Энергоэффективность и возобновляемая энергия

Повышение эффективности сгорания в котле

Эффективность сгорания

Работа котла с оптимальным избытком воздуха сводит к минимуму потери тепла с уходящими газами и повышает эффективность сгорания. Эффективность сгорания — это показатель того, насколько эффективно тепло, содержащееся в топливе, преобразуется в полезное тепло. Температура дымовых газов и концентрация кислорода (или диоксида углерода) в них являются основными показателями эффективности сгорания.

Если предположить, что обеспечено полное смешение, для полного протекания реакции заданного количества топлива требуется точное, или стехиометрическое, количество воздуха. На практике условия горения никогда не бывают идеальными, поэтому для полного сгорания топлива необходимо подавать дополнительный воздух — так называемый «избыточный воздух».

Правильное количество избыточного воздуха определяют по концентрации кислорода или диоксида углерода в дымовых газах. Недостаток избыточного воздуха приводит к образованию несгоревшего топлива, сажи, дыма и угарного газа, тогда как его избыток вызывает потери тепла из-за увеличения расхода дымовых газов и тем самым снижает общий КПД котла по преобразованию топлива в пар. В таблице показана связь между результатами измерений дымовых газов и производительностью котла.

Рекомендуемые меры

Котлы часто работают с избытком воздуха выше оптимального уровня. Периодически контролируйте состав дымовых газов и регулярно оптимизируйте настройки котлов, чтобы поддерживать оптимальное количество избыточного воздуха.

Рассмотрите возможность непрерывного мониторинга уровня кислорода в дымовых газах, чтобы оперативно выявлять тенденции к потерям энергии. Это позволит заранее получать предупреждения о неисправностях системы управления и принимать решения на основе данных.

Эффективность сгорания природного газа

В хорошо спроектированных системах на природном газе можно достичь уровня избытка воздуха 10%. Согласно распространённому практическому правилу, каждое снижение количества избыточного воздуха на 15% или снижение температуры дымовых газов на 40°F может повысить КПД котла на 1%.

Пример

Котёл работает 8 000 часов в год, ежегодно потребляет 500 000 миллионов Btu (MMBtu) природного газа и производит 45 000 lb пара в час при давлении 150 psig. Измерения дымовых газов показывают, что при разнице температур между дымовыми газами и воздухом для горения 400°F уровень избытка воздуха составляет 44,9%. Согласно таблице, эффективность сгорания в котле равна 78,2% (E1). После оптимизации настроек котла количество избыточного воздуха снижается до 9,5%, а разница температур между дымовыми газами и воздухом для горения составляет 300°F. Эффективность сгорания в котле повышается до 83,1% (E2). Если принять стоимость топлива равной 8,00 $/MMBtu, годовая экономия составит:

         Годовая экономия    = Расход топлива × (1–E1/E2) × Стоимость топлива
                                       = 29.482 MMBtu/год × 8,00 $/MMBtu
                                       = 235.856 $

Анализаторы дымовых газов

Содержание кислорода в дымовых газах можно измерить с помощью недорогих комплектов для абсорбционного анализа газов. Более дорогие ручные и компьютеризированные анализаторы стоимостью от 500 до 1 000 $ показывают содержание кислорода, температуру дымовых газов и КПД котла. Такие приборы рекомендуются в качестве инвестиции для всех котельных систем с годовыми затратами на топливо свыше 50 000 $.

Системы корректировки подачи воздуха по кислороду

При значительных колебаниях состава топлива (например, при использовании газа нефтепереработки, древесных отходов или нескольких видов топлива в котлах), а также в системах с большими колебаниями расхода пара следует рассмотреть возможность применения анализатора кислорода с непрерывным измерением. Система корректировки подачи воздуха по кислороду передаёт обратную связь на устройства управления горелкой, автоматически сводит к минимуму избыток воздуха для горения и оптимизирует соотношение воздуха и топлива.

Дополнительную информацию о мониторинге можно найти в тематических исследованиях по субметрингу, доступных для скачивания в библиотеке публикаций AMO:

• Solutia: Использование субметринга для принятия решений об утверждении энергетических проектов на основе данных
• Nissan North America: Как субметринг изменил подход завода к работе?

Также можно обратиться к следующему руководству на сайте Федеральной программы управления энергией (FEMP): www.femp.energy.gov

• Передовые методы учёта: Руководство по повышению эффективности использования ресурсов предприятия, версия 2.0

Адаптировано из информационного бюллетеня Energy TIPS, впервые опубликованного Georgia Tech Industrial Energy Extension Service.

Ресурсы

Программные инструменты Министерства энергетики США Steam System Assessment Tool и Steam System Scoping Tool помогут оценить паровые системы и определить возможные улучшения. Дополнительную информацию о возможностях повышения эффективности паровых систем можно найти в издании Improving Steam System Performance: A Sourcebook for Industry.

Чтобы получить доступ к этим и многим другим ресурсам, а также к учебным материалам по промышленной энергоэффективности, посетите сайт Advanced Manufacturing Office по адресу manufacturing.energy.gov.