ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЛОВ

Промышленные котлы характеризуются прежде всего:

• энергетическими параметрами;

• видом используемого топлива.

Основные энергетические параметры

Котлы предназначены для нагрева теплоносителя, поэтому главное в них:

• тепловая мощность;

• паропроизводительность, давление и температура пара для паровых котлов;

• теплопроизводительность, температура воды на входе и на выходе для водогрейных котлов;

• коэффициент полезного действия (КПД).

Тепловая мощность – это все тепло, получаемое при сгорании органического топлива в котле в единицу времени. Измеряется в гигакалориях в час (ГКал/час) или мегаваттах (МВт). Теплопроизводительность водогрейного котла – это количество тепла, получаемое водой и подаваемое ею в систему отопления. Оно идет в «потребление». Единицы измерения те же, что и для тепловой мощности.

Для паровых котлов основным параметром является паропроизводительность – масса пара, которую он может выработать за единицу времени. Измеряется в кг/ч (килограмм в час) для маломощных котлов или т/ч (тонна в час) для серьезных агрегатов. Это самый важный параметр при подборе котла. При выборе необходимо определить потребность оборудования в паре, потери тепла в паропроводах и тепло, возвращаемое вместе с конденсатом.

Рис.1 Паровой котел  BAHR’UNO CB

Например, различные модели парового котла (рис.1) BAHR’UNO CB могут производить от 100 до 1000 килограмм пара в час. При этом номинальная мощность составляет  от 67 кВт для 100 килограмм  и до 671 кВт для тонны пара. Популярные паровые котлы ДКВР, предназначенные для удовлетворения  технологических нужд предприятий,  выдают от 2,5  до 20 тонн пара в час. Многие энергетические котлы могут производить до 400 тонн пара в час. А отечественный энергетический котел Еп-670 производит 670 тонн пара в час. Его высота 78 метров (26-этажный дом), а вес -  более 7000 тонн (рис.2).

Рис.2 Энергетический котел Еп-670 (вид снизу)

Немного про КПД

Коэффициент полезного действия водогрейного котла – отношение теплопроизводительности к тепловой мощности. Чем больше тепла удается отобрать у горящего топлива и продуктов сгорания, тем более экономично котел использует топливо. Эффективность процесса определяется в основном двумя факторами:

Ÿ полнотой сгорания топлива;

Ÿ глубиной охлаждения продуктов сгорания.

Рис.3 КПД газового котла

Коэффициент полезного действия современных газовых и жидкотопливных котлов составляет около 90%. Некоторые изготовители заявляют более высокие цифры, вплоть до 95%. Остальная энергия уходит в атмосферу с дымовыми  газами и в помещение через наружные конструкции котла. В схеме (рис.3) все тепло, полученное в результате сгорания топлива, составляет 100 %, из них полезное -  91 %, потери с уходящими газами 7%, а через наружные ограждающие конструкции – 2 %.

Для газовых котлов возможен химический недожог, то есть неполное сгорание топлива. Но в процессе режимно-наладочных испытаний добиваются качественного сжигания газа. Поэтому химическим недожогом для газовых котлов можно пренебречь.

При сжигании твердого топлива возможен как химический, так и механический недожог, когда остаются несгоревшие частицы топлива. А еще есть потери с теплотой удаляемого шлака, характерные прежде всего для котлов со слоевым сжиганием угля. Отдельные изготовители указывают КПД твердотопливных котлов в районе 90%. Добиться такого результата крайне сложно. Реальные цифры меньше. Заявленный производителем КПД котла обеспечивается грамотными монтажом, наладкой и эксплуатацией, а также характеристиками сжигаемого топлива.

Топливо для промышленных котлов

Люди начали укрощение огня со сжигания веток, соломы и сухой травы. Потом пришла пора дров и угля (рис.4). Использование сырой нефти, а также мазута и гораздо меньше дизеля, в качестве топлива для котлов, началось в ХХ веке.  Ну и с середины прошлого века началось промышленное сжигание природного газа.

Рис.4 Костер

Органическое топливо бывает твердым, жидким и газообразным. Основные горючие компоненты - углерод и водород. Главный из них - углерод, у него высокая теплота сгорания (34,4 МДж/кг), он составляет большую часть горючей массы. Водород также имеет высокую теплоту сгорания (120,5 МДж/кг), но его меньше. Из горючих компонентов есть еще сера, но это скорее вредная примесь. У нее невысокая теплота сгорания – 9,3 МДж/кг, вместе с тем при ее горении образуются диоксид серы, который при взаимодействии с влагой, содержащейся в продуктах сгорания, приводит к коррозии теплообменных поверхностей котла. Кроме того, в органическом топливе есть кислород и азот, а в твердом и жидком топливе еще и минеральные примеси.

Твердое топливо

В промышленных котлах твердое топливо используется в самых различных ипостасях. Основной вид – уголь. При его сжигании производится почти 40% электроэнергии на нашей планете. Лидером по добыче с 1985 года является Китай - около 50% мирового производства.  А вот по запасам на первом месте США - 26,6%, или 237 300 млн. тонн. В нашей стране 17% общемировых запасов (157 000 млн. тонн), и это второе место. Замыкает тройку лидеров по разведанным запасам угля Китай. В его недрах сосредоточено 114 500 млн. тонн угля или 12,8% от общего мирового объема.

Рис.5 Бурый уголь

В России в зависимости от степени углефикации уголь подразделяют на бурый, каменный и антрацит. Бурый уголь (рис.5) – самый молодой, занимает промежуточное положение между торфом и каменным углем. Содержание углерода - в пределах от 50 до 77%. В нем много влаги (до 45%), что обуславливает низкую теплоту сгорания. Из бурого угля также извлекают полезные вещества: различные жидкие углеводородные топлива, горючие газы, углещелочные реагенты и др.

Каменный уголь – промежуточный продукт между бурым углем и антрацитом, в нем содержится 75—92 % углерода. Его основное применение – в качестве топлива на тепловых электростанциях, а также в коммунально-бытовых и промышленных  котельных. В металлургии из него производят кокс, используемый при выплавке чугуна и стали. А самый древний уголь – антрацит, содержит 95% углерода. Применяется не только как органическое топливо, но и при производстве различных видов углеродной продукции: блоки для алюминиевых электролизеров, угольные электроды для электротермических процессов получения кремния, ферросплавов, фосфора и др.

Рис.6 Уголь в топке

Уголь является востребованным  топливом с высокой теплотой сгорания (рис.6). В настоящее время в связи с экологическими требованиями ряд стран, прежде всего европейских,  начали отказ от угольной энергетики. Но в густонаселенных Китае, Индии, Индонезии твердое топливо по-прежнему преобладает в энергетическом балансе.

Забота об окружающей среде заставляет искать альтернативные источники энергии, среди которых особое место занимает биотопливо. Это те самые солома и дрова, с которых все и начиналось. При их сгорании выделяется углерод в виде углекислого газа, ранее утилизированного растениями при фотосинтезе. Этот процесс  – основа жизни на Земле. В результате сжигания дров общее количество углекислого газа в атмосфере не растет.

Биомасса растений используется для сжигания в котлах в самых разных видах. Это не только дрова и благородные пеллеты, но и щепа, опилки, кора, ветки, солома, костра, лузга, даже ореховая скорлупа. Кстати, до сих пор 38% населения Земли использует твердое биотопливо для приготовления пищи и иных хозяйственных нужд. А в Швеции специально выращивают деревья для  дальнейшего сжигания на тепловых электростанциях.

Рис.7 Котел Гефест

В России твердое биотопливо используется в котельных сельскохозяйственных, лесоперерабатывающих и мебельных предприятий. Котлы Гефест (рис.7) работают на древесных отходах (опилках, стружке, ДСП, МДФ и др.), имеют тепловую мощность от 60 кВт до 2 МВт и предназначены для нагрева воды в системах теплоснабжения камер сушки древесины, а также для отопления производственных помещений.

К ископаемым твердым топливам относятся также торф и сланцы. Сегодня их роль не велика, но в начале ХХ века торф стал хорошей альтернативой  мазуту, на котором работали электростанции России. Первая в мире торфяная электростанция «Электропередача» вблизи г. Богородска Московской области (ныне г.Ногинск) была введена в эксплуатацию в 1914 году. А в Эстонии и сейчас 85% электроэнергии вырабатывается при сжигании сланцев, здесь расположены две крупнейших в мире сланцевые электростанции.

Жидкое топливо

Из нефти производятся два основных вида жидкого топлива для котлов: мазут и дизель. Основной из них – мазут, один из продуктов переработки нефти. Если дизельное топливо в основном необходимо для двигателей внутреннего сгорания, то мазут сгорает в топках котлов. Дизель дорог и используется для отопления частных жилых домов и в газовых котельных небольшой мощности в качестве резервного топлива.

Рис.8 Нефтедобыча

Есть котлы, горелки которых работают на сырой нефти. Они используются в местах добычи нефти (рис.8), где обеспечивают теплоснабжение вахтовых поселков.

Газообразное топливо

Как это ни странно звучит сегодня, когда в топливно-энергетическом балансе России преобладает природный газ, все начиналось не с него. Сначала люди научились получать и использовать искусственные газы – коксовый, доменный, светильный. Первый образуется при нагревании каменного угля до 900—1100 °С без доступа воздуха. В результате чего образуется твердое топливо - кокс, который используется в шахтных, прежде всего доменных печах. А сам очищенный коксовый газ служит для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.

Доменный газ  образуется при  выплавке чугуна  в доменных печах. И если коксовый газ в основном состоит из водорода и метана с небольшим количеством оксида углерода и этилена, то в доменном преобладают углекислый газ, оксид углерода и азот. Он используется на металлургических предприятиях как топливо для воздухонагревателей, доменных и методических печей. Доменный газ имеет низкую теплоту сгорания, поэтому чаще используют газовые смеси из коксового и доменного газов или из трех компонентов: коксового, доменного и природного газов.

Искусственные газы  не применяются для газоснабжения объектов вне промышленных предприятий. Одна из причин – высокое содержание оксида углерода (угарного газа), который в случае даже незначительных утечек может привести к отравлениям.

Сегодня основное газообразное топливо – углеводородные газы: природный и сжиженный углеводородный газ (СУГ). Последний для промышленного теплоснабжения применяется не часто из-за высокой стоимости.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь