Основные технико-экономические показатели работы котельных

Основными ТЭП за период: месяц, квартал, год на котельных являются отпуск тепловой энергии с коллектора потребителям Qколл (Гкал), расход натурального топлива Втнт (тонн натурального топлива, тнт), расход условного топлива Втут (тонн условного топлива, тут), удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии bт/э (кг/Гкал), коэффициент полезного действия «брутто» котельной ηкот (или коэффициент использования топлива, КИТ).

Данный показатели нормируются – т.е. устанавливается норма или план и утверждаются в формате производственной программы филиала и Общества.

Нормирование (или планирование) помесячно указанных показателей нужно, чтобы в бизнес-плане филиала/Общества отразить затраты на топливо, т.е. расход топлива умножается на его стоимость с доставкой, получаются топливные затраты, они составляют до 60-70% от общих затрат в себестоимости продукции – тепловой энергии.

За 2020 г. котельные филиала сожгли 82168 тонн натурального топлива, при стоимости Татауровского угля 1234 руб/тнт, суммарные затраты на топливо за 2020 г. составили 101 395 тыс. руб. (сто один миллион триста девяносто пять тысяч рублей). Для сравнения, Читинская ТЭЦ-1 за год сжигает 2051693 тонн натурального топлива в год различных марок, стоимостью 2531789 тыс. руб. (два миллиарда пятьсот тридцать один миллион семьсот восемьдесят девять тысяч рублей). Т.е. котельные филиала ЧЭК сжигают всего 4% от потребления о Читинской ТЭЦ-1.

Следующие нормируемые величины – расход натурального топлива и расход условного топлива. Они отличаются между собой тем, что расход натурального топлива это фактически сожжённое за период топливо, а расход условного топлива – это приведенный расход натурального топлива к калорийности 7000 ккал/кг.

Втут = Втнт*Qрн / 7000, где Qрн – фактическая калорийность Татауровского угля  (составляет 3300-3700 ккал/кг),

Втут = Втнт*Qрн / 7000 = 100*3600/7000 = 51,42 т.у.т. (т.е. при расходе 100 тонн натурального топлива и указанной калорийности – низшая теплота сгорания натурального топлива, расход условного топлива составит 51,42 тут).

Величина «условное топливо» и «калорийность условного топлива» используются для того, чтобы привести (пересчитать) расход топлива при разных калорийностях к одному топливу – название которому дали «условное» и калорийность которого составляет 7000 ккал/кг. Если не применять понятие расход условного топлива, то будет непонятно хорошо или плохо мы отработали, сжигая топливо разных марок с разными калорийностями. Например, у мазута калорийность 10250 ккал/кг, у каменного угля 5000 ккал/кг, соответственно мы потратим меньше такого топлива на выработку одного и того же количества тепла, но при этом тогда расходы натурального топлива будут разные, а расход условного топлива будет одинаков. Следующие нормируемые величины работы котельных – это коэффициент полезного действия «брутто» (КПД) котельной (или коэффициент использования топлива, КИТ) и удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии (кг/Гкал). КПД котельных всецело за определённый определяется КПД отдельных котлоагрегатов. КПД котлов и котельной – соотношение количества энергии переданной сетевой воде к количеству энергии содержащейся  в топливе. Количество энергия топлива – это и есть низшая теплота сгорания умноженная на расход натурального топлива, а количество тепловой энергии – это нагрев воды умноженный на ее количество (массу), т.е.:

ηкот = Qкол/(Втнт*Qрн) = 100*103/(34,7*3600)*100 =  80% (т.е. из 100% энергии 34,7 тонн натурального топлива, мы 20% потеряли, а сетевой воде передали тепловой энергии 100 Гкал за определенный период). Когда мы говорим о количестве выработанного тепла за определенный период – это тепловая ЭНЕРГИЯ (Гкал или Джоули), а когда мы говорим о количестве вырабатываемой энергии за единицу времени (час), то это тепловая мощность (Гкал/ч или МВт). 1 Гкал/ч = 1,163 МВт. Для подсчета КПД котельных производят замер остатков топлива на начало месяца и конец месяца, разница между остатками + приход топлива = расходу топлива. Как указывалось, на итоговый КПД котельной влияет КПД отдельных колов, т.е. чем экономичнее работают котлы, тем выше КПД будет у котельной по итогу месяца. Удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии bт/э – один из важнейших показателей экономичности работы котельных, напрямую характеризует уровень совершенства технологии сжигания топлива на котлах.

bт/э = Втут/Qкол = 17,9*1000/100 = 178,5 кг/Гкал, т.е. КПД = 80% соответствует УРУТ 178,5 кг/Гкал (таким образом рассчитаны КПД по котельным за 2020 г.). При этом нужно понимать, что расход угля тратится и на отпуск тепла потребителям и на собственные нужды, а УРУТ считается только по отношению к отпуску потребителям, поэтому чем больше СН, тем меньше Qкол – что ведет к росту УРУТ. Если знаете КПД котельной, то можно перейти к УРУТ по формуле:

bт/э = 142,857 / (ηкот) = 142,857 / (80/100) = 142,857 / 0,8 = 178,5 кг/Гкал, в формуле 142,857 кг/Гкал – это удельный расход условного топлива на выработку 1 Гкал при КПД = 100%. Т.е. чем больше УРУТ у котельной величины в 142,857 кг/Гкал, тем хуже работают котлы. Структура потерь тепла в котле и способы влияние на КПД котлов, котельной и УРУТ. Снижение расхода топлива одно из направлений работы филиала. Расход топлива зависит от нескольких факторов:

- КПД котлов (качественный фактор), чем меньше КПД, тем больше расход топлива;

- отпуск тепловой энергии (объемный фактор) – чем больше отпуск, тем больше расход топлива;

- калорийность топлива (качественный фактор), чем меньше калорийность, тем больше расход натурального (но не условного) топлива.

Рассмотрим, как влияет КПД котлов на расход топлива:

КПД котельной замеряется прямым балансом – это разница между остатками на начало и конец периода + поставка

КПД котельной замеряется обратным балансом – через замеры параметров работы котлов и расчет по формулам:

ηкот = 100- q2 – q3 – q4 –q5 – q6, где

100 – энергия топлива (принимается за 100% подведенная к котлу)

q2 – потери тепла с уходящими газами (%), зависят о температуры уходящих газов и содержания кислорода в уходящих газах;

q3 – потери тепла от химического недожога (%), зависят от величины содержания угарного газа СО в уходящих газах;

q4 – потери тепла от механического недожога (%), зависят от содержания горючих (несгоревших частиц угля) в шлаке зольника и уносе циклона;

q5 – потери тепла через изоляцию котла (%), зависят т состояния и наличия изоляции на котле;

q6 – потери тепла со шлаком (%).

Величина потерь тепла топлива в котле со слоевым сжиганием такая (чем больше скорости взаимодействия частиц топлива и кислорода воздуха – тем меньше мехнедожог и количество подаваемого воздуха) Чтобы снизить q6 – нужно отдать тепло шлака воздуху, который поступает в топку, поэтому в рамках новаторской деятельности на котельной Осетровка реализуется мероприятие по монтажу зольной перфорированной полки с экономией топлива 10,2 тнт/год на 1 котел (сейчас шлак с температурой 250 0С падает сразу в канал гидрозатвора) и на некоторых котельных перегружали горячий шлак в топки резервных котлов, находящихся на циркуляции для отдачи тепла сетевой воде. Чтобы снизить q5 необходимо следить за состоянием изоляции, участки изоляции с высокой температурой менять/восстанавливать изоляцию, увеличивать толщину изоляции, планируем приобретение и применение водоохлаждаемых дверок. Чтобы снизить q4 нужно:

- дожигать унос с циклона и зольника (при содержании горючих более 30%);

- не допускать высокого разряжения в топке, для исключения уноса легких частиц топлива в циклон;

- обеспечивать продуваемость слоя топлива;

- сжигать топливо нужного фракционного состава – сейчас перспективным направлением является сжигание топлива от ДСК с фракцией 15-50 мм. Для котлов с кипящим слоем почти все горючие оказываются в уносе циклона из-за аэродинамики организации горения топлива (очень мало попадает в слив шлака), в слоевых котлах наоборот, 80% золы оказывается в шлаке топки и только 20% в уносе циклона, в котлах с факельным сжиганием 5% золы попадает в шлак и 95% в золу уноса. Чтобы снизить q3 по обыкновению ничего не нужно на слоевых котлах, т.к. кислорода в уходящих газах более чем достаточно для дожига углерода в СО2. В идеале реакция сгорания углерода топлива должна проходить так:

С+О2 = СО2 (углекислый газ) – минимальное соотношение кислорода и углерода, при котором происходит полное окисление углерода, называется стехиометрическим, для такого соотношения коэффициент избытка воздуха будет равен единице α = 21/(21-О2) = 1 (где О2 – остаточное содержание кислорода в уходящих газах, О2 = 0%). В практике происходит по-другому, кислород и топливо смешиваются неидеально, и необходимо всегда поддерживать расход воздуха (кислорода) выше теоретически необходимого (в уходящих газах остаток О2 > 0%), что приводит к увеличению объема дымовых газах и расходу топлива, необходимого на нагрев этого воздуха. По факту реакция горения выглядит так:

С+О2 = СО2 + СО (с образованием угарного газа), чем больше СО – тем темнее дымовые газы после дымовой трубы. Также на потери тепла с уходящим газами влияет непосредственно их температура – на это влияет чистота внутренней/наружной поверхности котлов, площадь поверхности нагрева.