Эффективность котельных систем может быть повышена с помощью других средств, помимо систем автоматического управления, таких как рекуперация отработанного тепла и контроль продувки. Чтобы иметь возможность утилизировать отработанное тепло, могут потребоваться некоторые изменения конструкции, а также некоторые инвестиции в новое оборудование. Контроль продувки также накладывает некоторые ограничения в зависимости от конструкции системы и может также потребовать внесения некоторых изменений в конструкцию и оборудование. Поскольку основное внимание в этом отчете уделяется автоматическому управлению, эти методы будут рассмотрены лишь вкратце для сведения читателя.

Утилизация отходящего тепла

Отходящим теплом называется тепло, вырабатываемое в процессе работы котла, которое затем выбрасывается непосредственно в окружающую среду, становясь непригодным для использования в качестве полезной энергии. Тепло, выбрасываемое в окружающую среду при достаточно высокой температуре, во многих случаях может быть утилизировано, что дает определенную экономическую выгоду.

Отработанное тепло может быть восстановлено с использованием ряда методов и использовано несколькими способами. В котельных установках отработанное тепло обычно используется для предварительного нагрева либо воздуха для горения, либо питательной воды котла. Теплообменники, используемые для рекуперации тепла, имеют много синонимов, но в этом отчете теплообменники газ-газ называются рекуператорами, а теплообменники газ-жидкость — экономайзерами.

Рекуператоры

Существуют различные конструкции рекуператоров, но все они имеют одну и ту же цель – передавать тепло от дымовых газов воздуху для горения. Поскольку воздух для горения предварительно нагревается, он переносит дополнительную энергию в зону горения. Как следствие, меньше энергии должно быть обеспечено топливом, что снижает потребление топлива. Кроме того, снижение расхода топлива означает, что требуется меньше воздуха для горения, что приводит к уменьшению потерь дымовой трубы за счет снижения температуры дымовой трубы и уменьшения количества дымовых газов.

Наиболее простой конструкцией рекуператоров является металлический рекуператор излучения, состоящий из двух концентрических металлических труб. По внутренней трубе проходят дымовые газы, а по внешней оболочке воздух для горения. Название этой конструкции происходит от того факта, что большая часть тепла от выхлопных газов передается металлической внутренней трубе посредством радиационного теплообмена. Затем тепло передается воздуху для горения за счет конвективного теплообмена.

Другой распространенной конструкцией является трубчатый или конвективный рекуператор. В этой конструкции дымовые газы проходят через несколько трубок малого диаметра, а воздух для горения проходит по внешней стороне труб один или несколько раз. Эти две конструкции также были объединены, чтобы максимизировать эффективность теплопередачи. Схематично может быть показана схема устройства комбинированного радиационно-конвекционного рекуператора.

Экономайзеры

Наиболее распространенным методом предварительного нагрева питательной воды котла является использование ребристых теплообменников. Он состоит из множества труб с ребрами, приваренными или прикрепленными иным образом к внешней стороне труб. Ребра служат для увеличения площади поверхности труб. По этим трубам подается питательная вода по мере прохождения по ним дымовых газов. Эти теплообменники с ребристыми трубами имеются в продаже в расфасованном виде в модульных размерах и могут быть изготовлены из материалов, способных противостоять коррозионным соединениям в выхлопных газах. На схеме может быть показана обычная установка экономайзера в котельной системе.

Управление продувкой

Управление продувкой котла является важной функцией паровых котлов. При испарении воды содержание минералов и примесей в оставшейся воде увеличивается в концентрации. Загрязнения остаются и накапливаются внутри котла, а их повышенная концентрация повреждает трубопроводы или технологическое оборудование, блокирует вентили, снижает способность к теплопередаче, вызывает коррозию и нарушение технологического процесса. Поэтому определенное количество воды в котле необходимо продуть и слить из котла, чтобы обеспечить безопасный уровень загрязнения. Продувка приводит к потерям тепла, давления и, возможно, химикатов для котлов, поэтому их следует минимизировать.

Измерение загрязнения котла и указание того, как запланировать продувку, называется общим содержанием растворенных твердых веществ (TDS). Приборы измерения TDS основаны на определении электропроводности котловой воды. Чистая вода является плохим проводником, в то время как вода с высоким уровнем TDS хорошо проводит электричество. Затем электрический сигнал интерпретируется как концентрация и миллионные доли. Менее сложный метод заключается в использовании прозрачного смотрового стекла, с помощью которого оператор визуально определяет приемлемый уровень и время проведения продувки.

Котловая вода может сбрасываться периодически или непрерывно. Все системы рассчитаны на периодическую продувку, при которой вода забирается со дна котла для удаления шлама и осевших частиц. В системах непрерывной продувки вода сбрасывается с поверхности с определенной скоростью, определяемой вручную или автоматически. Ручная продувка, когда оператор устанавливает продувочные клапаны и расход воды на определенную скорость, возможна лишь при небольших изменениях качества воды и потребности в паре. В автоматических системах продувки TDS контролируется по проводимости, а скорость продувки регулируется таким образом, чтобы оставаться близким к максимально допустимому уровню TDS и тем самым минимизировать количество горячей котловой воды, сбрасываемой из системы.

Вода, сбрасываемая при продувке, имеет высокую температуру и перед сбросом в канализационную систему должна быть охлаждена, часто путем разбавления ее холодной водой. Система рекуперации тепла продувки, в которой вода для продувки используется для предварительного нагрева поступающей воды, снижает количество потерь энергии и сокращает время окупаемости за счет рекуперации части тепловой энергии. Если продувка производится периодически, а резервуар для хранения продувочной воды отсутствует, сохранение тепла может быть затруднено, поскольку за короткий период времени сбрасывается большое количество воды. Системы рекуперации отработанного тепла более подробно описаны в следующих статьях нашего сайта.