ОАО «Серовский металлургический завод им.А.К.Серова » Технический отчет 2013 г.

Техническое задание Компанией ООО «ТД ВИМ» было получено техническое задание от ОАО «Серовский металлургический завод им А.К.Серова» на выполнение технического анализа и проведение испытаний котла типа «Стерлинг» с целью снижения энергозатрат и оптимизации теплопотерь, а также выдачи технического решения для устранения недостатков.

Техническое задание Целью проекта является снижение потерь тепловой энергии теплопередачей через конструкции котла и воздуховода, экономия энергоресурсов, сокращение вредных выбросов от котельной, а также расходов на текущий ремонт. В соответствии с исполнительной технической документацией, в настоящее время стальные поверхности котла, экономайзера и воздухоподогревателя не имеют теплоизоляции на наружной поверхности.

Технический Анализ Был обработан участок трубопровода с применением пропитки адгезионной, глубокого проникновения, марки «Yourshield» серии «Antidote IN» c температурным режимом работы от -70 до +140 °С толщиной 0,1 мм (100мк), затем было произведено нанесение теплоизоляционного материала «Antidote AT» толщиной 2 мм на трубопровод, а также установлены датчики типа К1- термопара и выполнены замеры температуры на поверхности теплоизоли- рующего материала.

Для решения данной проблемы был предложен на испытания нано- технологичный материал торговой марки «Yourshield» серии «Antidote AT». Специалистами нашей компании участок трубопровода был обработан пропиткой адгезионной, глубокого проникновения, марки «Yourshield» серии «Antidote IN» c температурным режимом работы от -70 до +140, затем было произведено нанесение 2 мм тепло- изоляционного материала «Antidote AT» на трубопровод, а так же были установлены датчики типа К1 термопара и произведены замеры материала по теплотехническим показателям. С до в течении 48 часов снимали показания прибора самописца марки «Testo 175 t3» (двухканальный). Замеры производили контактным способом с помощью оборудования фирмы «Testo AG» (Германия). Данное оборудование прошло сертификацию об утверждении типа средств измерений в РФ под номером DE.C A от г.

Система нанесения материала

Толщина материала 100 мк Antidote IN2 mm Antidote AT

Название прибора: Testo – 175 T :00:01 Время запуска: :48:33 МинимумМаксимумСреднее значениеГраничные значения Время окончания: :23:33 t - на материале [°C]33,6059,6051,214-18,0/150,0 Каналы измерения: 2t - трубы [°C]43,90100,3089,931-18,0/150,0 Измеренные значения: 200 SN После всех замеров все показания были обработаны и построен график эффективности испытуемого материала.

На графике красным цветом показано изменение температуры на поверхности неизолированного трубопровода с шагом измерения 5 мин в течении 36 часов. Синим цветом показан график изменения температуры поверхности испытуемого теплоизолирующего материала с шагом измерения 5 мин в течении 36 часов. Из графика видно, что замеры начались одновременно при температуре трубопровода градусов, а испытуемого материала градусов. Синий график начал существенно менять показания температуры с до когда происходило окончательное высыхание изолирующего материала. Красный график показывает повышение температуры теплоносителя в трубопроводе в интервалах времени – 12.00, – 13.15, Когда температура теплоносителя вышла на расчётные значения 100 – 110 градусов, температура на поверхности трубы и на испытуемом материале выровнялась. Начиная с и до конца испытаний материал AntidoteAero-Therm работал в стационарном режиме. Разница температур в среднем составила +38,71 °С. Отметим, что, начиная с до часов в установившемся режиме разность температур составляла, как следует из графиков, более 40 °С.

Теплотехнические расчёты Ограждающие конструкции котла Требуется определить потери теплоты неизолированнымиэлементами конструкции котла при следующих исходных данных: Котёл: площадь поверхности 339 м 2. Экономайзер: площадь поверхности 28,6 м 2. Воздухоподогреватель: площадь поверхности 78 м 2. Температура стенки котла: 60 – 100 °С. Для расчётов принимаем максимальную температуру 100 °С. Температура в помещении: 20 °С. Режим работы оборудования: круглогодичный. Общая площадь поверхности элементов конструкции котла составит: 445,6 м 2. Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспус- канием и конвекцией: α = 9,74 + 0,07(100 – 20) = 15,34 Вт/м 2 *К. Удельный тепловой поток: q = 15,34(100 – 20) = 1227,2 Вт/м 2. Тепловые потери с наружной поверхности конструкционных элементов: Q 1 = 1227,2 445,6 = ,32 Вт. Часовые тепловые потери аппаратуры: Q 2 = , = ,152 кДж/час = ,93 ккал/час. Потери теплоты за год: Q п1 = , = 4115,8 Гкал. Для сравнения проведём расчёт по следующей рекомендованной методике:

«Расчёт потерь тепла в котлоагрегате через ограждающие конструкции в окружающую среду.Расчёт потерь тепла в котлоагрегате через ограждающие конструкции в окружающую среду Рассмотрим расчёт потерь тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции котлоагрегатов. Потери тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции являются следствием теплопроводности ограждающих конструкций-обмуровки и металлических частей. Ввиду крайне неравномерного распределения температур окружающего воздуха в различных частях обмуровки определение потерь экспериментальным путём представляет значительные трудности. Поэтому потери определяются расчётом или принимаются по нормативным данным. Расчётный метод. Потери тепла через ограждающие конструкции котла зависят от размера и температуры наружной поверхности котлоагрегата, а также от температуры наружного воздуха. Исходя из этого, потери могут быть определены по следующей методике. Q F *F + Q 1 q s = * 100% B*Q н где: Q F – потеря тепла с 1 м 2 поверхности котлоагрегата, ккал/м 2 *ч; Q 1 – потеря тепла трубопроводами, барабаном и т. п.; F – поверхность охлаждения по общему габариту котлоагрегата, м 2 ; B – расход топлива на котлоагрегате, кг/ч; Q н – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг. Величину Q F можно определить по формуле:

Q F = α в * (t F – t в ),ккал/м 2 *ч где α в – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением в окружающую среду при свободном движении воздуха, ккал/м 2 *ч*°С. α в = 2,2 * (t F – t в ) ¼ + 4,5 * (((t F +273)/100) 4 ) – ((t в +273)/100) 4 ))/(t F – t в ), ккал/м 2 *ч*°С. t F – средняя температура поверхности ограждающей конструкции,°С. t в – средняя температура окружающего воздуха, °С.» В соответствии с рекомендованной методикой определяем α в – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением в окружающую среду при свободном движении воздуха, ккал/м 2 *ч*°С. α в = 2,2 * (100– 20) ¼ + 4,5 * ((( )/100) 4 ) – ((20+273)/100) 4 ))/(100– 20) = 13,35 ккал/м 2 *ч*°С = 15,52 Вт/м 2 *К. Удельный тепловой поток: q = 15,52 (100 – 20) = 1241,6 Вт/м 2. Различие в величинах удельных тепловых потоков, рассчитанных двумя способами, составит: N = (1241, ,2)/ 1241,6 1%. Таким образом, правомерность расчёта теплопотерь котлоагрегата подтверждена.

Тепловые потери конструкционных элементов, изолированных системой «Antidote AT» При расчёте теплопотерь неизолированных элементов конструкции, температуру поверхности можно принимать равной температуре теплоносителя в них, так как термическое сопротивление стенок δ м /λ м и сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности 1/α w для чистых поверхностей во много раз меньше, чем сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности 1/α п. Такое допущение позволяет значительно упростить расчет и уменьшить число необходимых исходных данных, так как тогда не требуется знать скорость теплоносителя, толщину стенки трубы, степень загрязнения стенки на внутренней поверхности. Погрешность расчета, связанная с таким упрощением, невелика и значительно меньше погрешностей, связанных с неопределённостью других расчётных величин. Для расчёта аппаратов и трубопроводов с теплоизоляцией необходимо учитывать коэффициенты теплоотдачи горячего и холодного теплоносителей, а также термические сопротивления всех слоёв, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений. Коэффициент теплопередачи K: 1 K = /α w + Σ δ m /λ m + 1/α п

1/α w + Σδ m /λ m +1/α п ( т = 1, 2,..., n) Рассчитываем коэффициент теплопередачи при следующих значениях параметров: α w – коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке аппарата, 46,4 Вт/м 2 *К (вынужденное турбулентное течение); α п – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху, 10,4 Вт/м 2 *К; δ m – толщина слоя изоляции 2,1 мм; λ m – коэффициент теплопроводности изоляции, 0,01 Вт/м*К. 1 K = = 3,05Вт//м 2 *К. 1/46,4+ 2, /0,01+1/10,4 Удельный тепловой поток: q = K (t вн - t в ) = 3,05 (100 – 20) = 244 Вт/м 2. Потери теплоты за год: Q п2 = ( ,6 3600)/4, = 818,3 Гкал. Экономия за год составит: Q = Q п1 - Q п2 = 4115, ,3 = 3297,5 Гкал. При стоимости одной Гкал 709 руб экономия составит: N = 3297,5 709 = руб за год. В пересчёте на кубометры природного газа экономия составит: 3297, /8017 = м 3 природного газа за год или 411, ,24 = руб. Уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния котла: Qp = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 где Qp – располагаемая теплота, Q 1 – полезно использованная теплота (КПД котла), Q 2 – потери теплоты с уходящими газами, Q 3 – потери теплоты от химического недожога, Q 4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания (при сгорании твёрдого и жидкого топлива), Q 5 – потери теплоты в окружающую среду ограждающими поверхностями котла, Q 6 – потери теплоты с физической теплотой шлаков (при сгорании твёрдого топлива).

КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто определяется по уравнению прямого баланса. По справочным данным КПД-брутто составляет в среднем 90-92%; С учётом среднего значения КПД-брутто, расход газа возрастёт до /90 = м3 при КПД = 90% (для котла, имеющего длительный срок эксплуатации) и /92 = м 3 при КПД = 92%; стоимость природного газа составит соответственно 457, ,24 = руб и 447, ,24 = руб. Отметим, что расчёт теплопотерь в данном случае мог бы быть выполнен с применением методик, с помощью которых определяли теплопотери котла без теплоизоляции, поскольку, как сказано выше, экспериментально установлено снижение температуры поверхности изоляции на 40°С по сравнению с неизолированной поверхностью. Однако эксперимент проводили для стальных труб с горячей водой. Температура поверхности изоляции котлоагрегата для нагрева воздуха будет отличаться (в меньшую сторону) ввиду того, что коэффициент теплоотдачи для воздуха много меньше коэффициента теплоотдачи для воды.

Выводы и рекомендации 1. Предлагаемая двуслойная антикоррозионная и теплоизолирующая система, представляющая собой нанотехнологичный материал марки «Yourshield» серии «Antidote AT», является эффективным теплоизолятором, позволяющим существенно снизить тепловые потери котлоагрегата. 2. Система сохраняет теплоизолирующие свойства на протяжении всего срока службы – не менее 15 лет (в отличие от традиционных теплоизолирующих материалов). 3. Применение материала «Antidote AT» обеспечивает снижение потерь тепловой энергии теплопередачей через поверхность агрегата, экономию энергоресурсов, сокращение вредных выбросов от котельной и расходов на текущий ремонт. 4. Экономический эффект только за счёт снижения объёма подачи природного газа составит от руб до руб за год.

Результат Выполненная работа и полученные результаты, а также положительные отзывы заказчиков и технические оценки, служат доказательством эффективности применения теплоизолирующей системы «Антидот». На фотографиях показаны трубопроводы до и после нанесения покрытия. Как видно из фотографий, покрытия имеют эстетичный, современный и привлекательный внешний вид, плотную структуру, и, кроме того, гигиеничны, не выделяют пыли и не крошатся, долго служат. Предприятие ТД «Внедрение инновационных материалов» имеет большой опыт выполнения теплоизоляционных работ с применением материалов серии «Антидот», которые являются наиболее рациональным выбором между всеми представленными на рынке материалами.

Результат

Результаты и выводы В результате выполнения работы температура на всех поверхностях агрегатов была понижена до требуемых градусов. Что и требовалось по тех. заданию. Экономия на подаче природного газа составляет до рублей в год на данном котле. Получен дальнейший заказ на проведение подобных работ на остальных 11 котлах предприятия.