Ефективност на работа на котелно помещение. Повишаване на ефективността на котелни агрегати Е. К. Сафонова, доцент, Д. Л. Безбородов, доцент, А. В. Студенников, магистър. общо описание на работата

Федерална държавна бюджетна образователна институция
Висше професионално образование
Липецк държавен технически университет

Катедра Промишлена топлоенергетика

Есе
„Повишаване ефективността на котелни агрегати и котелни помещения”

Изпълнено от: Бондарева П.М.
Прието от: В. И. Дождиков

Липецк 2011 г
Съдържание
Въведение

Енергиен одит на котелна централа……………………………………………...3

Следене на температурата на отработените газове и излишния въздух в тях. 9

Съставяне на режимни карти…………………………………………….12

Високоефективно регулиране……………………………………14

Използване на вторични излъчватели……………………………..18

Монтаж на модернизирана долна слот горелка в студената фуния на котела (за котли ПТВМ-100 и ПТВМ-50 ………………………20

Интегрирани технологии за повишаване на ефективността на битови котелни централи………………………………………………………….22

Библиография………………………………………………………...28

Въведение
Въпросите за спестяване на горива и енергийни ресурси се отдават на голямо значение във всички сектори на националната икономика и особено в енергетиката - основната индустрия, която консумира гориво. Във всяка станция и котелна централа се разработват организационни и технически мерки за подобряване на технологичните процеси, модернизиране на оборудването и повишаване на квалификацията на персонала.
По-долу ще разгледаме някои начини за повишаване на ефективността на котелния агрегат и котелното помещение като цяло.

Енергиен одит на котелно помещение

Енергоспестяването в котелно помещение, разбира се, започва с енергийно проучване (енергиен одит) на котелното помещение, което ще покаже реална оценка на ефективността на използването на съществуващото оборудване на котелното помещение и отоплителната система като цяло, и също ще определи потенциала на енергоспестяващите мерки и методите за прилагане.
Основната задача на енергийната инспекция на котелна централа е да се определи:

Действителни показатели за работа на котелното оборудване.

Сравнение на съществуващи показатели за производителност на котелна централа със стандартизирани стойности.

Идентифициране и анализ на причините за несъответствието между действителните стойности на ефективността на котелното помещение и стандартизираните.

Начини за постигане на енергийно ефективна работа на котелно помещение.

Енергийното обследване на котелно помещение се състои от следните етапи:

събиране и документиране на информация - определяне на основните характеристики на обекта на изследване: информация за оборудването на котелното помещение, динамика на потреблението на енергия, информация за потребителите на топлина и др. Определят се и обемите и точките на измерване на топлинна и електрическа енергия;

инструментално проучване - попълва липсващата информация за количествените и качествените характеристики на потреблението на енергия и ви позволява да оцените текущата енергийна ефективност на котелната централа;

изследване и обработка на резултатите и техния анализ - измервания със съществуващи измервателни уреди, а при липса на такива - преносими специализирани уреди.;

разработване на препоръки за енергоспестяващи мерки и изготвяне на доклад.

При инструментално изследване на котелно помещение обикновено се използват следните измервателни уреди и системи:

Анализатор на продукти от горенето

Термовизионна камера (термично изображение)

Цифров измервател на температурата

Безконтактен инфрачервен термометър

Трифазен анализатор на мощността

Ултразвуков разходомер за течности

Ултразвуков дебеломер

Комплект от горните инструменти ви позволява да извършвате почти всички необходими измервания по време на енергиен одит в котелното помещение.
При разработването на събития е необходимо:
1) определя техническата същност на предложеното подобрение
и принципи за получаване на спестявания;
2) изчислява потенциалните годишни спестявания във физическо и парично изражение;
3) определя състава на оборудването, необходимо за изпълнение на препоръката, приблизителната му цена, разходите за доставка, монтаж и пускане в експлоатация;
4) оценка на общия икономически ефект от предложените мерки, като се вземат предвид горните точки.
След оценка на рентабилността, всички препоръки се класифицират по три критерия:
1) безплатно и евтино - извършва се в съответствие с текущия
дейности по котелно помещение;
2) средна цена - извършва се, като правило, за сметка на собствените средства на котелната централа;
3) висока цена - изисква допълнителни инвестиции.
В табл Таблица 1 показва най-широко използваните препоръки с приблизителна оценка на тяхната ефективност.
Енергоспестяващи мерки

п/п	Събитие	Оценка на ефективността на събитието
1	Изготвяне на наръчници и графици за експлоатация, управление и поддръжка на оборудването и периодично наблюдение от ръководството на институцията върху тяхното изпълнение	5-10% от изразходваното гориво
2	Поддържане на оптимално съотношение на излишък на въздух	1-3%
3	Монтаж на воден повърхностен економайзер зад котела	до 5-6%
4	Използване на инсталации за дълбоко оползотворяване на топлина зад котелни агрегати, инсталации за използване на латентната топлина на изпаряване на отработените димни газове (контактен топлообменник)	до 15%
5	Повишаване на температурата на захранващата вода на входа в барабана на котела	2% за всеки 10 °C
6	Подгряване на захранващата вода във воден економайзер	1% за всеки 6 °C
7	Поддържане на външните и вътрешните нагревателни повърхности на котела чисти	до 10%
8	Използване на топлина от котли чрез вземане на топъл въздух от горната зона на котелното помещение и подаване към смукателната линия на вентилатора	1-2%
9	Топлоизолация на външни и вътрешни повърхности на котли и топлопроводи, уплътняване на канали и бойлерни вентили (температурата на повърхността на облицовката не трябва да надвишава 55 °C)	до 10%
10	Преобразуване на котелни на газ	цената на 1 Gcal се намалява 2-3 пъти
11	Монтаж на системи за измерване на гориво, електричество, вода и топлина	до 20%
12	Автоматизация на управлението на работата на котелно помещение	до 30%
13	Модернизация на котли тип ДКВР за работа в режим на топла вода	повишаване на ефективността до 94%
14	Използване на честотни задвижвания за регулиране на скоростта на въртене на помпи, вентилатори и димососи	до 30% от потреблението на електроенергия

Има редица общи препоръки за пестене на енергия в котелни помещения, които включват:
1. Назначаване в котелното помещение на лицата, отговорни за наблюдението на енергийните разходи и провеждането на енергоспестяващи мерки.
2. Подобряване на работния процес на котелното помещение и оптимизиране на работата на системите за осветление, вентилация, водоснабдяване и топлоснабдяване.
3. Спазване на правилата за експлоатация и поддръжка на системи за използване на енергия и отделни електроцентрали, въвеждане на графици за включване и изключване на осветителни системи, вентилация, топлинни завеси и др.
4. Организация на работата по експлоатацията на лампите, тяхното почистване, навременен ремонт на дограми, прозорци, ремонт на баня и др.
5. Провеждане на разяснителна работа с работниците на котелното по въпросите на енергоспестяването.
6. Провеждане на периодични енергийни обследвания.
7. Тримесечна проверка и коригиране на договори за потребление на енергия и ресурси с енергоснабдителни организации.
Енергоспестяващи мерки в промишлени котелни

Енергоспестяващи мерки в котелни, работещи с газ

Провеждайте редовно RNI.

В междупусковия период редовно да се извършват ускорени изследвания и анализи на димните газове за съответствие с режимните карти.

Топлоснабдяването трябва да се извършва в съответствие с температурните графици.

Намалете мощността на мрежовите помпи в резултат на настройка на мрежата.

Намаляване на загубите от изолационни дефекти.

Подмяна на оборудване с по-икономично.

Премахване на бързи схеми и съкращения на графика чрез подобряване на схемата за топлоснабдяване.

Борба с течове.

Счетоводство и анализ на всичко.

Преустройство на парни котли във водогреен режим.

Приложение на честотно задвижване.

Използването на горелки, работещи с нисък коефициент на излишен въздух.

Продухан въздухозаборник от котелното помещение.

Премахване на засмукването в котли, работещи с вакуум в пещта.

Монтаж на економайзер или топлообменник.

Приложение на обезвъздушаване на водата.

Повишаване на температурата на захранващата вода.

Почистване на нагревателни повърхности от двете страни.

№	Име на събитието	Срок отплата, години	Очакван спестяване на гориво и енергийни ресурси					Разноски На изпълнение
№	Име на събитието	Срок отплата, години	Gcal	хиляди kWh	тук	Обща сума тук	Обща сума, долара САЩ	Разноски На изпълнение
11	Монтаж на аварийна система за защита на котела, базирана на нивото на водата в барабана	1.5			до 5%			до 1500 долара САЩ
22	Оптимизиране на водно-химичния режим на парни котли	0.3			повишаване на ефективността до 5%		до 20 000 долара САЩ	Работа по настройка до 5000 USD
33	Осигуряване на работа на VPU при номинално натоварване	0.3					до 20 000 долара САЩ	Работа по настройка до 5000 USD
44	Използване на кондензирана топлина от котелното помещение за предварително загряване на вода за пречистване на водата	1.5	Намалени разходи за всмукване на въздух
55	Използване на ефективни фуражни суровини (катионобменници) за пречиствателни станции	0.5	Намаляване на цената на катионобменната смола 2 пъти					2,9 USD за кг
66	Автоматични системи за периодично и непрекъснато продухване на котли	2-3	Намалете силата на издухване 2-3 пъти					до 3000 щатски долара
77	Въвеждане на мигновени генератори на газовъздушна смес (смесване на пара и димни газове)	2-5	Повишена горивна ефективност с 30%					40-140дол. САЩ за 1 kW инсталирана топлинна мощност

Енергоспестяващи мерки за котелни и пещи в частни къщи и сгради с обща площ не повече от 2000 кв.м.
Модернизация и автоматизация на котелни малки и средни мощности:

повишаване на енергийната ефективност на котелни агрегати с
използване на нискотемпературни и кондензационни котли;

използване на нови принципи на изгаряне на гориво в котелни
единици;

повишаване на надеждността на котелните агрегати;

използване на съвременни устройства за горене;

автоматизация на котелни агрегати;

автоматизация на разпределението на охлаждащата течност между товарите;

химическа обработка на водата на охлаждащата течност;

топлоизолация на тръбопроводи;

монтаж на економайзери на комини;

чувствителен към времето контрол на веригата;

модерни пожаро-газотръбни котелни агрегати.

2. Следене на температурата на отработените газове и излишния въздух в тях.

Поддържането на оптимални условия на въздуха за горене е основно условие за осигуряване на икономична работа на котела. Загубите в пещта q 3 и q 4 силно зависят от излишния въздух в горелките (? g) и в пещта (? t). Необходимо е горивото да се изгаря в излишък на въздух, за да се осигури пълно изгаряне на горивото. Тези превишения се установяват по време на пусковите изпитвания. Вендузите в горивната камера оказват значително влияние върху ефективността и температурното ниво на горене. Увеличаването на броя на всмукателните чаши намалява излишъка на въздух в горелките, намалява ефективността на смесване на горивото и продуктите от горенето с въздуха и увеличава загубите на q 3 и q 4 . За да се избегне увеличаване на загубите при изгаряне, общият излишък на въздух в пещта се увеличава, което също е неблагоприятно. Начините за повишаване на ефективността на горивния процес са премахване на засмукването в горивната камера, организиране на оптимален режим на горене и провеждане на тестове за намиране на тези условия.
Най-големите загуби в котела са загубите с димните газове. Тяхната стойност може да бъде намалена чрез намаляване на излишния въздух в димните газове, температурата на димните газове, както и чрез повишаване на температурата на въздуха, взет от околната среда.
Най-голям акцент трябва да се постави върху намаляването? ъъъ Осигурява се чрез работа на горивната камера при минимално допустим (според условията на изгаряне на горивото) излишък на въздух в горивната камера и чрез елиминиране на засмукване в горивната камера и газопроводите. Отказ? хх също така позволява да се намалят загубите за собствени нужди по пътя газ-въздух и води до намаляване на температурата на димните газове. Всмукването на въздух в пещта на газьолни котли с производителност 320 t/h и по-малко не трябва да надвишава 5%, над 320 t/h - 3%, а за котли с въглищен прах със същата производителност - 8 и 5%, съответно. Всмукването на въздух в газовия тракт в зоната от изхода на паропрегревателя до изхода на димоотвода не трябва да надвишава (с изключение на колекторите за пепел) 10% за тръбни въздухонагреватели, 25% за регенеративни.
Когато котелът работи, един от основните параметри, които изискват постоянно наблюдение и изправност на устройствата, е излишният въздух в горивната камера или зад една от първите нагревателни повърхности. Източникът на повишено засмукване на въздух в газопроводите е износването или корозията на тръбите в тръбните въздухонагреватели (главно студени дестилатори), което също причинява повишена консумация на енергия за тяга и взривяване и води до ограничаване на натоварването.
Температура на димните газове? зависи както от излишния въздух, така и от ефективността на нагревателните повърхности. Когато се появят замърсители по тръбите, коефициентът на топлопреминаване от газове към тръбите намалява ли или се увеличава? ъъъ За да се премахнат замърсителите, нагревателните повърхности трябва да се почистват редовно. При надграждане на бойлер до по-ниско? Трябва обаче да запомните, че това може да доведе до кондензация на пари по стените на тръбите на студените кубове на въздухонагревателя и тяхната корозия.
Възможно е да се повлияе на температурата на околния въздух, например чрез превключване на входящия въздух (от улицата или от котелния цех). Но трябва да се помни, че когато въздухът се поема от котелното помещение, неговата вентилация се увеличава, появяват се течения, а през зимата, поради по-ниски температури, тръбопроводите могат да се размразят, което води до аварийни ситуации. Следователно изтеглянето на въздух от котелното през зимата е опасно. Естествено, през този период загубите q 2 обективно се увеличават, тъй като въздухът може да има отрицателна температура. Операторът трябва да поддържа температурата на въздуха на входа на въздухонагревателя на некорозионно ниво, като използва отопление във въздухонагреватели или рециркулация на горещ въздух.
Увеличаването на топлинните загуби в околната среда може да възникне поради разрушаване на облицовката, изолацията и съответното излагане на повърхности с висока температура или поради неправилен избор и монтаж на облицовката. Всички проблеми трябва да бъдат идентифицирани, когато операторът обикаля около котела, да бъдат въведени в регистъра на дефектите и незабавно отстранени.
Доброто смесване на гориво и окислител с вихрова горивна схема позволява работата на котела с намален (в сравнение с факелния процес с директен поток) излишък на въздух на изхода на пещта (? = 1,12...1,15), без да се увеличава съдържание на горими вещества в летливата пепел и без увеличаване на стойността на концентрацията на CO, която не надвишава 40-80 mg/nm 3 (? = 1,4).
По този начин намаляването на температурата и излишния въздух в димните газове чрез увеличаване на ефективността на пещта позволява да се намалят топлинните загуби с димните газове и следователно да се увеличи „брутният“ коефициент на полезно действие на котелния агрегат с 1... 3%, дори при котли, които са работили преди модернизацията 30 ..40 години.

Съставяне на режимни карти

За да се осигури компетентна, икономична работа, се разработват графици за часовия персонал, които да ги ръководят в работата им.
Работната диаграма е документ, представен под формата на таблица и графики, в който за различни натоварвания и комбинации от оборудване са посочени стойностите на параметрите, определящи работата на котела, които трябва да се спазват. На базата на резултатите от тестовете се съставят режимни карти за оптимални, най-икономични и надеждни режими при различни натоварвания, качество на постъпващото гориво и различни комбинации от работещо основно и спомагателно оборудване. Ако в станцията е инсталирано оборудване от същия тип, изпитвания с повишена сложност се извършват на един от котлите, а за останалите котли изпитванията могат да не се провеждат или да се извършват в намален обем (режимната карта на използвани са тествани котли). Режимните карти трябва редовно да се преглеждат и променят (ако е необходимо). Уточнения и промени се правят при преминаване към нови видове гориво, след ремонт и реконструкция.
За характерни обхвати на натоварване в режимната карта като определящи параметри се въвеждат следните: налягането и температурата на основната и междинната прегрята пара, температурата на захранващата вода, отработените газове, количеството и понякога специфична индикация за комбинация от Работни мелници, горелки, вентилатори и димоотводи; съставът на продуктите от горенето зад нагревателната повърхност, след което за първи път се осигурява достатъчно смесване на газове (конвективен паропрегревател или воден економайзер от степен II); индикатори за надеждността на работата на отделни повърхности или елементи на котела и индикатори, които улесняват управлението на котела или реагират най-бързо на отклонения в режима и възникване на аварийни ситуации. Последните индикатори често се използват: температура на газа в зоната на най-малко надеждната работна нагревателна повърхност (например във въртяща се камера, пред замърсена или шлакова конвективна повърхност и др.); устойчивост (спад на налягането) на замърсени, зашлаковани и корозирали нагряващи повърхности (скоростна кутия; въздухонагревател); въздушен поток към мелниците и тяхното амперажно натоварване - особено при горива с променлив състав; температура на средата и метала в едни от най-опасните от гледна точка на прегряване нагряващи повърхности.
Освен това картата на режима отразява честотата на включване на средствата за почистване на отоплителната повърхност и специалните условия на работа на отделните елементи и оборудване (например степента на отваряне на отделните управляващи въздушни и газови клапи, съотношението на степента на отваряне на амортисьорите за първичен и вторичен въздух на горелките; условия на работа на линията за рециркулация на газ и работна среда и др.).
При изгаряне на мазут температурата на неговото предварително загряване се въвежда допълнително в режимните карти, при които се осигурява надеждно транспортиране на мазут през тръбопроводите за мазут и разпръскването му в дюзи.
Наред с определянето на състава на газовете, за да се определи оптималният режим на горене, е необходимо редовно да се определя засмукването на газ в пещта и в конвективните димоотводи.
Преобладаващото мнение за недостатъчната опасност от засмукване на въздух в горивната камера и възможността този въздух да се използва в процеса на горене е неправилно и опасно. Факт е, че по-голямата част от въздуха, влизащ в горивната камера с вендузи, прониква през течове в стените на горивната камера с относително малки размери и не може да проникне дълбоко в горивната камера.
Придвижвайки се близо до екраните, в зона с относително ниски температури, този въздух слабо участва в горенето. В основната зона на горене няма достатъчно въздух, част от горивото, без да изгори, се извежда от пещта, повишавайки температурата там и създавайки редуцираща среда. Повишаването на температурата на горивните частици (и следователно на пепелта) и редуциращата среда засилват процеса на шлака и замърсяване на тръбите.
С оглед на важността на поддържането на оптимални въздушни условия за горивния процес, оперативният персонал на станцията трябва постоянно да следи изправността на устройствата за газов състав и да извършва текущ мониторинг на плътността на пещта и конвективните димоотводи чрез външна проверка и определяне на смукателни чаши.
Параметрите, включени в картата на режимите, се използват при настройка на системи за защита и автоматично управление.

Високо ефективна регулация

Един от най-добрите начини за гарантиране на ефективна работа на котелна централа е високоефективното регулиране, което може да се прилага както за парни, така и за водогрейни котелни. Високоефективното управление ви позволява да спестите средно 4 до 5% от използваната топлинна енергия и се изплаща в рамките на една година.
Как можете да подобрите ефективността на вашия котел? Известно е, че при определено съотношение на дебитите на въздуха и горивото най-пълното изгаряне се получава вътре в котела. В този случай е необходимо да се постигне горивен процес с минимално количество излишен въздух, но при задължително условие за осигуряване на пълно изгаряне на горивото. Ако в горивната камера се подава излишен въздух в по-големи количества от необходимите за нормалния процес на горене, тогава излишният въздух не изгаря и само безполезно охлажда горивната камера, което от своя страна може да доведе до загуби поради химическо непълно изгаряне на горивото.
Също така е необходимо да се контролира температурата на димните газове. Когато температурата на димните газове на изхода на котела е твърде висока, ефективността на уреда се намалява значително поради отделянето на излишна топлина в атмосферата, която може да се използва по предназначение. В същото време при работа с течни горива температурата на димните газове на изхода на котела не трябва да се понижава под 140 °C, когато съдържанието на сяра в горивото е не повече от 1% и под 160 °C, когато съдържанието на сяра в горивото е не повече от 2–3%. Тези температурни стойности се определят от точката на оросяване на димните газове. При тези температури процесът на кондензация започва в димните тръби и камерата за събиране на дим. Когато сярата, съдържаща се в горивото, влезе в контакт с кондензат, химическа реакция води до образуването първо на сярна киселина и след това на сярна киселина. Резултатът е интензивна корозия на нагревателните повърхности.
За постигане на по-голяма ефективност на високоточната настройка е необходимо първо да се извърши основно почистване на горивната камера и комините. За намаляване на излишния въздух и температурата на димните газове е необходимо:
– отстраняване на течове в горивната камера;
– проверете тягата на комина и при необходимост монтирайте клапа в комина;
– увеличаване или намаляване на номиналната входяща мощност на котела;
– следи за съответствието на количеството въздух за горене;
– оптимизирайте модулацията на горелката (ако горелката е оборудвана с тази функция).
За газови котли можете да използвате газомер и хронометър, за да определите дали необходимото количество гориво се подава към горелката. Ако котелът работи с мазут, се проверява дали дебитът, измерен от дюзата на разходомера, и налягането, генерирано от маслената помпа, са подходящи за ефективна работа на котела.
Анализатор на отработените газове се използва за оценка на ефективността на горене. Измерванията се правят преди и след настройката.
Най-подходящи за високоефективно регулиране са котлите с надуваеми газови горивни камери и горивни камери на нафта. По-малко подходящи са котлите с комбинирани горелки за два вида гориво, както и газовите котли с атмосферни горелки.
За комбинираните горелки работата с един вид гориво често е компромис за поддържане на работоспособност с друг вид гориво. И настройката на газови котли с атмосферна горелка е ограничена от техническите разпоредби и физическите характеристики на оборудването.

Регулиране чрез пропуски
За чугунени котли в отоплителни системи, когато регулирате подаването на топлина към отоплителната система според вътрешната температура на въздуха в контролната зала на сградата (регулиране „отклонение“), то може да се извърши чрез периодично изключване на системата („ байпас” регулиране) с помощта на температурен сензор. Това ще спести от 10 до 15% от консумираната топлинна енергия и ще се изплати в рамките на две години.
и т.н.................

Като ръкопис

ПОВИШАВАНЕ НА ЕФЕКТИВНОСТТА НА ПАРНИТЕ МАШИНИ

КОТЛИ ПРИ ИЗПОЛЗВАНЕ НА КОГЕНЕРАЦИОННИ АГРЕГАТИ С ВИНТОВИ ДВИГАТЕЛИ

Специалност 05.14.04- Промишлена топлоенергетика

дисертации за научна степен

кандидат на техническите науки

Краснодар-2006

Работата е извършена в Кубанския държавен технологичен университет.

Научен ръководител: д-р техн. науки, професор

Официални опоненти:

д-р техн. науки, професор

Водеща организация:

Енергиен инженерен център", Краснодар

Научен секретар на дисертационния съвет

Доцент доктор. техн. науки, ст.н.с

ОБЩО ОПИСАНИЕ НА РАБОТАТА

Уместност на работата . Промените, настъпили в руската икономика, ни принуждават да погледнем по нов начин на проблемите на малката енергетика. Според различни оценки от 50 до 70% от територията на Русия, където живеят повече от 20 милиона души, не е обхваната от централизирано енергийно и електрическо захранване. На тази огромна територия препитанието на хората се осигурява предимно от малката енергетика: електроснабдяване - от автономни дизелови електроцентрали (ДЕЦ), топлоснабдяване - от местни котелни централи, работещи на твърди, течни и по-рядко газообразни горива.

Анализът на режимите на работа и техническото състояние на съществуващите източници на топлинна енергия показва тяхната ниска енергийна ефективност и надеждност. Последното се потвърждава от все по-честите случаи на аварийно спиране на котелни, причинени от загуба на електрозахранване, например поради скъсани електропроводи. В резултат на такива аварии циркулацията на охлаждащата течност спира, което при ниски температурни условия може да доведе до размразяване на тръбопроводите и цялата система като цяло.

В тази връзка е много актуален въпросът за организиране на производството на електрическа енергия в парни котелни за покриване на собствените им нужди и за разпределение на трети потребители. В повечето общински и промишлени котелни са инсталирани котли от типа DKVR, DE, KE и др., Произвеждащи пара с налягане 1,3 MPa. В същото време потребителите го използват, като правило, при налягане от 0,3-0,4 MPa. Намаляването на налягането се извършва в редуциращи устройства чрез дроселиране, като всеки тон пара губи 40-50 kWh енергия. Посочената разлика в налягането може да се използва за производство на електрическа енергия в автономна електрогенераторна инсталация, състояща се от парен двигател и електрически генератор.

Това не само ще намали значително разходите за генерирана топлина, но и ще осигури надеждно захранване на котелното помещение.

Цел на работата. Целта на работата е да се повиши ефективността на работа на парни котелни чрез използване на свободното диференциално налягане на парата за генериране на електрическа енергия в когенерационна инсталация с винтов двигател.

За постигането на тази цел трябва да се решат следните задачи:

Разработване на математически модел на винтов двигател и провеждане на изчислително изследване на неговите режими на работа;

Експериментално проверете работата на двигателя и адекватността на разработения математически модел;

Оптимизиране на характеристиките на винтовия двигател за условията му на работа според топлинния график в парни котелни;

Разработване на методология за изчисляване и избор на геометричните параметри на двигателя и режимите на работа на когенерационната инсталация в съответствие с променливата топлинна мощност на котелното помещение за получаване на максимално възможно годишно производство на електрическа енергия.

Научна новост.

В дисертационния труд са получени нови научни резултати:

Разработен е математически модел на винтов двигател, работещ върху различни работни течности, включително водна пара;

Извършена е експериментална проверка на адекватността на математическия модел на винтов разширител;

Получени са работни характеристики на винтов двигател при работа с водна пара;

Предложена е методика за избор на геометричните параметри на двигателя и неговите режими на работа в съответствие с променливата топлинна мощност на котелното помещение за получаване на максимално годишно производство на електроенергия.

Методи и средства за извършване на изследване .

За решаване на проблемите, поставени в дисертационната работа, бяха използвани общоприети методи за термодинамични изчисления на процеси с променлива маса на работния флуид. При разработването на методологията за изчисляване са използвани методи за математически анализ, пакети от приложения (Excel, Mathcad), както и приближаващи уравнения за използваната площ на h-s диаграмата на водната пара. Експерименталното тестване на математическия модел беше извършено на електрогенераторния комплекс DGU-250.

За защита са представени следните основни положения :

Математически модел на винтов двигател, работещ с различни работни течности, включително водна пара;

Резултати от изчислителни и експериментални изследвания на винтов двигател;

Резултати от оптимизиране на геометрични и експлоатационни характеристики на винтов двигател;

Методика за избор на геометричните параметри на двигателя и неговите режими на работа в съответствие с променливата топлинна мощност на котелното помещение за получаване на максимално годишно производство на електроенергия;

Практическо значение.

Въвеждането на когенерационни инсталации с винтов двигател в парни котелни е енергоспестяваща мярка, тъй като ще елиминира загубите на енергия при намаляване на парата.

Отказът от закупена електроенергия значително ще намали цената на генерираната топлина, ще повиши надеждността на захранването на източника и ще намали щетите за околната среда от емисиите в атмосферата.

Препоръките, разработени въз основа на анализ на съвместните режими на работа на системи за топлоснабдяване и парна машина, позволяват да се направи рационален избор на геометрични параметри и производителност на винтов двигател, както и неговия режим на работа в зависимост от величината и естеството на свързания топлинен товар. Предложените методи позволяват да се определи количеството годишно производство на електроенергия, рентабилността, икономическата ефективност и срокът на изплащане на тази инсталация.

Внедряване на резултатите .

Резултатите от изчислителните и експериментални изследвания, проведени по разработената методика, формират основата за актуализиране на техническата документация на разширително-генераторния блок с цел пускането му в производство

Произведеният и тестван пилотен промишлен образец на винтов двигател като част от когенерационната инсталация DGU-250 е планиран за инсталиране в една от парните котелни.

Методологията за избор на геометрични параметри и производителност на двигателя за максимизиране на покритието на годишния график за топлинно натоварване на котелното помещение е прехвърлена за използване при проектирането на разширително-генераторни комплекси.

Апробация на работата .

Резултатите от изследването, представени в дисертационния труд, бяха докладвани и обсъдени на Международния научно-технически семинар „Енергоспестяване и възобновяема енергия - 2005” (Сочи), V Международна научно-техническа конференция „Повишаване на ефективността на производството на електроенергия” (Новочеркаск, 2005 г.), Международна научно-техническа конференция „Енергетика на 21 век” (Крим, 2005 г.), научно-технически семинар на предприятието „Краснодарска ТЕЦ” на АО „Кубаненерго” (Краснодар, 2005 г.), заседание на катедра „Индустриална топлоенергетика и топлоелектрически централи“ на Кубанския държавен технически университет (Краснодар, 2006 г.), четвъртата Южноруска научна конференция. „Енерго- и ресурсоспестяващи технологии и инсталации“.

Публикации . Въз основа на резултатите от проведените изследвания са публикувани 9 труда.

Структура и обхват на дисертационния труд.

Дисертационният труд се състои от увод, четири глави, заключение и списък с използвана литература. Работата е представена на 118 страници, включително 36 фигури, 5 таблици. Списъкът на използваната литература включва 117 заглавия.

Във въведението уместността на работата е оправдана. Отбелязва се наличието на енергийни загуби в котелните при намаляване на парните потоци и се посочва ненадеждността на източниците на топлина в случай на аварии в системите за захранване, които водят до спиране на подаването на топлина. Формулирани са целите и задачите на изследването.

Първа глава Дисертационният труд е посветен на преглед на местна и чуждестранна литература в областта на повишаването на ефективността на топлинните източници при организиране на производството на електрическа енергия в тях, т.е. при реконструкция на котелни в мини-CHP.

Разгледани и анализирани са известни методи за организиране на комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия в съществуващи котелни, включително използването на газотурбинни агрегати (GTU), двигатели с вътрешно горене и парни турбини (STU). Отбелязани са предимствата и недостатъците на всяко от тези технически решения.

Обоснована е възможността за използване на винтови двигатели в областта на електроенергията на когенерационни комплекси до 500 kW.

Анализиран е местният и чуждестранен опит в използването на машини за разширение на винтове в различни индустрии.

Като се има предвид горното, бяха формулирани целите на изследването.

Във втора глава Показано е, че за да се реализира съвместната работа на котелната централа, електрогенераторния комплекс и системата за топлоснабдяване, е необходимо да се предвидят с достатъчна степен на точност характеристиките на винтовия двигател и параметрите на работната течност по време на процеса на разширение.

За да се реши този проблем, в тази глава е разработен математически модел на работния процес на разширителя. Основните усложняващи аспекти бяха променливостта на масата на парата, разширяваща се в работната кухина, изтичането на пара от кухини с високо налягане в кухини с по-ниско налягане, както и възникването на процеса в областта на мокра пара близо до граничната крива .

Математическият модел на винтов двигател се основава на уравнението на първия закон на термодинамиката във формата

dQsub=d(Gh)-Vdp=hdG+Gdh-Vdp, (1)

където dG е промяната в масовия заряд в кухината;

dh – промяна в специфичната енталпия на парата в кухината по време на въртене

задвижващ ротор по ъгъл dφ.

Топлината, подадена към кухината dQin, е алгебрично съставена от отвеждане на топлина през стените на корпуса на BRM в околната среда dQext, подаване на топлина с пара, вливаща се в кухина i от задните кухини dGi-4, dGi-1, както и отвеждане на топлина с течове в предните ходови кухини dGi+1,dGi+4,dGi+5.

dQin = dQext + dGi-4*hi-4+dGi-1*hi-1-(dGi+1+dGi+4+dGi+5)*hi, (2)

Според други изследователи, отвеждането на топлина в околната среда dQext възлиза на до 0,5% от мощността на VRM и може да не се взема предвид.

Като се вземе предвид (1), промяната в налягането в кухината, когато задвижващият винт се завърти под ъгъл dφ, ще бъде:

Интегрирането на уравнение 3 може да се извърши само с помощта на числени методи поради липсата на аналитични връзки между количествата, включени в него

Промяна в налягането в парната кухина, когато задвижващият ротор се завърти под ъгъл в крайни разлики

Получената промяна в масата на парата в кухината;

Увеличението на енталпията в кухината, което е

получената стойност от три компонента:

Увеличаване на обема по време на изоентропично разширение от до

Промяна в масата на парата поради течове и течове

От смесване с пара, вливаща се в кухината.

Въз основа на уравнение (4) са разработени програми за изчисляване на работния процес на VRM върху суха, прегрята и мокра пара.

За да изчислим работния процес на двигател, използващ мокра пара, разработихме математическо описание на диаграмата hS в областта на изследваните процеси под формата на набор от приближителни уравнения.

Една от основните характеристики на работата на винтов двигател е адиабатната ефективност, която може да бъде представена като произведение на частични коефициенти

, (5)

където са съответно коефициенти, отчитащи загуби от течове, отклонения на режима от проектния и хидравлични загуби.

В статията са предложени уравнения за изчисляване на тези показатели.

Поток на работна течност през VRM

. (6) Вътрешно VRM захранване . (7)

Електрическата мощност на клемите на генератора се определя, като се вземат предвид механичните загуби в двигателя, скоростната кутия и генератора.

Материалите, получени при изчисленията с помощта на предложения метод, позволяват да се предвиди работата на разширително-генераторните инсталации с VRM и да се оптимизират техните геометрични параметри, за да се увеличи максимално покритието на топлинния товар на конкретен източник на топлина, както и да се извършат технически и икономически изчисления за оценка на ефективността на предложените технически решения.

В трета глдадено е описание на конструкцията и схемата на пилотен промишлен образец на разширително-генераторния блок DGU-250 с винтов двигател, както и са дадени резултатите от изчислително и експериментално изследване на работата му в сгъстен въздух и сравнение дадени са експериментални характеристики с изчислени данни.

Когенерационният агрегат DGU-250 се състои от винтов двигател, редуктор, електрогенератор и табло за управление. Стендът, на който е тествана инсталацията, е оборудван с уреди за измерване и отчитане на температури, налягания, разход на работния флуид, както и скоростта на въртене на роторите на винтовата разширителна машина.

При тестване на VRM в сгъстен въздух в условията на завода на производителя беше потвърдена работоспособността на комплекса и всички системи и бяха получени експериментални зависимости.

Използвайки разработения математически модел на VRM, същите зависимости бяха получени чрез изчисление.

Резултатите от сравнението на експериментални и изчислени показатели (несъответствието не надвишава 7%) ни позволяват да заключим, че предложеният математически модел е достатъчно адекватен.

В допълнение, при условията на работа на VRM в парни котелни, включени в системата за топлоснабдяване, основният фактор, определящ режима на работа на комплекса, е променящото се топлинно натоварване на източника на топлина и като следствие промяната в входно налягане на парата Pin. Това наложи да се отчете влиянието на Рвх и n върху основните показатели на инсталацията Фиг. (1,2,3)

Важно предимство на VRM пред други видове разширителни машини е положителният ефект от наличието на течна фаза в разширяващия се газов поток върху работата на двигателя.

При работа с водна пара кондензатът може не само да се образува в работната кухина, когато налягането намалява, но и да влезе в машината заедно с парата. В резултат на това под въздействието на центробежни сили върху повърхността на отвора на корпуса и върху страничните повърхности на зъбите се появява филм от кондензат, чиято дебелина, в зависимост от количеството на кондензата, може да бъде сравнима с размера на празнините в машината. Запълването на празнините с течен филм значително намалява изтичането между кухините, което значително повишава ефективността на винта

Фигура 1 - Зависимост на потреблението на пара от скоростта на въртене на главния ротор при различни стойности на Pvx.

Фигура 2 - Зависимост на мощността на дизеловия генератор от скоростта на въртене на водещия винт и различни стойности на Pvx.

двигател. Изчисленията с помощта на разработената програма показаха, че когато размерът на празнините се намали 2 пъти, ефективността на машината се увеличава с 8%.

Глава четвъртае посветен на разглеждане на условията за най-ефективна съвместна работа на VRM и системи за топлоснабдяване при променливо топлинно натоварване на потребителите. Фигура 4 показва схематична диаграма на включването на електрически генераторен комплекс в топлинната верига на котелно помещение. Покриването на пиковата част на топлинната крива се осигурява чрез регулатор на налягане 5.

Фигура 4 - Схематична диаграма на парно котелно помещение с VRM

1 - парен котел, 2 - деаератор, 3 - разширителна машина, 4 - генератор, 5 - редуцир вентил, 6 - регулатор на налягането, 7 - мрежов нагревател, 8 - захранваща помпа, 9 - мрежова помпа, 10 - консуматор.

При експлоатацията на комплекса задачата е не само да се осигури поток на пара през VRM, съответстващ на променящия се топлинен товар, но и да се получи максимално възможно годишно производство на електроенергия.

Топлинната мощност на VRM (под този показател условно ще разберем количеството топлина, предадено от парния поток, напускащ VRM към мрежовата отоплителна инсталация) се изразява с добре известното уравнение

От уравнение (9) следва, че регулирането на топлинната мощност на VRM в съответствие с променящия се топлинен товар е възможно по два начина:

· промяна на потока на парата през VRM, което може да се извърши чрез регулиране на скоростта на ротора и Рвх;

· регулиране на крайното налягане, което води до промяна на енталпията в края на изоентропичното разширение и, следователно, стойността.

Трябва също така да се има предвид, че когато и двете, и осцилират, възниква промяна, главно поради появата на загуби от несъответствието между вътрешната и външната степен на намаляване на налягането, което се отчита от ефективността на работа на двигателя .

В тази глава се обсъждат възможностите за регулиране на потока на пара през VRM чрез промяна на скоростта на ротора, както и чрез налягане на парата на входа и изхода на машината.

Установено е, че най-широки възможности за промяна

потокът на пара се постига чрез регулиране на скоростта на ротора, но когато работи паралелно с захранващата система, не е възможно да се използва тази опция за управление.

Определянето на зависимостта на топлинните характеристики на BRM от налягането преди и след разширителната машина показа, че промяната на Pin води до почти линейна промяна в потока на пара през двигателя, а промяната на изходното налягане P2 има изключително незначителен ефект (2-3%) върху стойността на Q. Следователно, регулирането на топлинната производителност на BRM в съответствие с променящия се топлинен товар на котелното помещение е практически възможно само поради променящото се налягане на парата на входа на машина.

В този случай горната граница на топлинната мощност се определя от максималната стойност на налягането на парата, влизаща в машината. Когато входното налягане намалява, масовият дебит на парата и следователно капацитетът на нагряване и мощността на VRM съответно намаляват.

Минималната отоплителна мощност на VRM се предлага да се определи от условието за равенство на електрическата мощност Ne, генерирана от електрическия генератор, на стойността на собствените нужди на котелното Nсн. Очевидно, ако генерираната мощност не покрива собствените нужди на източника, използването на когенерационна инсталация става безсмислено.

За осигуряване на целогодишно използване на когенерационната централа е необходимо и условието да бъде изпълнено.

Значително разширяване на обхвата на регулиране на топлинната производителност на машината може да се получи чрез промяна на геометричната степен на разширение на двигателя, където Vнр е обемът на парната кухина в момента на започване на разширението.

Увеличаването на топлинната производителност на VRM е възможно чрез намаляване на геометричната степен на разширение, тъй като това увеличава потока на пара през машината. Това значително ще увеличи покритието на топлинния товар с пара, изтощена във VRM. В същото време общото годишно производство на електроенергия нараства. Тъй като това е проектен параметър, неговата стойност може да бъде определена при проектирането на входния прозорец на машината, въз основа на изискваната топлинна производителност на VRM за дадено котелно помещение.

На фиг. 5 горната крива показва годишното производство на електроенергия Eg за изследваната единица при различни стойности. Максималната стойност на Eg се постига при = 2,15 и възлиза на 1,98 млн. kWh, в това число 1,36 млн. kWh за отоплителен период и 0,62 млн. kWh за летен сезон.

Анализът на горните сезонни графики показва, че за покриване на лятното натоварване на захранването с топла вода е препоръчително да има големи стойности на , тъй като в този случай потенциалната енергия на парата, влизаща във VRM, ще бъде използвана максимално. Общото производство на електроенергия през летния сезон нараства с .

Фигура 5 - Производство на електроенергия за отопление

и летни периоди на работа на котелно помещение.

През отоплителния сезон, поради необходимостта от покриване на нарастващия топлинен товар, е препоръчително да имате машина с ниски стойности. В този случай производството на електроенергия през отоплителния сезон се увеличава поради увеличаване на потока на пара през машината, тъй като обемът на запълнената кухина се увеличава.

Като се има предвид гореизложеното, се предлага, въз основа на годишния график за топлинно натоварване, при проектирането на машина за конкретно котелно помещение да се предвиди възможност за подмяна на входния прозорец при преминаване от отоплителен сезон към летен и обратно . Размерите на входния прозорец еднозначно определят обема на кухината в началото на разширяването и следователно потока на парата през машината.

Изчисленията показват, че за възприетата геометрия на витлото оптималната стойност за летния период е 3,5; В същото време се осигурява генериране на електроенергия в размер на 854 хил. kW * h за зимния период е 1,2; В същото време производството на електроенергия за сезона е 1545 хил. kWh. Общото годишно производство на електроенергия при този вариант е 2400 хил. kW * h, което е с 420 хил. kW * h (21,2%) по-високо от оптималното през цялата година без подмяна на всмукателния прозорец.

Намерените в процеса на експерименти и изчисления модели показват възможността за използване на промяната в обратното налягане зад VRM за увеличаване на електрическата мощност и годишното производство на електроенергия на комплекса, като същевременно безусловно покрива основната част на термичната графика.

За реализиране на това предложение е достатъчно зад VRM да се монтира регулатор на противоналягане, работещ по програма, свързана с необходимата температура на нагряване на мрежовата вода в съответствие с температурния график на отоплителната система. По-специално, през лятото налягането на парата зад VRM P2 може да бъде намалено доколкото е възможно, което ще позволи да се увеличи мощността на двигателя през целия период и следователно да се увеличи производството на електроенергия.

Последната част на главата представя изчислените полета на топлинни натоварвания, покрити от винтови двигатели на 6-та (d=250 mm) и 7-ма (d=315 mm) бази. Очертана е методологията за избор на проектни параметри на VRM за конкретно котелно помещение. Дадени са препоръки, насочени към получаване на максимално годишно производство на електроенергия.

Технико-икономическата оценка на внедряването на DGU-250 в една от котелните централи показа, че годишното производство на електроенергия е 2400 хил. kWh, а срокът на изплащане не надвишава 1,8 години.

ОСНОВНИ РЕЗУЛТАТИ И ИЗВОДИ

1. Извършен е анализ на известни технически решения за организиране на комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия в котелни. Установено е, че при условия на променящо се топлинно натоварване работата на блоковете по топлинния график е свързана със значително влошаване на тяхната ефективност.

2. Предложен е математически модел на VRM, въз основа на който е разработена методика за изчисляване на работния процес за водна пара, като се отчита променливостта на масата, явлението кондензация в работните кухини и наличието на течна фаза в потока.

3. Системите на главния разширителен образец бяха настроени

бяха получени генераторен комплект и експериментални характеристики на VRM, потвърждаващи неговата производителност и адекватността на разработения математически модел на машината.

4. Проведено е изчислително изследване на работата на VRM върху водна пара. Установено е, че коефициентът на полезно действие на двигателя е в диапазона 0,65-0,75 и варира леко в широк диапазон от скорости на ротора и начално налягане на парата, което показва възможността за ефективна работа на дизеловия генератор със значителни колебания в топлинния товар .

5. Доказано е, че запълването на празнините в машината с кондензирана влага води до забележимо повишаване на нейната ефективност чрез намаляване на количеството изтичане

6. Извършен е анализ на съвместната работа на дизел генераторната установка с топлоснабдителната система при условия на променящ се топлинен товар. Анализирани са възможностите за регулиране режима на работа на VRM.

7. Разработена е методика за оптимизиране на годишното производство на електроенергия въз основа на потреблението на топлинна енергия за котелни с различни стойности и съотношения на зимни и летни товари.

8. Дадени са препоръки за избор на типоразмер и геометрични параметри на VRM с цел получаване на максимално годишно производство на електроенергия. Показано е, че почти целият диапазон на топлинни натоварвания от 4 до 75 GJ/h при използване на предложените методи за управление се покрива от два стандартни размера на VRM (6-та и 7-ма база).

9. Резултатите от изследването ще ни позволят да повдигнем въпроса за широкото въвеждане на инсталации от този тип в промишлени и отоплителни парни котелни.

1. Репин инсталация за парни котелни // Материали на V международна конференция - Новочеркаск, 2005. - С. 31-34.

2. Изследване на Репин на когенерационна инсталация за парни котелни // Енергоспестяване и пречистване на водата № 2, 2006.-P.71-72.

3. Репин производство на електроенергия и студ в газотурбинни станции. // Материали на четвъртата южноруска научна конференция. „Енерго- и ресурсоспестяващи технологии и инсталации“. Краснодар. 2005.-С. 27-30.

4. По въпроса за повишаване на надеждността на електрозахранването на парни котелни // Материали на четвъртата южноруска научна конференция. „Енерго- и ресурсоспестяващи технологии и инсталации“. Краснодар. 2005. - с. 27-30.

5. , Repin използване на енергия под налягане на природен газ в малки газоразпределителни станции / Икономия на енергия. № 3, 2004.- стр. 70-72.

6. Изчисляване на Repin на работния процес на винтова парна машина // Доклади на V международна конференция. Новочеркаск, 2005. - стр. 28-31.

7. , Комплекс на Репин за парна котелна централа // Материали на международния научно-технически семинар. Сочи, 2005 г

8. Repin захранване на котелно помещение с помощта на цикъл на нискокипящ работен флуид // Доклади на международната конференция „Проблеми на енергетиката“, Крим, 2004 г.

9. , Репин, резултати от изчислително изследване на комплекс за производство на електроенергия за парна котелна централа // Материали на международния научно-технически семинар. Сочи, 2005 г

Делът на котелните централи в топлоснабдяването на всички потребители на топлинна енергия у нас е около 45%. В бъдеще делът на котелните ще се увеличи още повече.

Тази ситуация е възникнала поради повишаване на техническата производителност на котелните инсталации и, като следствие, увеличаване на икономически осъществимата граница за използване на комбинирано топлоснабдяване. Индустриалното топлоснабдяване се характеризира с много значително търсене на пара: то представлява около 50% от общото потребление на топлина на промишлените предприятия.

В бъдеще броят на мощните котелни с мощност над 58 MW (50 Gcal / h) значително ще се увеличи. Въпреки това малките котелни централи ще имат значителен дял; В момента в страната има около 120 хиляди котелни с чугунени секционни котли, които осигуряват до 40% от топлинните нужди на жилищно-комуналния сектор. Броят на котелните в селските райони ще се увеличи значително поради подобряването на социалните и битови условия в селските райони. Едно от тези условия е използването на системи за топлоснабдяване, които биха намалили рязко разходите за труд на обитателите за поддръжката им и биха осигурили по-високо ниво на топлинен комфорт в помещенията.

Увеличаването на капацитета на котелните е икономически осъществимо, тъй като при наличие на достатъчен брой потребители на топлинна енергия, увеличаването на единичния капацитет и броя на котелните агрегати води до намаляване на производствените разходи и коефициента на персонал. Резултатът обаче може да бъде различен, ако котелните централи работят дълго време с нисък коефициент на използване на инсталираната топлинна мощност - явление, характерно за новите градове, по време на изграждането на които топлинният товар първоначално е много незначителен и мощен котелните достигат нормални работни условия само след поредица от години. При такива условия на работа много компоненти на цената на топлинната енергия се увеличават конкретно (в рубли на единица генерирана топлина): амортизационни такси, разходи за електроенергия, заплати на обслужващия персонал и др.

Степента на икономическа ефективност на изграждането на мощни котелни зависи от темповете на градско строителство: колкото по-високи са тези темпове, толкова по-скоро котелните ще достигнат нормални работни условия.

Изчисленията показват, че в новите градове в това отношение е по-препоръчително да се изграждат газифицирани и диспечирани групови котелни, тъй като те осигуряват най-ниските намалени разходи през експлоатационния си живот със сравнително нисък коефициент на персонал. Броят на такива котелни непрекъснато нараства. В създадените специализирани предприятия за интегрирани котелни и отоплителни мрежи са обединени около 5000 котелни, в които броят на чугунените котли е повече от 85% от общия им брой.

Техническите и икономическите характеристики на универсалните чугунени котли (при работа с твърдо или течно гориво) се подобриха значително през последните 20 години: тяхната единична мощност се увеличи от 0,35 на 0,76 MW (от 0,3 на 0,65 Gcal/h), а специфичният разход на метал намалява от 8,2 на 4,1 t/MW (от 9,5 на 4,8 t/Gcal). Най-сериозният недостатък на универсалните отоплителни котли обаче е относително ниската им експлоатационна ефективност: при работа на сурови въглища - 0,55-0,6, а при изгаряне на газ - 0,75-0,78. Ефективността на котлите в групови котелни може да се повиши чрез подобряване на дизайна на котелните агрегати, намаляване на температурата на димните газове, избор на рационален режим на изгаряне, автоматизиране и диспечиране на работата на котелните.

Основният начин за повишаване на ефективността на отоплителните котелни е да се произвеждат котелни агрегати с дизайн, който е по-ефективен по отношение на ефективността на изгаряне на гориво.

Ефективността на изгаряне на въглища се повишава основно чрез цялостна механизация на горивния процес. Най-големият ефект (според Изследователския институт за санитарно оборудване TsNIIEP Engineering Equipment) се постига с механична камина с винтова греда, която е доста проста и надеждна в експлоатация, което ви позволява да механизирате подаването на гориво към решетката, нейната движение по зоната на решетката, завинтване на горящия слой и отстраняване на образуваните шлаки.

Тестовете на котли с такава горивна камера показват, че тяхната оперативна ефективност се увеличава с 15-20% поради намаляването на топлинните загуби с димните газове (големи, когато конвективните нагревателни повърхности на универсалните котли обрастват със сажди и увличане, както и с повишен излишък на въздух, влизащ в горивната камера) и в резултат на химично и механично недогаряне на горивото.

Коефициентът на полезно действие на механизирания котелен агрегат "Братск-1", оборудван с такава горивна камера, достига 87%, което позволява да се възстановят допълнителните капиталови инвестиции (един когенерационен агрегат е по-скъп от универсален котел със същата мощност) само за 3-4 години (в зависимост от мощността на котелното помещение и продължителността на експлоатация през годината).

От съществено значение за повишаване на ефективността на котлите е тяхната газова плътност, с увеличаване на която продължителността на работа на котлите се увеличава едновременно (потокът от горещи газове от пещта в конвективни димоотводи през пролуките между секциите загрява метала). Както показват проучванията, при допустима ширина на междината до 2 mm според GOST, коефициентът на излишък на въздух достига 1,5-1,7 вместо препоръчителните 1,2 и съответно топлинните загуби с димните газове се увеличават и ефективността на котлите намалява.

Уплътняването на празнини с азбестово въже не осигурява необходимата газонепроницаемост. Препоръчва се използването на топлоустойчива уплътнителна мастика "Виксисант", разработена от Научноизследователския институт по ВиК, произведена от

на базата на силиконови еластомери с топлостабилизиращи добавки и пълнители и каучук с ниско молекулно тегло. Този мастик се нанася от тръби върху повърхността на съединителните ребра.

В момента чугунените котли, работещи под налягане, стават широко разпространени в чужбина. Предимствата на такива котли са постоянството на коефициента на излишък на въздух и следователно високата ефективност, високото отделяне на топлина от нагревателната повърхност. Такива котли се разработват и у нас. Тяхната работа е невъзможна без уплътнителни мастики като Vixsant.

Подобренията в дизайна на котли с ниска и средна мощност практически елиминираха перспективите за въвеждане в нашата страна на контактни нагреватели FNKV с дюза, чиято ефективност поради наличието на контактен топлопренос беше близка до единица. Недостатъкът на такива устройства - разходите за електроенергия за повдигане на нагрятата вода до необходимата височина и за преодоляване на хидравличното съпротивление на системата - не е решаващ в сравнение с основния вариант - котли, които имат относително ниска ефективност. Сега тази нова техника се оказа икономически непрактична.

Температурата на димните газове обикновено се намалява с помощта на економайзери, монтирани след котлите. Колкото по-скъпо е горивото, изгорено в тях, толкова по-целесъобразно е газовете да се охлаждат по-дълбоко в економайзера. Икономически осъществимата температура на тези газове зад економайзера t`` eq.cel трябва да отговаря на условието.

Където t eq.cor- минимално допустимата температура на газа в економайзера, определена въз основа на недопустимостта на корозия на повърхностите му;

т` ек-температура на газовете, влизащи в економайзера.

Повърхностните економайзери не намаляват температурата на димните газове до икономически осъществима стойност. Освен това в котелни с малък капацитет не е практично да се инсталират конвенционални економайзери, тъй като тяхното поставяне изисква значително допълнително пространство, а производството на конвенционални економайзери изисква голямо количество метал. Тези недостатъци липсват при контактните економайзери, които използват не само чувствителната топлина на отработените газове, но и латентната топлина на изпаряване, което осигурява висок икономически ефект от тяхното използване.

В момента масово се произвеждат контактни економайзери EK-BM с мощност до 1,22 MW (1,05 Gcal / h), използвани в котелни централи на промишлени и общински предприятия; Подгряват вода за технологични нужди. Предимствата на контактните економайзери: спестяване на метал, висока интензивност на топлообмен между газове и слой от керамичен пръстен, голяма топлообменна повърхност на единица обем и рязко повишаване на ефективността на котелните инсталации (с 10-15%) .

Икономайзерите EK-BM обаче имат и значителни недостатъци: големи размери на агрегата (с мощност 1,22 MW, дължината му е 2,44, ширина 2 и височина 5 m; голяма маса - 5 t, включително масата на металните части 2,2 t ); невъзможността за използване на налягането, създадено в градската водоснабдителна мрежа, за вдигане на нагрята вода към потребителите (поради разкъсване на водния поток вътре в економайзера); неподходящостта на економайзерите за битово горещо водоснабдяване, тъй като канцерогенните вещества, азотните и въглеродните оксиди, съдържащи се в отработените газове, се прехвърлят във вода по време на контактно отопление.

Тези недостатъци са елиминирани в двуконтурния контактен економайзер, разработен от Т.П потребности.

" Газовете от колектора на котелното помещение влизат в контактния економайзер и след като са отдали топлината си при температура около 30 ° C, се отвеждат от димоотвода в комина. Водата влиза в економайзера през водоразпределител; основното нагряване на водата се извършва в дюза, състояща се от керамични пръстени. След това водата, загрята до температура от 65°C, влиза в топлообменника, където отдава топлината си на чешмяната вода и се изпомпва във водоразпределителите, а чешмяната вода, загрята до приблизително 55°C, се изхвърля в акумулаторния резервоар на горещата вода. захранваща система. Експлоатационният живот на топлообменника и помпата обаче е кратък поради наличието във водата от първи контур на голямо и постоянно нарастващо количество свободен въглероден диоксид и кислород. В тази връзка се монтират киселинноустойчиви канализационни помпи и се използват пластмасови тръби и топлообменници.

Отоплителният капацитет на такъв економайзер за котелна централа с шест котела Минск-1 с топлинна мощност от 0,93 MW (0,8 Gcal / h) всеки беше определен на 1 MW (0,86 Gcal / h), което направи възможно изоставянето инсталирането на един котел (КПД на котела се увеличава с 18%). С нарастващите разходи за гориво периодът на изплащане на капиталовите инвестиции не надвишава 2 години.

Икономическата ефективност от използването на такъв економайзер до голяма степен зависи от плътността на напояване на дюзата му с вода, скоростта на газовете в него и приетата височина на дюзата. С увеличаване на скоростта на газовете цената на економайзера намалява и степента на използване на тяхната топлина се увеличава, но разходите за енергия се увеличават. В същото време тези разходи и нивото на водата се увеличават с увеличаване на плътността на напояване или височината на дюзата.

Очевидно е, че има някои комбинации от стойностите на изброените параметри, при които дадените разходи за монтаж биха били минимални. Трудността за намиране на такава оптимална комбинация е значително намалена, ако първо се намери интервал на висока топлинна ефективност на дюзите, който е част от обемния коефициент на топлопреминаване k v , W/(m 3∙ K) [kcal/(h ∙m 3∙ C), разделено на мощността Н,изразходвани за преодоляване на съпротивлението на дюзата. Първо, неговият коефициент на топлопреминаване kn се определя по формулата на Н. М. Жаворонков:

. (13.2)

Обемният коефициент на топлопреминаване k v е произведението на k n и повърхността от 1 m 3 на дюзата (за пръстени 25X25 mm тази площ е ≈205 m 2).

Необходимата мощност се определя с помощта на добре известни формули. Средните скорости на газовете в економайзера не трябва да надвишават 1-1,2 m/s, а плътността на напояването не трябва да надвишава 5-10 m3/(m2 ∙h). При такива условия е възможно процесът на пренос на топлина да се извърши доста икономично и да се избегне инсталирането на прекалено обемист и скъп корпус на економайзера.

Икономическата ефективност на економайзерното устройство може също да бъде увеличена чрез използване на други видове набивки, които съчетават по-голяма топлообменна повърхност с по-аерохидродинамично опростена форма. Изборът на една или друга дюза се определя от икономически изчисления.

Икономически много ефективна схема за използване на контактни топлообменници в котелни е разработена от Научноизследователския институт по санитарно инженерство и строително оборудване (Киев). Наличието в такива котелни не само на контактни економайзери, но и на контактни нагреватели на въздух позволява едновременно да се намали разходът на гориво и да се елиминира използването на химическа обработка на водата за захранване на системата за топлоснабдяване. Този резултат се постига благодарение на факта, че процесът на образуване на кондензат в контактния економайзер (от водни пари, съдържащи се в димните газове) се засилва чрез овлажняване на въздуха, постъпващ в контактния въздушен нагревател. Използването на такава схема в интегрираната котелна зала на енергийния технологичен комплекс на завода за плексиглас в Челябинск (два котела KV-GM-50 и един котел GM-50) показа, че при нагряване на въздуха, постъпващ в котлите, толкова много кондензат може да се получи, че котелното помещение може да работи без химическа обработка на водата (при връщане от отоплителните системи повече от 66% кондензат). Допълнителен ефект е няколкократно намалената емисия на азотни оксиди (от комина в атмосферата).

Водата, загрята в економайзера, се влива в декарбонизатора и след това с помощта на помпа се изпраща към междинния топлообменник и топлообменника на системата за захранване с гореща вода и след това се връща в економайзера. Част от тази вода се подава в резервоара, откъдето след това се изпомпва в деаератора и след това се подава в отоплителната система.

Циркулиращата вода във въздухонагревателя се смесва с чешмяна вода, част от която компенсира загубите си поради изпарение във въздухонагревателя, а останалата част се отвежда в канализацията, отнасяйки със себе си съдържащите се във водата соли.

Експлоатацията на такава котелна инсталация в завода за плексиглас в Челябинск позволи да се намалят разходите за генерирана топлинна енергия с 15% и специфичните капиталови инвестиции с 10% в сравнение със същите икономически показатели за конвенционална котелна централа със същия капацитет.

Значително повишаване на ефективността на груповите котелни се постига чрез разработване (по време на тяхното проектиране) на рационален режим на работа на котлите; в този режим ефективността на котлите при всяко натоварване на котелното помещение трябва да бъде близка до максимално възможната за даден тип котел и вид гориво.

Известно е, че с увеличаване на топлинната мощност на котела специфичните загуби в околната среда q 5 намаляват, а специфичните загуби с димните газове q2,химическо недоизгаряне q 3 и механично р 4увеличаване на недоизгарянето. Първо, намалението на загубите q 5 е по-голямо от увеличението на загубите q 2 + q 3 + р 4и ефективността на котела се увеличава, но след това загуби q 2 + q 3 + р 4увеличават, а не намаляват q 5 и ефективността започва да намалява.

Познавайки зависимостта на ефективността на котлите от тяхното топлинно натоварване, е възможно да се установи рационален режим на тяхната работа.

Според AKH (Академия за обществени услуги), най-икономичната работа на котли Kch-3 и Kch-2, оборудвани с предкамерни или инжекционни горелки за изгаряне на газ, с ефективност най-малко 85%, а при изгаряне на гориво масло - минимум 82% за котли Кч-2 и 85% за котли Кч-3. Като се има предвид това, графикът за работа на всеки котел се съставя при следните основни предпоставки: 1) броят на работещите котли през целия отоплителен период трябва да осигурява тяхната работа с КПД най-малко минимално допустимия; 2) първо се пускат в експлоатация котли с най-висока ефективност.

Въз основа на тези условия е възможно да се състави график за работа на четири котела Universal-5, разположени в едно котелно помещение с топлинна мощност 1,58 MW (1,36 Gcal / h). Един котел трябва да работи при натоварване на котелното помещение до 0,35 (0,3), два котела - в диапазон на натоварване от 0,35 до 0,62 (0,3 до 0,53), три котла - от 0,62 до 0,87 (от 0,53 до 0,75) и четири котла - с натоварване над 0,87 MW (0,75 Gcal/h). Очевидно, като се има предвид проектната топлинна мощност на котелното помещение, котлите ще работят по-малко икономично; този кратък период от време ще настъпи, когато товарът надвиши 0,36∙4=1,44 MW (1,24 Gcal/h). При проектни температури на външния въздух - 32°C и вътрешния въздух 18°C, един котел трябва да работи при температура на външния въздух над 5°C, два котела - в диапазона от 5 до -2°C, три котела - в диапазон от -2 до -10°C и четири котела - при температури под -10°C. Още по-голям ефект ще се получи, ако в допълнение към тези изчисления температурите на водата, излизаща от всеки котел, се определят при различни t"H.

Подобни графици трябва да се изготвят за котелни с по-големи котли. Във всички случаи наличието на такива графици като част от проектите на съответните котелни ще спести значително количество гориво без допълнителни капиталови инвестиции.

Практиката показва, че при ръчно регулиране на топлинната мощност на котлите, тяхната ефективност е значително по-малка от изчислената. При използване на автоматично работещи регулатори ефективността на газифицираните котли се увеличава значително. В този случай топлинната мощност на котелното помещение се регулира чрез поддържане на температурата на водата, излизаща от котлите, в съответствие с изчисления график за отопление. В същото време, чрез промяна на количеството въздух, подаван в зоната на горене (с регулиран дебит на газа), се осигурява висококачествено изгаряне.

Повишаването на ефективността на котелните централи се постига и чрез диспечиране на тяхната работа и наличието на автоматични устройства за регулиране на изгарянето на газ в газифицираните котли. Според изследователския институт AKH в Санкт Петербург при използване на такива устройства разходът на газ се намалява със 7% от изчислената му стойност при ръчно регулиране на горивния процес. Диспечеризирането на работата на котелните помещения осигурява допълнителни икономии на топлина, тъй като позволява навременно откриване и отстраняване на всички нарушения на горивния процес. В същото време се решава втора, много важна задача - намаляване на броя на работниците, обслужващи котелни. В много случаи това се постига чрез премахване на целия обслужващ персонал от котелните помещения и периодичното им обслужване от механиците на персонала в контролния център.

Така в редица градове на страната, по-специално, е извършено диспечиране на работата на групови котелни, организирани по едно- или двустепенна схема. В първата схема всички котелни са свързани директно към централния контролен център; във втората схема централната точка е свързана с локални контролни центрове, които получават сигнали за работата на всяка котелна централа, свързана към тази точка. Едностепенната схема е по-проста, но изисква независими комуникационни линии за всяко свързано котелно помещение. При двустепенна схема цената на тези линии е по-малка, но разходите за създаване на контролни стаи се увеличават.

Икономическата осъществимост на диспечирането на работата на котелни централи се определя чрез сравняване на дадените разходи, рубли, за конвенционални котелни централи P n.a.и да се изпрати P d:

Където Зко t и Z d- заплати на персонала, обслужващ неразпределени и изпратени котелни (с начисления); К о- капиталови инвестиции в оборудване и апаратура;

К п, К зд, К л- разходи за проектиране, изграждане на помещения за управление и комуникационни линии;

R o, R l, Ra- разходи за основен ремонт на оборудването на комуникационната диспечерска система и за наем на помещения;

∆T- намаляване на разходите за топлинна енергия, консумирана в системите за отопление и топла вода, свързани с тези диспечирани котелни централи;

U– фактор на разходите.

Урокът за обслужване на диспечерската система на котелното помещение в момента може да бъде определен само условно, тъй като перспективите за технически прогрес в тази област на жилищно-комуналните услуги все още не са ясни. Въпреки това може да се приеме, че той ще бъде близо до средния експлоатационен живот на инженерното оборудване на жилищни сгради, който в момента се приема за 30-35 години, като се вземе предвид остаряването; в този случай U≈ 12.

Наблюдава се значително намаляване на ефективността на котелните за промишлено отопление поради резки колебания в натоварванията, големи по величина и кратки по време (в случаите, когато топлинните натоварвания за технологични нужди значително надвишават отоплението и вентилацията и са неравномерни). Поради променливата консумация на топлина се променя режимът на работа на пещта, който поради своята инерция не се адаптира веднага към променения товар и котелът работи в нестабилно състояние; в същото време ефективността на вертикалните водотръбни котли намалява с 4-8%.

Използването на топлинни акумулатори осигурява работа на котли с постоянен товар при висока ефективност в случаите, когато неговите колебания сред потребителите са много значителни. В допълнение, батериите поемат част от пиковото натоварване, което често прави възможно намаляването на броя на инсталираните котли или тяхната единична мощност.

Ако в котелното помещение за промишлено отопление има парни котли, препоръчително е да използвате пароводни акумулатори с променливо налягане. Когато налягането в тях намалее, водата ще се прегрее и частично ще се превърне в пара, която допълнително се доставя на потребителите. Когато натоварването се намали, част от генерираната пара навлиза в батериите, където се кондензира, увеличавайки енталпията на водата в батериите.

Такива батерии се използват широко в чужбина. Осъществимостта на тяхното инсталиране се определя от икономическо изчисление, което отчита повишаване на ефективността на котелната централа със средно 10%. Областта на икономически целесъобразно използване на батериите зависи от съотношението на техния капацитет за съхранение л, t пара, към средното натоварване на котелната централа D ср., t/h. Според Ю. Л. Гусев и И. И. Павлов с L/Dsr до 4,2 при сравняване на дадените разходи за котелно помещение с четири газифицирани котела ДКВР-10 и котелно помещение с три същите котли и акумулатор.

Най-големият ефект от използването на батерии се постига в котелни, работещи на твърдо гориво, тъй като в такива случаи, поради високата топлинна инерция на пещта и горивния слой, котлите се привеждат в режим на работа с висока ефективност (след пик или рязко намалени натоварвания) след значителен интервал от време.

В много предприятия загубите на пара понякога достигат 15-20% от общата им продукция. Най-честите причини за тези загуби са неизправност на пароуловителите, образуване на вторична пара в резервоари за събиране на кондензат и продухване на парни котли.

За нормална работа на уловителя за кондензат е необходимо налягането на парата на входния му фитинг да бъде най-малко 35 kPa (0,35 kgf/cm 2) и той да може да изтласква кондензат в кондензатния тръбопровод, ако последният е разположен над уловител за конденз. Ако има по-ниско налягане, се монтират задържащи шайби, но когато налягането на парата се промени, те не могат да регулират съответно количеството отделен кондензат. Регулируемата задържаща шайба няма тези недостатъци, чието напречно сечение на проходния отвор може да се променя с помощта на винт.

Шайбата е монтирана между два фланеца. За ремонта му, както и за бързото преминаване на голямо количество кондензат, образуван в началото на работата на паропровода, в близост до шайбата е монтирана байпасна линия със спирателен вентил.

Описание:

Разходите за енергия съставляват значителна част от оперативните разходи за всяка търговска сграда. Модернизацията на инженерните системи може да намали тези разходи. Капиталовите инвестиции в модернизацията на котелното оборудване в много случаи имат кратък период на изплащане.

Икономическа ефективност на модернизацията на котелно помещение

Високо ефективна регулация

Как можете да подобрите ефективността на вашия котел? Известно е, че при определено съотношение на дебитите на въздуха и горивото най-пълното изгаряне се получава вътре в котела. В този случай е необходимо да се постигне горивен процес с минимално количество излишен въздух, но при задължително условие за осигуряване на пълно изгаряне на горивото. Ако в горивната камера се подава излишен въздух в по-големи количества от необходимите за нормалния процес на горене, тогава излишният въздух не изгаря и само безполезно охлажда горивната камера, което от своя страна може да доведе до загуби поради химическо непълно изгаряне на горивото.

Също така е необходимо да се контролира температурата на димните газове. Когато температурата на димните газове на изхода на котела е твърде висока, ефективността на уреда се намалява значително поради отделянето на излишна топлина в атмосферата, която може да се използва по предназначение. В същото време при работа с течни горива температурата на димните газове на изхода на котела не трябва да се понижава под 140 °C, когато съдържанието на сяра в горивото е не повече от 1% и под 160 °C, когато съдържанието на сяра в горивото е не повече от 2–3%. Тези температурни стойности се определят от точката на оросяване на димните газове. При тези температури процесът на кондензация започва в димните тръби и камерата за събиране на дим. Когато сярата, съдържаща се в горивото, влезе в контакт с кондензат, химическа реакция води до образуването първо на сярна киселина и след това на сярна киселина. Резултатът е интензивна корозия на нагревателните повърхности.

За постигане на по-голяма ефективност на високоточна настройка е необходимо първо да се извърши основно почистване на горивната камера и комините. За намаляване на излишния въздух и температурата на димните газове е необходимо:

– отстраняване на течове в горивната камера;

– проверете тягата на комина и при необходимост монтирайте клапа в комина;

– увеличаване или намаляване на номиналната входяща мощност на котела;

– следи за съответствието на количеството въздух за горене;

– оптимизирайте модулацията на горелката (ако горелката е оборудвана с тази функция).

За газови котли можете да използвате газомер и хронометър, за да определите дали необходимото количество гориво се подава към горелката. Ако котелът работи с мазут, се проверява дали дебитът, измерен от дюзата на разходомера, и налягането, генерирано от маслената помпа, са подходящи за ефективна работа на котела.

Анализатор на отработените газове се използва за оценка на ефективността на горене. Измерванията се правят преди и след настройката.

Най-подходящи за високоефективно регулиране са котлите с надуваеми газови горивни камери и горивни камери на нафта. По-малко подходящи са котлите с комбинирани горелки за два вида гориво, както и газовите котли с атмосферни горелки.

За комбинираните горелки работата с един вид гориво често е компромис за поддържане на функционалността с друг вид гориво. И настройката на газови котли с атмосферна горелка е ограничена от техническите разпоредби и физическите характеристики на оборудването.

Регулиране чрез пропуски

За чугунени котли в отоплителни системи, когато регулирате подаването на топлина към отоплителната система според вътрешната температура на въздуха в контролната зала на сградата (регулиране „отклонение“), то може да се извърши чрез периодично изключване на системата („ байпас” регулиране) с помощта на температурен сензор. Това ще спести от 10 до 15% от консумираната топлинна енергия и ще се изплати в рамките на две години.

За стоманени котли този метод за регулиране на температурата на водата е нежелан. От гледна точка на якостните характеристики на стоманен котел, голямата температурна разлика не е опасна, но котелът не трябва да работи с температура на водата във връщащия тръбопровод (на входа на котела) под 55 °C. Факт е, че при тази температура на котелната вода температурата на димните газове в точките на контакт със стената на димната тръба може да бъде под температурата на точката на оросяване, което ще доведе до образуване на конденз по стените на дима. тръби и водят до преждевременната им корозия. Ето защо те често използват контрол на температурата на водата с помощта на трипътен вентил с температурен датчик, недостатъкът на този метод е дългият период на изплащане, от 5 години и повече. Като алтернатива може да се използва контрол на пропускане в комбинация с термостатичен сензор за температурата на връщащата вода. Този метод е по-малко икономичен и ще се изплати в рамките на 4-5 години.

Регулиране чрез изключване

Обикновено през есента, с настъпването на отоплителния сезон, сервизът за поддръжка пуска отоплителната система и я изключва едва през пролетта. Това води до факта, че дори в топлите дни котелът не се изключва и продължава да работи.

Автоматичното управление чрез изключване, когато външната температура достигне +8 °C, може да спести от 3 до 5% от консумираната топлинна енергия и ще се изплати за 2-3 години.

Регулиране на цикъла на котела

Ако работата на котела се регулира с „пасове” в зависимост от външната температура на въздуха, често възниква следният проблем: в преходните периоди, когато външната температура се променя рязко през деня, цикълът на включване/изключване на котела обикновено е кратък, тръбите и отоплителните уреди нямат време да се затоплят правилно и това води до недогряване на сградата; през зимата, когато ниската температура остава постоянна, цикълът на включване/изключване на котела е прекалено дълъг, което води до прекомерно прегряване на сградата. За да се отстрани този проблем, се препоръчва да се инсталира контролер, който регулира минималното и максималното време на включване на котела. Това спестява от 3 до 5% от консумираната топлинна енергия и ще се изплати за приблизително 3 години.

Подготвена статия Н. А. Шонина, старши преподавател в МАрхИ

П.Б. Росляков, К.А. Плешанов,
Московски енергиен институт (Технически университет)

АНОТАЦИЯ

По-долу разглеждаме метод за изгаряне на гориво с контролирано химическо недоизгаряне, което позволява намаляване на емисиите на азотни оксиди с 20-40% и повишаване на ефективността на котела. Представени са резултатите от прилагането на метода, експериментални и теоретични изследвания.

1. ВЪВЕДЕНИЕ

Руската енергийна стратегия за периода до 2030 г., одобрена от руското правителство, поставя нови задачи за подобряване на енергийната и екологичната ефективност на руския горивно-енергиен комплекс като цяло. Тези изисквания са формулирани за нови и вече работещи енергийни съоръжения и по-специално за парни котли.

2. МЕТОДИ ЗА ИЗГАРЯНЕ НА ГОРИВО

2.1. Традиционни идеи за изгаряне на горива в котелни пещи

По-голямата част от техническия парк от котли в Русия е разработен преди 80-те години. По това време се смяташе, че горивото трябва да се изгаря с високо топлинно напрежение на напречното сечение на горивната камера qF, коефициент на излишък на въздух a, при високи температури в зоната на активно горене (ACZ) - Това позволява минимизиране на загубите с химикали и механично недогаряне на горивото. Но при такива условия емисиите на азотни оксиди NOX са максимални. Следователно проблемът с подобряването на екологичните характеристики на съществуващите котли е особено остър.

2.2. Начини за подобряване на екологичните характеристики на котлите, прилагани на етапа на изгаряне на горивото

Въвеждане на мерки за намаляване на емисиите на вредни вещества (ВВ) на стари котли, като стъпаловидно, стъпаловидно изгаряне, рециркулация на продуктите от горенето и др. води, като правило, до намаляване на ефективността на котела, изисква значително количество реконструкция и значителни финансови разходи.

След приемането през 2004 г. на Федералния закон „За ратифицирането на Протокола от Киото към Рамковата конвенция на ООН за изменението на климата“, страната обърна специално внимание на ефективността на топлоелектрическите централи и намаляването на емисиите на парникови газове CO2 в атмосфера. Следователно съвременните средства за намаляване на оксидите

азотът не само трябва да подобри екологичната безопасност на котела, но и да повиши неговата ефективност на работа. Методът за изгаряне на гориво с контролирано химическо недогаряне, разработен в MPEI, съчетава изискванията за подобряване на екологичната и икономическа ефективност на котела.

Методът е оптимален от гледна точка на изпълнение, т.к е прост, евтин и бързо приложим.

3. ИЗГАРЯНЕ НА ГОРИВО С КОНТРОЛИРАНО ХИМИЧЕСКО НЕДОИЗГАРВАНЕ

3.1. Физическата същност на метода

Основната идея на метода за изгаряне на гориво с умерено недогаряне е да се намали локалният излишък на въздух в горивната камера чрез намаляване на количеството организиран въздух, подаван в пещта. Намаляването на свободния кислород в зоната на горене потиска образуването на топлинни и горивни азотни оксиди, докато емисиите на продукти от непълно изгаряне на гориво, контролирани от съдържанието на въглероден оксид CO в продуктите на горенето, леко се увеличават (фиг. 1) .

3.2. Определяне на оптималния режим на изгаряне на горивото

В експериментални изследвания, проведени при изгаряне на различни видове гориво в котли с различен капацитет, са определени екологичните и икономически характеристики на котлите. Следователно димните газове от топлоелектрическите централи съдържат различни количества вредни за околната среда примеси

Екологичната безопасност на работата на котела беше оценена чрез показателя за обща токсична опасност ΠΣ, който отчита съдържанието на вредни примеси и тяхната токсичност. Резултатите от изследванията със съдържание на СО в изходящите от котела газове в нормираните граници от 300-400 mg/nm3* дават намаление на ΠΣ с 1,5-2 пъти. В същото време нарастването на приноса на продуктите от непълното изгаряне на горивото (бензо(а)пирен (B(A)P) и CO) се увеличава до едва 2-10% (фиг. 2).

Ефективността на котела беше оценена по неговата ефективност. При изследването на котли, работещи с природен газ, максималната ефективност се постига при съдържание на CO в димните газове от 50 до 100 mg/Nm3 (фиг. 3).

Числените експерименти, проведени с помощта на ROSA-2 SPP, разработена в катедрата по парогенераторна техника на Московския институт по енергетика, показаха, че съдържанието на CO в отработените газове на котела на ниво от 50 mg/nm съответства на изгарянето на предварително смесена хомогенна гориво-въздушна смес при<х=1. При этом КПД котла максимален, т.к. потери от недожога топлива

В реални условия на изгаряне на природен газ с недогаряне, намаляването на емисиите на ΝΟΧ е в диапазона от 20 до 40%. По-нататъшното увеличаване на CO в димните газове на котела е непрактично, т.к ефективността на котела намалява и емисиите на ΝΟΧ се променят леко.

bКз- /5-i.yi M; ί - числен експеримент

Като общ критерий за ефективността на метода, като се вземат предвид както екологичната безопасност, така и ефективността на котела, общото плащане на станцията S^ за емисиите на вредни вещества (HS) 5ВВ в съответствие с използваното гориво 5T: 5Σ = 5T + Sm. Цената на горивото беше взета равна на 2230 рубли. за 1000 м3 природен газ (цени през първото тримесечие на 2009 г.).

При действащите регулаторни такси за вредни емисии, преобладаващата стойност на зависимостта 5Σ = DSO), показана на фиг. 5, има заряд на гориво (повече от 99,9%). Специално трябва да се отбележи, че в момента природният газ е най-евтиното гориво в Русия. Въпреки това, когато се изгарят други видове гориво, стойността на 5Σ също ще се определя основно от цената на горивото, т.е. ефективност на котела.

От изложеното следва, че оптималният режим на работа на котела при работа с умерено недогаряне е режимът, при който се постига максимална ефективност. Незначителният дял на таксите за ТЕЦ за емисии на вредни вещества в атмосферата в общите експлоатационни разходи показва нецелесъобразността на въвеждането на скъпи мерки за опазване на въздуха. Често тяхното внедряване на съществуващи котли, в допълнение към забележимите капиталови разходи за реконструкция на котела, води до увеличаване на експлоатационните разходи. Това състояние на нещата е аргумент в полза на увеличаване на съществуващите регулаторни такси за емисии на вредни вещества в атмосферата.

Всички стойности в текста и илюстрациите са дадени въз основа на стандартни условия: температура 0 "C, налягане 101,3 kPa и излишък на въздух в газове a = 1,4.

3.3. Резултати от работата на чуждестранни изследователи

Резултатите от изследването и прилагането на предложения метод за изгаряне с контролирано недоизгаряне се потвърждават от заключенията на чуждестранни разработки, в които тази технология на изгаряне се разглежда като комбинирано решение на проблемите за повишаване на екологичната безопасност и ефективността на котлите.

По-специално, в работите, посветени на изгарянето на твърдо гориво в котли, е отбелязано намаляване на емисиите на азотен оксид от 10 до 30%. За природния газ ефективността на намаляване на NOX варира от 10 до 20%.

По време на проучването на предложения метод за изгаряне на гориво, неговото внедряване е извършено в електроцентрали (BKZ-75-3.9GM, TsKTI-75-3.9, TP-150, TGM-84B, TPE-430) и водни отоплителни централи ( KVGM-180-150) котли, при които са получени положителни резултати.

Резултатите от изследването ни позволяват да препоръчаме предложения метод за изгаряне на гориво с умерено недогаряне за намаляване на емисиите на азотни оксиди в съществуващи котли с подкритично налягане (SCP) с капацитет на пара до 500-640 t/h, където е нерентабилно е прилагането на скъпи мерки за защита на въздуха.

4. ВЪВЕЖДАНЕ НА ИЗГАРЯНЕ НА ГОРИВО С КОНТРОЛИРАНО ХИМИЧЕСКО НЕИЗГАРВАНЕ

При традиционното изгаряне окончателното изгаряне на горивото трябва да се случи изключително в горивната камера. Пълното изгаряне на горивото в горивната камера се постига чрез организирано увеличаване на количеството въздух, подаван в горивната камера и поддържане на високи температури в зоната на горене. Това се дължи на липсата на необходимите инструменти за наблюдение на състава на продуктите от горенето. Повишеният излишък на въздух в пещта доведе до повишено образуване на азотни оксиди и прекомерни загуби в димните газове от котела. Сегашното ниво на технологично развитие дава възможност да се инсталират устройства за наблюдение на състава на продуктите от горенето в газопроводите на котлите, което може да подобри както ефективността на котела, така и неговите екологични характеристики.

Съвременните екологични методи за изгаряне на гориво се характеризират със забавяне на процеса на горене. Доста често, както при изгаряне на гориво с контролирано химическо недогаряне, окончателното преобразуване на продуктите от химическо недогаряне става в конвективната шахта на котела. Тъй като при прилагането на метод за изгаряне на гориво с контролирано химическо недоизгаряне е необходимо да се поддържа оптимален излишък на въздух, на котлите трябва да се инсталират системи за непрекъснато инструментално наблюдение на продуктите от горенето, за да се определят концентрациите на CO, O2 и NO в продуктите от горенето.

Повечето от котлите, работещи в момента в топлоелектрическите централи, са пуснати в експлоатация преди повече от 20 години, поради което по правило техните експлоатационни характеристики вече не отговарят напълно на проектните стойности. Това се отнася преди всичко до засмукването на студен въздух в горивната камера и газопроводите на котела, както и до равномерното разпределение на горивото и въздуха през устройствата на горелката. Следователно, преди да се въведат режими на изгаряне на гориво с контролирано умерено недогаряне на такива котли, е необходимо да се запечата пещта, да се проверят стандартните инструменти и да се премахнат изкривяванията в каналите въздух-гориво. Последното ви позволява да оптимизирате процеса на изгаряне на гориво и да намалите добива на CO и B(A)P.

Пълната идентификация на режима на изгаряне на горивото изисква инсталирането на устройства за следене на състава на газа в няколко секции на газовия път на котела.

Тази препоръка се дължи на факта, че превръщането на продуктите от непълно изгаряне на горивото по пътя на котела води до промяна във вредността на димните газове. Изчислените зависимости на общата вредност на продуктите от горенето в работната (зад въртящата се камера) и контролната (зад димоотвода) секции ще се различават при работа с недогаряне. Следователно изборът на оптимални условия на работа за котел с умерено недогаряне само въз основа на резултатите от измерването на състава на газовете в работната секция ще бъде погрешен.

Ето защо е необходим контрол на концентрациите на O2 и CO в режимните и контролните участъци. Известно е, че образуването на азотни оксиди е напълно завършено в горивната камера и по-нататък по газовия път техният масов поток и концентрация (по отношение на сухи газове и α = 1,4) практически не се променят. Следователно контролът на съдържанието на ΝΟΧ по принцип може да се организира във всеки от посочените участъци на газовия път, където се осигурява най-голяма представителност на резултатите.

При извършване на тестове за настройка с цел изготвяне на работни карти е препоръчително също да се извършват инструментални измервания на съдържанието на бензо(а)пирен в режимните и контролните участъци на газовия път. Трябва да се има предвид, че съдържанието на B(a)P има незначителен принос за общата вредност на изхвърляните в атмосферата отработени газове (виж фиг. 2, крива 4).

Отделно трябва да се отбележи, че система за непрекъснат мониторинг на газовия състав, включително инструменти за анализ на Cb, CO и NO, може да се използва не само за прилагане на нискотоксични режими на горене, но и като система за мониторинг на изчисляване на такси за вредни емисии в атмосферата и тяхното разпръскване в прилежащите територии.

Съвременните изисквания за автоматизиране на процеса на производство на електроенергия и контрол на изгарянето на гориво изискват интегрирането на система за мониторинг на димните газове в автоматизираната система за управление на станцията. Въз основа на това през декември 2007 г. Научно-техническият съвет (НТС) на РАО ЕЕС на Русия на заседание на секцията „Енергоспестяващи и екологични проблеми на енергетиката“ разгледа и одобри резултатите от работата по изследването и прилагане на предложения метод за изгаряне. NTS призна за възможно въвеждането на метод за изгаряне на гориво с контролирано умерено недогаряне в топлоелектрически централи, оборудвани със стационарни измервателни системи за наблюдение на отработените газове, CO и NOX в продуктите на горенето, работещи като част от автоматизираната система за управление на котли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведени са експериментални изследвания на котли с паропроизводителност от 75 до 500 t/h (BKZ-75-39GM, TsKTI-75-39, TP-150, TGM-84B, TPE-430) при изгаряне на природен газ.

Резултатите от теста показват стабилно намаляване на емисиите на NOX с 20-40%. Общата вредност на продуктите от горенето се намалява 1,5-2 пъти.

Постигнато е повишаване на брутния КПД на котела до 1%. В същото време има намаляване на разходите за тяга и продухване до 0,1%.

Спестяванията на гориво и такси за емисии на вредни вещества възлизат на 0,5-2 милиона рубли / година за всеки 100 t / h парна мощност на котела.

Прилагането на предложения метод на изгаряне не изисква значителни материални и времеви разходи. За да се повиши ефективността му, котлите трябва да бъдат оборудвани със средства за инструментален контрол на състава на димните газове (O2, CO и NOX).

СПИСЪК СЪС СИМВОЛИ

FEC - горивно-енергиен комплекс; Ефективност - коефициент на ефективност; PPP - пакет от приложен софтуер; ACS - автоматична система за управление.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Енергийна стратегия на Русия за периода до 2030 г.

http://minenergo.gov.ru/news/min_news/l 515.html

2. Изгаряне на природен газ с контролирано химическо недоизгаряне като ефективно средство за намаляване на емисиите на азотен оксид / P.V. Росляков, И.Л. Йонкин, Л.Е. Егорова // Новото в руската електроенергетика. 2006. № 12. стр. 23-35.

3. Ефективно изгаряне на горива с контролирано химическо недогаряне / П.В. Росляков, И.Л. Йонкин, К.А. Плешанов // Топлоенергетика. 2009. № 1. стр. 20-23.

4. Контрол на вредните емисии от ТЕЦ в атмосферата. П.В.Росляков, И.Л. Йонкин, И.А. Закиров и др.; М.: Издателство MPEI, 2004.

5. ГОСТ 50831-95. Котелни инсталации. Термомеханично оборудване. Общи технически изисквания. - М .: Издателство на IPK Standards, 1996.

6. Постановление на правителството на Руската федерация от 12 юни 2003 г. № 344 „За стандартите за плащане за емисии на замърсители в атмосферния въздух от стационарни и мобилни източници, изхвърляне на замърсители в повърхностни и подземни водни тела, обезвреждане на промишлени и битови отпадъци” (изменен от 1 юли 2005 г.)

7. Измерване на въглероден окис в котли, работещи с въглища. Yokogawa Corporation of America, 2008 г.

8. Намаляване на емисиите на NOX чрез измерване на въглероден оксид (CO). Rosemount Analytical, 1999 г.

9. Анализ на емисиите. Тойота, 2001г.

10. Ползите от измерването и контрола на потока въглища/въздух върху емисиите на NOx и работата на котела. S. Laux, J. Grusha, Foster Wheeler Power Group, 2003 г.

11. Изследване на процесите на превръщане на въглероден окис и бензо (а) пирен по газовия път на котелни инсталации / P.V. Росляков, И.А. Закиров, И.Л. Йонкин и др. // Топлоенергетика. 2005. № 4. стр. 44-50.

12. Контролираното химическо недогаряне е ефективен метод за намаляване на емисиите на азотен оксид. Протокол от 18 декември 2007 г. от заседанието на секцията „Енергоспестяващи и екологични проблеми на енергетиката“ на Научно-техническия съвет на RAO UES на Русия.