Iii. Технологическая расчетная часть

Каркас котла – это несущая металлическая конструкция, воспринимающая вес котла с учетом временных и особых нагрузок и обеспечивающая требуемое взаимное расположение элементов котла. Конструкция каркаса зависит от мощности и компоновки котла.
Каркас котла (рис) представляет собой жесткую пространственную рамную конструкцию, состоящую из колонн, опорных и вспомогательных балок. Несущие колонны 2 – наиболее ответственная часть каркас; они воспринимают основные нагрузки и передают их на фундамент 1. колонны изготовляют из швеллеров или двутавров, сваренных между собой с помощью специальных планок. Опорный башмак нижней части колонны состоит из опорной плиты, траверс и ребер.
Чтобы предохранить каркас от неравномерного нагрева, его выносят из зоны повышенных температур за обмуровку. Однако некоторые элементы каркаса, например опорные балки водяного экономайзера, не удается вынести из зоны повышенных температур. В этом случае их изолируют или охлаждают воздухом, проходящем внутри элементов каркаса коробчатого сечения.


Производство тепла сегодня
Техническое состояние источников теплоснабжения, тепловых сетей и др. объектов коммунальной теплоэнергетики на сегодняшний день не отвечает современным требованиям. Необходима техническая реконструкция и модернизация всей системы теплоснабжения и внедрение нового энергоэффективного и экологически чистого теплоэнергетического оборудования.
В настоящее время на предприятиях коммунальной теплоэнергетики находится в эксплуатации 14039 единиц котельных, где установлено 35,3 тыс. водогрейных и паровых котлов. Средняя производительность котельной — 5 Гкал/ч, котла — 2 Гкал/ч.
Из общего количества котельных только 564 единицы (4%) можно отнести к централизованным источникам, мощность каждой из них составляет более 20 Гкал/ч. Остальные можно отнести к децентрализованным источникам. В частности, производительность 10918 единиц — менее 3 Гкал/ч, на них установлены в основном мелкие неэффективные котлы, как правило, физически изношенные, КПД которых при работе на газе не превышает 75-80%, а на угле — 70%.
Почти 64% коммунальных котельных используют в качестве топлива природный газ, 34% котельных — уголь и более 2% — жидкое топливо.
Срок эксплуатации почти 60% котельных превышает 20 лет, в 38% котельных эксплуатируются малоэффективные устаревшие котлы с низким КПД, устаревшей автоматикой и горелочными устройствами, что обусловливает значительные расходы топлива. Третья часть всего количества парка котлов приходится на неэффективные, снятые с производства, котлы типа НИИСТУ-5 производительностью 0,45-0,7 Гкал/ч с КПД 75-78% при работе на газе и со средневзвешенным удельным расходом топлива на отпуск теплоэнергии 188 кг/Гкал при 168 кг/Гкал по всем коммунальным котельным (КПД — 85,1%).
Вместе с тем, даже сложившийся средневзвешенный показатель удельного расхода условного топлива на отпуск теплоэнергии (168 кг/Гкал) уже считается завышенным, на сегодня он не должен превышать 155 кг/Гкал (КПД — 92%). Такой показатель обеспечил бы экономию топлива в количестве 600-650 тыс. т.у.т., что, соответственно, сократило бы вредные выбросы в атмосферу.
Следует отметить, что экономия топлива предприятиями коммунальной теплоэнергетики на протяжении 2000-2004 гг. составляла ежегодно 35-55 тыс. т у.т. или 0,5-0,7%. Экономия незначительная, но реальная.
Предприятиями коммунальной теплоэнергетики очень медленно внедряются существующие энергосберегающие технологии, оборудование стареет и физически изнашивается, а удельный расход топлива на отпуск электроэнергии и теплоэнергии по ТЭЦ растет, хотя по котельным достигнуто незначительное снижение.
Медленно внедряется экологически чистая энергосберегающая струйно-нишевая технология сжигания газа в топках котлов ТЭЦ и котельных с использованием струйно-нишевых горелок типа СНГ, а ведь их применение позволяет экономить от 5% до 20% (и более) энергоресурсов и снизить себестоимость производства теплоэнергии. Струйно-нишевая технология еще не достигла масштабного внедрения в коммунальной теплоэнергетике из-за отсутствия средств, а также действующих стимулов к улучшению роботы оборудования.
Необходимо продолжить работы по выведению из эксплуатации мелких нерентабельных котельных с переключением их тепловых нагрузок на тепловые сети квартальных и районных котельных, ТЭЦ.
Перспективным направлением в техническом переоснащении теплоисточников является перевод действующих больших котельных в режим комбинированного производства тепловой и электрической энергии за счет их надстройки газотурбинными двигателями, паротурбинными и газотурбинными установками (когенерация) с целью роста эффективности использования топлива и повышения экологической безопасности.
В 2004г. городское предприятие «Хмельницктеплокоммунэнерго» ввело в эксплуатацию когенерационную установку с газовыми двигателями-генераторами стоимостью 2,1 млн. грн., которые предоставил ОАО «Первомайскдизельмаш» как товарный кредит. Предприятие обеспечивает 30% потребности в электроэнергии за счет собственного производства. Стоимость 1 кВтч электроэнергии составляет 9,3 коп. Одна из котельных предприятия «Коммунэнергия» (г. Ривне) была также реконструирована под ТЭЦ за счет оснащения двумя когенерационными установками. Проведена реконструкция двух паровых котлов и увеличена мощность с 23,0 до 60,0 Гкал/ч, установлено две турбины по 2,5 МВт. Стоимость 1 кВт электрической мощности составила $568,4 (~ 3 тыс. грн.), себестоимость 1 кВтч — 14,3 коп. ТЭЦ в 2004г. выработала 13,8 млн. кВтч и более 110 тыс. Гкал теплоэнергии, при этом сэкономлено 4,6 тыс. т у.т. Уровень выбросов понизился на 685,2 т углеродного эквивалента.
Предусматривается внедрить когенерационные установки в Виннице, Черкассах, Житомире и др. городах.
В апреле 2005г. в Украине принят Закон «О комбинированном производстве тепловой и электрической энергии (когенерации) и использовании сбросного энергопотенциала», целью которого является создание правовых основ для повышения эффективности использования топлива в процессах производства энергии или других технологических процессах, развития и применения технологий комбинированного производства электрической и тепловой энергии.
Переоборудование котельных в мини-ТЭЦ обеспечит, как показывает анализ их работы, сокращение суммарных расходов топлива на производство тепловой и электрической энергии не менее чем на 20%, уменьшение в 2–3 раза расхода средств по сравнению со строительством новых конденсационных электростанций, сокращение в 2–3 и более раз сроков окупаемости по сравнению с ТЭЦ, сокращение потерь электроэнергии, а также уменьшение выбросов токсичных веществ в атмосферу.
Работу паровых котлов характеризуют следующие показатели:

1. 
   паропроизводительность (мощность котла) D – количество вырабатываемого пара в кг или т в 1 с или в 1 ч;
   
2. 
   паронапряжение поверхности нагрева D/H_K – количество пара, кг, получаемого с одного м² поверхности нагрева за 1 час. Эта величина является важной характеристикой, отражающей интенсивность паросъема в котле;
   
3. 
   параметры получаемого пара – давление и температура;
   
4. 
   КПД котла – отношение количества теплоты, расходуемой на образование пара (полезная теплота), ко всей затраченной теплоте, вносимой в топку с топливом; следовательно, коэффициент характеризует степень использования теплоты сгорания топлива в котле.
   

Работа водогрейных котлов характеризуется теплопроизводительностью (мощностью) Q – количеством вырабатываемой теплоты в единицу времени Вт, а также тепловым напряжением поверхности нагрева котла Q/H_K, температурой нагрева воды и КПД. Тепловое напряжение поверхности нагрева (или удельная тепловая нагрузка), Вт/м², вырабатывает количество теплоты, передаваемое за 1 времени через 1 м² поверхности нагрева. КПД как парового, так и водогрейного котла выражаются в долях единиц или в процентах.