционные схемы судовых вспомогательных паровых котлов, разработанные в 80-х гг. XX в., непригодны для использования на современных судах вследствие их высокой металлоемкости и стоимости, низкой эффективности теплообмена и повышенных затрат на производство тепловой энергии. Проекты новых котельных установок, очевидно, должны создаваться на основе оптимизации их характеристик по энергосбережению с учетом годовой наработки и наиболее вероятной нагрузки. Параметры пара должны быть выше 1 МПа во избежание сернокислотной коррозии испарительной поверхности теплообмен [1].
При проектировании следует ориентироваться также на использование топочных устройств, позволяющих сжигать топливо при условиях близких к стехиометрическим. Предпочтительно использование ротационных и прямоточно-вихревых форсунок, которые дают возможность сжигать топливо при низких коэффициентах избытка воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суменков В. М., Сень Л. И. Оптимизационное проектирование судовых котельных установок. - Владивосток: ИПК МГУ им. Г. И. Невельского, 2009. - 84 с.
2. Суменков В. М. Разработка способа сжигания высоковязких тяжелых топлив в судовых паровых котлах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1993. - 17 с.
Статья поступила в редакцию 9.02.2011
CHARACTERISTICS OF BOILER INSTALLATION
OF A TRANSPORT VESSEL WITH BOILERS KAV 2,5/7 AT WORKING ON BLACK OIL AND AT A WATER-FUEL EMULSION
V. M. Sumenkov, L. I. Sen
The design characteristics of boilers of KAV type working on black oil and water-fuel emulsion are resulted and discussed. For KAV 2,5/7 boiler the use of water-fuel emulsion leads to improvement of economic efficiency of the boiler with torches of different types in comparison with the use of commercial grade fuel.
Key words: boiler installations, work on water-fuel emulsions, characteristics, efficiency, costs.
