Энергосбережение, экология и развитие котлостроения в Украине

26.09.2011
Автор: В.Д.Лифшиц, директор ХКП «Котлоэнергопроект»
Лившиц В.Д.

Отсутствие котлостроительных заводов, выпускающих ко­тельное оборудование для промышленной энергетики, де­фицит энергетического топлива и сложная экологическая обстановка определили характерные особенности промышленной энергетики Украины.

Опираясь на накопленный опыт работы в разных отраслях промыш­ленности, а именно: в металлур­гии, на коксохимических заводах, нефте- и газоперерабатывающих заводах, предприятиях Укртрансгаза, в сахарной промышленнос­ти, на маслоэкстракционных заводах, машиностроительных предприяти­ях и предприятиях пищевой промышленности, ХКП «Котлоэнергопроект»  разработана концепция комплексного решения вопросов экологии и энергосбережения при строительстве или реконструкции энергетических объектов на укра­инских промышленных предприя­тиях с учетом индивидуальных осо­бенностей топливной базы, струк­туры вторичных энергоресурсов и экологической ситуации.

В рамках этой концепции нашим предприятием разработан и реа­лизован ряд технических решений, позволяющих получить экономию топлива и экологический эффект одновременно.

Основными направлениями де­ятельности ХКП «Котлоэнергопроект» являются:

  1. Разработка, изготовление, монтаж и ввод в эксплуатацию но­вых паровых и водогрейных котлов с высоким КПД (более 94%), по­зволяющих использовать как традиционные виды топлива, так и вторичные энергоресурсы пред­приятий.
  2. Реконструкция существующих котлов и котельных с целью:
    • повышения или понижения паропроизводительности;
    • повышения КПД;
    • сокращения водопотребления и стоков;
    • обеспечения надежной работы котлов на питательной воде с вы­соким солесодержанием;
    • снижения вредных выбросов в атмосферу.
  3. Установка паровых и газовых турбин с целью обеспечения пред­приятий собственной тепловой и электрической энергией.
  4. Разработка и изготовление котлов-утилизаторов.

В настоящее время можно говорить об отсутствии как в Украине, так и в России серийно выпускаемых котлов, сконструированных специально для работы на горючих газах металлургических, коксохимических и нефтеперерабатывающих предприятий, таких как коксовый и доменных газы, топливный газ нефте- и газоперерабатывающих заводов, а также на так называемых «нетрадиционных» видах топлива, таких как лузга подсолнечника и гречихи. В то же время все эти виды топлива сжигаются в котлах,  сконструированных для работы на природном газе и мазуте, и тем или иным способом
приспособленных к сжиганию перечисленных  видов топлива.
В этих условиях оказалась эф­фективной индивидуальная разра­ботка котельных агрегатов, рас­считанных на конкретного потре­бителя тепловой энергии и исполь­зующих все вторичные энергоре­сурсы данного предприятия.

Примером другого удачного тех­нического решения, позволяющего получить одновременно и энерго­сберегающий и экологический эф­фекты, могут служить саморегули­рующие многотопливные плоскофа­кельные горелки, позволяющие сжигать как раздельно, так и со­вместно широкую гамму топлив — от коксового, доменного и природного газа до угольной пыли и мазута.

В многотопливных котлах для сохранения номинальной темпе­ратуры пара в широком диапазо­не соотношения топлив горелки низкокалорийного топлива обычно размещают в нижней части топки, а горелки высококалорийных топ­лив — в верхних ярусах. Однако это приводит к росту числа горелок, усложняет конструкцию котла и затрудняет поддержание опти­мального топливовоздушного ре­жима работы топки.

Применение вихревых многотоп­ливных горелок снижает число го­релок, упрощает обслуживание кот­ла, однако при этом ограничивает­ся диапазон изменения тепловой доли низкокалорийного топлива по условиям сохранения требуемой температуры перегретого пара.

Проблемы, связанные со сжига­нием низкокалорийных газов со­вместно с высококалорийными топливами, успешно решаются при ис­пользовании саморегулирующих многотопливных плоскофакельных горелок (СМПФГ), разработанных и оптимизированных на основе рас­четных и экспериментальных ис­следований специалистами ХКП «Котлоэнергопроект». Оптимизиро­ванные плоскофакельные горелки широко внедрены на предприятиях черной металлургии Украины.

Реконструкция многотопливных котлов с внедрением плоскофа­кельных горелок обеспечивает:

  • снижение числа горелок от 6-10 до 2 шт. на котлах паропроизводительностью 75-230 т/ч (давление пара — 39-100 кгс/см2, температу­ра перегретого пара — 440-540°С), что упрощает схему газовоздухоп­роводов, эксплуатацию котлов, по­вышает надежность работы и уве­личивает в 1,5-2 раза межремонт­ный период работы котлов;
  • снижение сернокислотной кор­розии и забивания отложениями низкотемпературных поверхностей нагрева (экономайзер, воздухопо­догреватель) при сжигании серо­содержащих топлив — коксового газа и мазута;
  • стабилизацию температуры пе­регретого пара в широком диапа­зоне изменения доли доменного газа при сжигании его совместно с коксовым и природным газами и мазутом;
  • увеличение доли сжигаемого доменного газа с сохранением но­минальной нагрузки котла;
  • снижение на 30-40% выбросов окислов азота;
  • повышение надежности работы экранов топки за счет высокой эжекционной способности обще­го факела горелки и выравнивания локальных тепловых нагрузок;
  • упрощение схемы автоматиза­ции котла и повышение эффектив­ности работы регулятора соотно­шения «топливо-воздух» при рабо­те на нескольких видах топлив;
  • увеличение КПД котла на ~2 % за счет оптимизации процесса горения.

Следует отметить, что серийная продукция российских и зарубеж­ных котельных заводов не рассчи­тана не только на нетрадиционные топлива, но и на водные ресурсы Украины. Ни один из серийных кот­лов с пароперегревателем не мо­жет работать на питательной воде с солесодержанием выше 450 мг/кг при нор­мативной величине непрерывной про­дувки. На большей части террито­рии Украины такой воды нет. Для примера: Полтава — 600-1000 мг/кг, Донбасс — 800-1200 мг/кг и т.д.

Нашим предприятием разрабо­тана серия безбарабанных паро­вых котлов, работающих на пита­тельной воде с высоким солесодержанием — до 2500 мг/кг. Безбарабанные котлы с есте­ственной циркуляцией воды рас­считаны на работу на питательной воде с высоким (до 2500 мг/кг) солесодержанием при нормативной величине непрерывной продувки (10%). Сепарация пароводяной смеси осуществляется в циклонных сепараторах, на которые зам­кнуты циркуляционные контуры.

Основными преимуществами безбарабанных котлов являются:

  • возможность работы на пита­тельной воде с высоким солесодержанием;
  • возможность быстрого запуска (выход на рабочие параметры в течение 10 мин.) вследствие от­сутствия толстостенных элемен­тов (барабана);
  • неограниченный ресурс до спи­сания;
  • возможность изготовления всех элементов котла специализиро­ванными ремонтными организаци­ями;
  • минимальная тепловая инер­ция.

Для предприятий, потребляющих пар как высоких, так и низких па­раметров (например, маслоэкстракционные заводы) при высоком солесодержании питательной воды может быть рекомендована схема получения вторичного пара в паропреобразователе из продувочной воды. Эта схема ХКП «Котлоэнергопроект» разработана для одного из маслоэкстракционных заводов.

Котлами, установленными в котельной завода, вырабатывается пар под давлением 24 кгс/см2 и температурой 320-350°С. Часть пара указанных парамет­ров направляется на рафинирова­ние масла, часть — через РОУ с параметрами Р = 12 кгс/см2 и t=200°С направляется на экстракцию масла. Непрерывная продувка котлов составляет 50-60% из-за высокого солесодержания питательной воды — 1000 мг/кг.

Оптимальным решением тепло­вой схемы оказалось включение вместо РОУ паропреобразователя, вырабатывающего вторичный пар из продувочной воды котлов за счет тепла конденсации пара вы­соких параметров. Конденсат гре­ющего пара возвращается на умяг­чение питательной воды. Таким образом удается сократить расход продувочной воды до 2% от сум­марной паропроизводительности котлов.

При этом сокращается расход топлива за счет сокращения по­терь тепла с продувочной водой, сокращается водопотребление ко­тельной, расход реагентов для химводоочистки и сокращается ко­личество стоков.

В области малой энергетики на­шим предприятием разработана и изготавливается серия паровых и водогрейных котлов для замены морально и физически устаревших котельных агрегатов в действую­щих котельных (например, котлов НИИСТУ), а также для вновь соору­жаемых котельных.

Технические характеристики котлов соответствуют действую­щим нормативно-техническим тре­бованиям (КПД — более 93%) и раз­работаны с учетом особенностей эксплуатации в Украине (колеба­ния давления газа, вода ухудшен­ного качества).

Опыт работы нашего пред­приятия свидетельствует о том, что в настоящее время в Украине имеются все техноло­гические возможности для из­готовления котлов средней мощности для нужд промыш­ленных предприятий и отопи­тельных котельных.