Модернизация на водогрейни котли тип КВГ и ТВГ
В.Л. Звягинцев, директор, KU SOR "Фонд за подпомагане на развитието на енергоспестяващи технологии", Суми, Украйна
Котли от типа KVG и TVG в момента работят в десетки котелни в общинския сектор на Украйна. Например в Sumy такива котли осигуряват повече от 75% от топлинния товар на системата за топлоснабдяване.
Една от конструктивните характеристики на тези типове котли е използването на огнищни горелки за изгаряне на природен газ. Недостатъците на горелките с огнище включват необходимостта от осигуряване на надценен въздушен поток (α> 2,5), както и зависимостта на въздушния поток от разреждането в пещта. Значителната дължина на факела, причинена от ниската скорост на смесване на газ с въздух, изисква подходяща височина на пещта. Ако височината на пещта е недостатъчна, горелката докосва нагревателните повърхности или се изтегля в газопроводите. Такива горелки са склонни към преминаване към режим на работа с повишено химическо недогаряне, което се случва при липса на постоянен мониторинг на чистотата на устройствата на горелката и техните работни параметри (необходимо е регулиране от оператора съгласно режимната карта).
Обикновено контролът от стационарен газов анализатор на изхода на котела се извършва много рядко, поради което достатъчно мощните KVG и TVG котли (4,65-11,6 MW) работят през повечето време с ефективност от 3-7% под тази, посочена в режимната карта. Процесът на регулиране е ръчен, което означава, че се добавя и човешкият фактор.
Трябва да се отбележи, че режимната карта на котела е валидна три години, докато проверката на показващите контролно-измервателни уреди се извършва всяка година и ако уредите са монтирани на грешно място след проверката, тогава грешката в режима на горене (т.е. отклонение от оптималните параметри) се увеличава и следователно ефективността на котела намалява.
За да се решат горните проблеми и да се подобри ефективността на котелната централа на Националния аграрен университет (Суми), през 2007 г. беше модернизирано оборудването на котела KVG-6.5 (Таблица 1). Конструкцията на котела не е променена, димоотводът е останал същият, но горелката и автоматиката на котела са заменени с модерни (фиг. 1, 2). За да се осигури плавно регулиране на електрическото задвижване на димоотвода, е използван честотен преобразувател.
Таблица 1. Характеристики на котела KVG-6.5.
(инсталиран честотен преобразувател)
Модернизираният котел е оборудван с процесор, който изпълнява функциите на автоматична защита и регулиране. Оборудван е с програми за проверка на параметрите на защита на котела (с информация, изобразена на дисплея), последователно запалване на горелки, управление на горивните процеси според картата на режимите на всяка горелка, въведена в паметта (на 8-16 стъпки) и програма за управление на работата на честотния преобразувател на електрическото задвижване на димососа. В резултат на това стана възможно да се осигури работата на котела от момента на натискане на бутона "старт" до момента на спирането му чрез натискане на бутона "стоп" в напълно автоматичен режим.
Изборът на дизайна на горелките за тясната пещ на модернизирания котел не се оказа лесна задача. Използването на микродифузионни горелки с кръгъл или квадратен гнездо за такава пещ се оказа невъзможно, поради което беше разработено специално устройство за горелка на базата на горелка от типа MDGG-250 с гнездо, удължено по височина и компресирано по ширината на пещта, което позволява да се получи факел, който не докосва екраните на котела и прилича на факел на горелка с огнище. На котела са монтирани три горелки с нов дизайн. За да се намали топлинното напрежение върху задния екран на пещта, пред него е монтирана стена от огнеупорни тухли (с дебелина 1/2 тухла).
При въвеждането в експлоатация всяка горелка на котела е настроена на оптимален режим на работа отделно от две съседни горелки, също работещи на този етап. За такава настройка беше необходимо да се пробият три отвора с диаметър 20 mm в задната тухлена стена на облицовката на котела, за да премине сондата на газоанализатора в изходния канал на котела. Чрез тези отвори също беше възможно визуално да се контролира газонепропускливостта на носещите черупки на горелките на огнището в края на пещта. След приключване на настройката в отворите бяха монтирани тапи от корден азбест.
Използването на нови горелки позволи да се намали коефициентът на излишък на въздух α=1,08-1,14, което доведе до увеличаване на топлинния стрес в пещта. Имаше опасност от значително повишаване на температурата на облицовката на пещта на котела, но, както показаха тестовете, повърхностната температура на топлоизолацията на котела KVG-6.5 остана същата. Температурата на димните газове беше 87-143 °C в зависимост от режима на работа. В същото време възникна друг проблем - в долната част на котела задната тухлена стена на облицовката започна да навлажнява. В резултат на това беше необходимо да се повиши температурата на изходящите димни газове, така че кондензатът да не разрушава (дори в малка площ) тухлената облицовка и да не се натрупва в U-образния димоотвод от котела до димоотвода. По този начин беше необходимо брутният коефициент на полезно действие на котела, постигнат в резултат на модернизацията, да се намали от 95 на 93%.
Според резултатите от работата на модернизирания котел са определени годишните икономии на природен газ, които възлизат на 10% (3% - поради увеличаване на брутния коефициент на полезно действие на котела; 4% - поради инсталирането на контролна автоматизация, която елиминира човешкия фактор при регулиране на съотношението газ-въздух; 3% - поради елиминирането на химическото недогаряне на горивото, което се случва в горелките на огнището). Спестяване на повече електроенергияпо-осезаемо - на дроселиране
клапите на димоотвода и вентилатора преди това са загубили 70% от електроенергията през отоплителния период и 90% - през лятото.
Възможно е да се оцени икономическата ефективност на модернизацията на котли от типа KVG и TVG, като се използва примерът на различни котелни въз основа на изчислените данни, представени в таблица. 2.
С изпълнението на всички проекти, посочени в таблицата, намаляването на емисиите на CO2 чрез намаляване потреблението на природен газ и потреблението на електроенергия ще бъде 10 хил. тона/годишно.
В заключение отбелязваме недостатъците в дизайна на котелни агрегати от типа KVG и TVG, които също могат да бъдат отстранени в бъдеще.
1. За да се увеличи „брутният“ коефициент на полезно действие на котела до 95%, е необходимо да се реши техническият проблем с хидроизолацията на канала за изгорели газове отвътре и инсталирането на сензор за контрол на нивото на кондензат в долната част на U-образния газопровод и източването на този кондензат в парната канализация на котелното помещение.
2. В конструкцията на котелния агрегат няма въздушна отоплителна система. За да се реши този проблем, се предлага да се организира всмукване на въздух извън сградата на котела и подаването му към въздушния нагревател, монтиран при засмукване на димоотвода. Освен това въздухът може да бъде насочен в трите съществуващи канала под пещите на котела за по-нататъшно нагряване и охлаждане на огнището. Движението на въздуха в предложената въздушна отоплителна система ще се осигурява от вентилатори на горелките поради силата на вакуума в смукателната тръба.