Efficienza operativa del locale caldaia. Aumento dell'efficienza delle caldaie E. K. Safonova, professore associato, D. L. Bezborodov, associato, A. V. Studennikov, studente del master. descrizione generale del lavoro

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Termica Industriale

Saggio
“Aumentare l’efficienza delle caldaie e dei locali caldaie”

Completato da: Bondareva P.M.
Accettato da: V.I

Lipeck 2011
Contenuto
introduzione

Audit energetico del locale caldaie……………...3
Monitoraggio della temperatura dei gas di scarico e dell'aria in eccesso al loro interno. 9
Elaborazione di mappe di regime…………………………….12
Una regolazione altamente efficiente………………14
Utilizzo di emettitori secondari……………..18
Installazione di un bruciatore a fessura inferiore modernizzato nell'imbuto freddo della caldaia (per caldaie PTVM-100 e PTVM-50 ……………………20
Tecnologie integrate per l'aumento dell'efficienza dei locali caldaie di servizio………………….22
Bibliografia………………………………………...28

introduzione
Le questioni relative al risparmio di carburante e di risorse energetiche rivestono grande importanza in tutti i settori dell'economia nazionale e in particolare nel settore energetico, la principale industria consumatrice di carburante. In ogni stazione e locale caldaia si stanno sviluppando misure organizzative e tecniche per migliorare i processi tecnologici, modernizzare le attrezzature e migliorare le qualifiche del personale.
Di seguito considereremo alcuni modi per aumentare l'efficienza della caldaia e del locale caldaia nel suo insieme.

Audit energetico del locale caldaia

Indicatori di prestazione effettivi delle apparecchiature del locale caldaia.
Confronto degli indicatori di prestazione dei locali caldaie esistenti con valori standardizzati.
Individuazione e analisi delle ragioni della discrepanza tra i valori effettivi di efficienza del locale caldaia e quelli standardizzati.
Modi per ottenere un funzionamento efficiente dal punto di vista energetico di un locale caldaia.

raccolta e documentazione delle informazioni - determinazione delle principali caratteristiche dell'oggetto della ricerca: informazioni sulle apparecchiature del locale caldaia, dinamiche di consumo energetico, informazioni sui consumatori di calore, ecc. Vengono inoltre determinati i volumi ed i punti di misura del calore e dell'elettricità;
indagine strumentale - compila le informazioni mancanti sulle caratteristiche quantitative e qualitative dei consumi energetici e consente di valutare l'attuale efficienza energetica del locale caldaia;
esame ed elaborazione dei risultati e loro analisi - misurazioni utilizzando unità di misurazione esistenti o, in loro assenza, dispositivi specializzati portatili.;
sviluppo di raccomandazioni per misure di risparmio energetico e preparazione di un rapporto.

Analizzatore dei prodotti della combustione
Termocamera (immagine termica)
Misuratore di temperatura digitale
Termometro a infrarossi senza contatto
Analizzatore di potenza trifase
Misuratore di portata per liquidi ad ultrasuoni
Spessimetro ad ultrasuoni

Misure di risparmio energetico nelle caldaie ad acqua calda alimentate a gas

Condurre regolarmente la RNI.
Durante il periodo di intercommissioning, effettuare regolarmente prove accelerate e analisi dei gas di scarico per il rispetto delle mappe di regime.
La fornitura di calore deve essere effettuata in conformità con i programmi di temperatura.
Ridurre la potenza delle pompe di rete a seguito dell'adeguamento della rete.
Ridurre le perdite dovute a difetti di isolamento.
Sostituzione dell'attrezzatura con una più economica.
Eliminazione di schemi di scorciatoia e tagli di programmazione migliorando lo schema di fornitura di calore.
Combattere le perdite.
Contabilità e analisi di tutto.
Conversione delle caldaie a vapore in modalità di riscaldamento dell'acqua.
Applicazione del convertitore di frequenza.
L'uso di bruciatori funzionanti con un basso rapporto di eccesso d'aria.
Presa d'aria soffiata dal locale caldaia.
Eliminazione dell'aspirazione nelle caldaie funzionanti con il vuoto nel forno.
Installazione di un economizzatore o scambiatore di calore.
Applicazione della deaerazione dell'acqua.
Aumento della temperatura dell'acqua di alimentazione.
Pulizia delle superfici riscaldanti su entrambi i lati.

aumentare l'efficienza energetica delle caldaie quando
utilizzo di caldaie a bassa temperatura e a condensazione;
utilizzo di nuovi principi di combustione del carburante nelle caldaie
unità;
aumentare l'affidabilità delle caldaie;
utilizzo di moderni dispositivi bruciatori;
automazione di gruppi caldaia;
automazione della distribuzione del refrigerante tra i carichi;
trattamento chimico dell'acqua del liquido di raffreddamento;
isolamento termico delle condotte;
installazione di economizzatori sui camini;
controllo del circuito sensibile alle condizioni atmosferiche;
moderne caldaie a tubi di gas di combustione.

2. Monitoraggio della temperatura dei gas di scarico e dell'aria in eccesso al loro interno.

Elaborazione di mappe di regime

Regolazione altamente efficiente

Come manoscritto

AUMENTARE L'EFFICIENZA DEI MOTORI A VAPORE

CASE CALDAIE QUANDO SI UTILIZZANO UNITÀ DI COGENERAZIONE CON MOTORE A VITE

Specialità 05.14.04- Ingegneria dell'energia termica industriale

tesi di laurea accademica

candidato di scienze tecniche

Krasnodar-2006

Il lavoro è stato svolto presso l'Università tecnologica statale di Kuban.

Supervisore scientifico: Dr. Tech. scienze, professore

Avversari ufficiali:

Dottor Tech. scienze, professore

Dottor Tech. scienze, professore

Organizzazione capofila:

Centro di Ingegneria Energetica", Krasnodar

Segretario scientifico del consiglio di tesi

Dottorato di ricerca tecnologia. Scienze, professore associato

DESCRIZIONE GENERALE DEL LAVORO

Rilevanza dell'opera . I cambiamenti avvenuti nell'economia russa ci costringono a guardare con occhi nuovi ai problemi dell'energia su piccola scala. Secondo varie stime, dal 50 al 70% del territorio della Russia, dove vivono più di 20 milioni di persone, non è coperto da forniture centralizzate di energia ed elettricità. In questo vasto territorio, il sostentamento delle persone è assicurato principalmente attraverso l'energia su piccola scala: fornitura di elettricità - da centrali elettriche diesel autonome (DPP), fornitura di calore - da impianti di caldaie locali che funzionano con combustibili solidi, liquidi e, meno spesso, gassosi.

L'analisi delle modalità operative e delle condizioni tecniche delle fonti di energia termica esistenti indica la loro bassa efficienza energetica e affidabilità. Quest'ultimo è confermato dai casi sempre più frequenti di arresti di emergenza delle centrali termiche causati, ad esempio, da un'interruzione dell'alimentazione elettrica a causa di interruzioni delle linee elettriche. Come risultato di tali incidenti, la circolazione del liquido di raffreddamento si interrompe, il che in condizioni di bassa temperatura può portare allo scongelamento delle tubazioni e dell'intero sistema nel suo insieme.

A questo proposito, la questione dell'organizzazione della produzione di energia elettrica nelle caldaie a vapore per coprire il proprio fabbisogno e per la distribuzione a consumatori terzi è molto rilevante. Nella maggior parte delle caldaie municipali e industriali sono installate caldaie dei tipi DKVR, DE, KE, ecc., Che producono vapore con una pressione di 1,3 MPa. Allo stesso tempo, i consumatori lo utilizzano, di regola, a una pressione di 0,3-0,4 MPa. La riduzione della pressione viene effettuata in dispositivi di riduzione mediante strozzamento, con ogni tonnellata di vapore che perde 40-50 kWh di energia. La differenza di pressione specificata può essere utilizzata per produrre energia elettrica in un impianto autonomo di generazione di energia costituito da un motore a vapore e da un generatore elettrico.

Ciò non solo ridurrà significativamente il costo del calore generato, ma garantirà anche un'alimentazione elettrica affidabile al locale caldaia.

Obiettivo del lavoro. L'obiettivo del lavoro è aumentare l'efficienza operativa delle caldaie a vapore utilizzando la pressione differenziale libera del vapore per generare energia elettrica in un impianto di cogenerazione con motore a vite.

Per raggiungere questo obiettivo, è necessario risolvere i seguenti compiti:

Sviluppare un modello matematico di un motore a vite e condurre uno studio computazionale delle sue modalità operative;

Verificare sperimentalmente le prestazioni del motore e l'adeguatezza del modello matematico sviluppato;

Ottimizzare le caratteristiche di un motore a vite per le sue condizioni operative secondo il programma termico nelle caldaie a vapore;

Sviluppare una metodologia per il calcolo e la selezione dei parametri geometrici del motore e delle modalità di funzionamento dell'impianto di cogenerazione in base alla potenza termica variabile del locale caldaia per ottenere la massima produzione annua possibile di energia elettrica.

Novità scientifica.

Il lavoro di tesi ha ottenuto nuovi risultati scientifici:

È stato sviluppato un modello matematico di un motore a vite funzionante con vari fluidi di lavoro, compreso il vapore acqueo;

È stata effettuata una verifica sperimentale dell'adeguatezza del modello matematico di un espansore a vite;

Sono state ottenute le caratteristiche operative di un motore a vite quando funziona con vapore acqueo;

Viene proposta una metodologia per selezionare i parametri geometrici del motore e le sue modalità di funzionamento in base alla potenza termica variabile del locale caldaia per ottenere la massima produzione annua di energia elettrica.

Metodi e mezzi per svolgere la ricerca .

Per risolvere i problemi posti nel lavoro di tesi, sono stati utilizzati metodi generalmente accettati di calcoli termodinamici dei processi con massa variabile del fluido di lavoro. Durante lo sviluppo della metodologia di calcolo, sono stati utilizzati metodi di analisi matematica, pacchetti applicativi (Excel, Mathcad) nonché equazioni approssimative per l'area utilizzata del diagramma h-s del vapore acqueo. I test sperimentali del modello matematico sono stati effettuati sul complesso del generatore elettrico DGU-250.

Le seguenti principali disposizioni sono presentate per la difesa :

Modello matematico di un motore a vite funzionante con vari fluidi di lavoro, compreso il vapore acqueo;

Risultati della ricerca computazionale e sperimentale di un motore a vite;

Risultati dell'ottimizzazione delle caratteristiche geometriche e funzionali di un motore a vite;

Metodologia per la selezione dei parametri geometrici del motore e delle sue modalità operative in base alla potenza termica variabile del locale caldaia per ottenere la massima produzione annua di elettricità;

Significato pratico.

L'introduzione di impianti di cogenerazione con motore a vite nelle caldaie a vapore è una misura di risparmio energetico, poiché eliminerà le perdite di energia durante la riduzione del vapore.

Il rifiuto dell'elettricità acquistata ridurrà significativamente il costo del calore generato, aumenterà l'affidabilità dell'alimentazione elettrica alla fonte e ridurrà anche i danni ambientali derivanti dalle emissioni nell'atmosfera.

Le raccomandazioni sviluppate sulla base di un'analisi delle modalità operative congiunte dei sistemi di fornitura di calore e di un motore a vapore consentono di effettuare una scelta razionale dei parametri geometrici e delle prestazioni di un motore a vite, nonché della sua modalità operativa, a seconda della grandezza e natura del carico termico connesso. I metodi proposti consentono di determinare la quantità di produzione annua di elettricità, la redditività, l'efficienza economica e il periodo di ammortamento di questo impianto.

Implementazione dei risultati .

I risultati degli studi computazionali e sperimentali condotti utilizzando la metodologia sviluppata costituiscono la base per l'aggiornamento della documentazione tecnica dell'unità espansore-generatore al fine di metterla in produzione

Il campione industriale pilota prodotto e testato di un motore a vite come parte dell'impianto di cogenerazione DGU-250 è previsto per l'installazione in una delle caldaie a vapore.

La metodologia per la selezione dei parametri geometrici e delle prestazioni del motore per massimizzare la copertura del programma annuale di carico termico del locale caldaia è stata trasferita per essere utilizzata nella progettazione di complessi espansore-generatore.

Approvazione del lavoro .

I risultati della ricerca presentati nel lavoro di tesi sono stati riportati e discussi al Seminario tecnico-scientifico internazionale “Risparmio energetico ed energie rinnovabili - 2005” (Sochi), alla V Conferenza scientifica e tecnica internazionale “Aumentare l’efficienza della produzione di elettricità” (Novocherkassk, 2005), conferenza scientifica e tecnica internazionale “L'energia del 21° secolo” (Crimea, 2005), seminario scientifico e tecnico dell'impresa “Centrale termica di Krasnodar” della JSC “Kubanenergo” (Krasnodar, 2005), incontro del dipartimento “Ingegneria dell'energia termica industriale e centrali termiche” dell'Università tecnica statale di Kuban (Krasnodar, 2006), la quarta conferenza scientifica della Russia meridionale. “Tecnologie e impianti per il risparmio energetico e delle risorse”.

Pubblicazioni . Sulla base dei risultati della ricerca effettuata sono stati pubblicati 9 lavori.

Struttura e ambito della tesi.

La tesi è composta da un'introduzione, quattro capitoli, una conclusione e un elenco di bibliografia. L'opera è presentata su 118 pagine, comprendenti 36 figure, 5 tavole. L'elenco della letteratura utilizzata comprende 117 titoli.

Nell'introduzione la rilevanza del lavoro è giustificata. Si nota la presenza di perdite di energia nelle caldaie quando si riducono i flussi di vapore e viene indicata l'inaffidabilità delle fonti di calore in caso di incidenti nei sistemi di alimentazione, che portano alla cessazione della fornitura di calore. Vengono formulati gli scopi e gli obiettivi dello studio.

Primo capitolo Il lavoro di tesi è dedicato a una revisione della letteratura nazionale e straniera nel campo dell'aumento dell'efficienza delle fonti di calore quando si organizza la produzione di energia elettrica in esse, vale a dire quando si ricostruiscono le caldaie in mini-CHP.

Vengono rivisti e analizzati metodi noti per organizzare la produzione combinata di energia termica ed elettrica nelle caldaie esistenti, compreso l'uso di unità turbina a gas (GTU), motori a combustione interna e unità turbina a vapore (STU). Vengono evidenziati i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna di queste soluzioni tecniche.

È dimostrata la fattibilità dell'utilizzo di motori a vite nel campo dell'energia elettrica di complessi di cogenerazione fino a 500 kW.

Viene analizzata l'esperienza nazionale ed estera nell'utilizzo di macchine ad espansione a vite in vari settori.

Tenendo conto di quanto sopra, sono stati formulati gli obiettivi della ricerca.

Nel secondo capitolo È dimostrato che per realizzare il funzionamento congiunto del locale caldaia, del complesso generatore elettrico e del sistema di fornitura di calore, è necessario essere in grado di prevedere con un grado sufficiente di precisione le caratteristiche del motore a vite e i parametri di il fluido di lavoro durante il processo di espansione.

Per risolvere questo problema, in questo capitolo viene sviluppato un modello matematico del processo operativo dell'espansore. I principali aspetti complicanti erano la variabilità della massa di vapore in espansione nella cavità di lavoro, la fuoriuscita di vapore da cavità ad alta pressione in cavità a pressione inferiore, nonché il verificarsi del processo nella regione del vapore umido vicino alla curva di confine .

Il modello matematico di un motore a vite si basa sull'equazione della prima legge della termodinamica nella forma

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

dove dG è la variazione della carica di massa nella cavità;

dh – variazione dell'entalpia specifica del vapore nella cavità durante la rotazione

rotore motore dell'angolo dφ.

Il calore fornito alla cavità dQin è algebricamente composto da rimozione di calore attraverso le pareti dell'alloggiamento BRM nell'ambiente dQext, fornitura di calore con vapore che scorre nella cavità i dalle cavità posteriori dGi-4, dGi-1, nonché rimozione di calore con perdite nelle cavità anteriori dGi+1,dGi+4,dGi+5.

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

Secondo altri ricercatori, la rimozione del calore verso l'ambiente dQext ammonta fino allo 0,5% della potenza VRM e potrebbe non essere presa in considerazione.

Tenendo conto della (1), la variazione di pressione nella cavità quando la vite di trascinamento viene ruotata di un angolo dφ sarà:

L'integrazione dell'equazione 3 può essere effettuata solo utilizzando metodi numerici a causa della mancanza di relazioni analitiche tra le quantità in essa incluse

Variazione di pressione nella cavità del vapore quando il rotore motore viene ruotato di un angolo in differenze finite

La conseguente variazione della massa di vapore nella cavità;

L'incremento di entalpia nella cavità, che è

il valore risultante di tre componenti:

Aumento di volume durante l'espansione isoentropica da a

Cambiamento nella massa del vapore a causa di perdite e perdite

Dalla miscelazione con il vapore che scorre nella cavità.

Sulla base dell'equazione (4), sono stati sviluppati programmi per il calcolo del processo di lavoro del VRM su vapore secco, surriscaldato e umido.

Per calcolare il processo operativo di un motore che utilizza vapore umido, abbiamo sviluppato una descrizione matematica del diagramma hS nell'area dei processi studiati sotto forma di una serie di equazioni approssimative.

Una delle principali caratteristiche del funzionamento di un motore a vite è il rendimento adiabatico, che può essere rappresentato come prodotto di coefficienti parziali

, (5)

dove sono, rispettivamente, i coefficienti che tengono conto delle perdite dovute a perdite, delle deviazioni del regime da quello di progetto e delle perdite idrauliche.

Il documento propone equazioni per il calcolo di questi indicatori.

Flusso del fluido di lavoro attraverso il VRM

. (6) Alimentazione VRM interna . (7)

La potenza elettrica ai terminali del generatore viene determinata tenendo conto delle perdite meccaniche nel motore, nel cambio e nel generatore.

I materiali ottenuti nei calcoli utilizzando il metodo proposto consentono di prevedere le prestazioni degli impianti di espansione-generatore con VRM e di ottimizzare i loro parametri geometrici per massimizzare la copertura del carico termico di una particolare fonte di calore, nonché di eseguire prestazioni tecniche ed economiche calcoli per valutare l’efficacia delle soluzioni tecniche proposte.

Nel terzo capitolo viene fornita una descrizione del progetto e dello schema di un campione industriale pilota dell'unità generatore-espansore DGU-250 con motore a vite, nonché i risultati di uno studio computazionale e sperimentale del suo funzionamento in aria compressa e un confronto vengono fornite le caratteristiche sperimentali con i dati calcolati.

L'unità di cogenerazione DGU-250 è composta da un motore a vite, un riduttore, un generatore elettrico e un pannello di controllo. Il banco su cui è stato testato l'impianto è dotato di strumenti per la misurazione e la registrazione della temperatura, della pressione, del flusso del fluido di lavoro, nonché della velocità di rotazione dei rotori della macchina di espansione a coclea.

Durante il test del VRM nell'aria compressa nelle condizioni dell'impianto del produttore, è stata confermata l'operatività del complesso e di tutti i sistemi e sono state ottenute dipendenze sperimentali.

Utilizzando il modello matematico sviluppato del VRM, le stesse dipendenze sono state ottenute mediante calcolo.

I risultati di un confronto tra indicatori sperimentali e calcolati (la discrepanza non supera il 7%) ci permettono di concludere che il modello matematico proposto è sufficientemente adeguato.

Inoltre, nelle condizioni operative del VRM nelle caldaie a vapore incluse nel sistema di fornitura di calore, il fattore principale che determina la modalità operativa del complesso è la variazione del carico termico della fonte di calore e, di conseguenza, la variazione della pressione vapore in ingresso Pin. Ciò ha richiesto di considerare l'influenza di Рвх en sui principali indicatori dell'installazione Fig (1,2,3)

Un importante vantaggio del VRM rispetto ad altri tipi di macchine ad espansione è l'effetto positivo della presenza di una fase liquida nel flusso di gas in espansione sulle prestazioni del motore.

Quando si lavora con vapore acqueo, la condensa può formarsi non solo nella cavità di lavoro quando la pressione diminuisce, ma anche entrare nella macchina insieme al vapore. Di conseguenza, sotto l'influenza delle forze centrifughe, sulla superficie del foro dell'alloggiamento e sulle superfici laterali dei denti si forma una pellicola di condensa, il cui spessore, a seconda della quantità di condensa, può essere paragonabile alla dimensione degli spazi vuoti nella macchina. Il riempimento degli spazi con una pellicola liquida riduce significativamente le perdite tra le cavità, aumentando significativamente l'efficienza della vite

Figura 1 - Dipendenza del consumo di vapore dalla velocità di rotazione del rotore principale a vari valori di Pvx.

Figura 2 - Dipendenza della potenza del gruppo elettrogeno diesel dalla velocità di rotazione della vite di comando e da vari valori di Pvx.

motore. I calcoli effettuati utilizzando il programma sviluppato hanno dimostrato che quando la dimensione degli spazi viene ridotta di 2 volte, l'efficienza della macchina aumenta dell'8%.

Capitolo quattroè dedicato alla considerazione delle condizioni per il funzionamento congiunto più efficace dei sistemi VRM e di fornitura di calore sotto carico termico variabile dei consumatori. La Figura 4 mostra uno schema schematico dell'inclusione di un complesso di generazione elettrica nel circuito termico di un locale caldaia. La copertura della parte di picco della curva termica è assicurata tramite il regolatore di pressione 5.

Figura 4 - Schema schematico di un locale caldaia a vapore con VRM

1 - caldaia a vapore, 2 - disaeratore, 3 - macchina di espansione, 4 - generatore, 5 - valvola riduttrice di pressione, 6 - regolatore di pressione, 7 - riscaldatore di rete, 8 - pompa di alimentazione, 9 - pompa di rete, 10 - consumatore.

Quando si gestisce il complesso, il compito non è solo quello di garantire il flusso di vapore attraverso il VRM corrispondente al cambiamento del carico termico, ma anche di ottenere la massima produzione annua possibile di elettricità.

La potenza termica del VRM (con questo indicatore comprenderemo condizionatamente la quantità di calore trasferita dal flusso di vapore che lascia il VRM all'impianto di riscaldamento della rete) è espressa dalla nota equazione

Dall'equazione (9) segue che la regolazione della potenza termica del VRM in base al cambiamento del carico termico è possibile in due modi:

· modifica del flusso di vapore attraverso il VRM, che può essere effettuata regolando la velocità del rotore e Рвх;

· regolazione della pressione finale, che porta ad una variazione dell'entalpia al termine dell'espansione isoentropica e, di conseguenza, del suo valore.

Va inoltre tenuto presente che quando entrambi , e oscillano, si verifica un cambiamento, principalmente dovuto alla comparsa di perdite derivanti dalla discrepanza tra i gradi di riduzione della pressione interna ed esterna, di cui tiene conto l'efficienza operativa del motore .

Questo capitolo discute le possibilità di regolare il flusso di vapore attraverso il VRM modificando la velocità del rotore, nonché la pressione del vapore all'ingresso e all'uscita della macchina.

È stato stabilito che le più ampie possibilità di cambiamento

il flusso di vapore si ottiene regolando la velocità del rotore, tuttavia, quando si opera in parallelo con il sistema di alimentazione, non è possibile utilizzare questa opzione di controllo.

La determinazione della dipendenza delle prestazioni termiche del BRM dalla pressione prima e dopo la macchina di espansione ha dimostrato che una variazione del Pin porta ad una variazione quasi lineare nel flusso di vapore attraverso il motore e la variazione della pressione di uscita P2 ha un effetto estremamente insignificante (2-3%) sul valore di Q. Di conseguenza, la regolazione della prestazione termica del BRM in base al cambiamento del carico termico del locale caldaia è praticamente possibile solo a causa della variazione della pressione del vapore all'ingresso del macchina.

In questo caso, il limite superiore della capacità di riscaldamento è determinato dal valore massimo della pressione del vapore in ingresso nella macchina. Quando la pressione in ingresso diminuisce, la portata massica del vapore e, di conseguenza, la capacità di riscaldamento e la potenza del VRM diminuiscono di conseguenza.

Si propone di determinare la capacità di riscaldamento minima del VRM dalla condizione di uguaglianza della potenza elettrica Ne generata dal generatore elettrico al valore del fabbisogno proprio del locale caldaia Nсн. Ovviamente, se l’energia generata non copre il fabbisogno stesso della fonte, l’utilizzo di un impianto di cogenerazione perde di significato.

Per garantire l'utilizzo dell'impianto di cogenerazione tutto l'anno è inoltre necessario soddisfare la condizione.

Un ampliamento significativo del campo di regolazione delle prestazioni termiche della macchina può essere ottenuto modificando il grado geometrico di espansione del motore, dove Vнр è il volume della cavità del vapore nel momento in cui inizia l'espansione.

Un aumento delle prestazioni termiche del VRM è possibile riducendo il grado di espansione geometrica, poiché ciò aumenta il flusso di vapore attraverso la macchina. Ciò aumenterà significativamente la copertura del carico termico con il vapore scaricato nel VRM. Allo stesso tempo, la produzione totale annua di elettricità aumenta. Trattandosi di un parametro di progettazione, il suo valore può essere specificato durante la progettazione della finestra di aspirazione della macchina, in base alle prestazioni termiche richieste al VRM per un dato locale caldaia.

Nella Fig. 5, la curva superiore mostra la produzione annua di elettricità Eg per l'unità in esame a vari valori. Il valore massimo di Eg si raggiunge = 2,15 ed ammonta a 1,98 milioni di kWh, di cui 1,36 milioni di kWh per il periodo di riscaldamento e 0,62 milioni di kWh per la stagione estiva.

Dall'analisi dei grafici stagionali sopra riportati emerge che per coprire il carico estivo di fornitura di acqua calda è consigliabile avere valori elevati di , poiché in questo caso l'energia potenziale del vapore in ingresso al VRM verrà utilizzata al massimo. La produzione totale di elettricità durante la stagione estiva aumenta con .

Figura 5 – Produzione di energia elettrica per il riscaldamento

e periodi estivi di funzionamento del locale caldaia.

Durante la stagione di riscaldamento, vista la necessità di coprire il crescente carico termico, è consigliabile dotarsi di una macchina con valori bassi. In questo caso la produzione di energia elettrica durante la stagione di riscaldamento aumenta per l'aumento del flusso di vapore attraverso la macchina poiché aumenta il volume dell'intercapedine riempita.

Tenendo conto di quanto sopra, si propone, in base al programma annuale di carico termico, in fase di progettazione di una macchina per uno specifico locale caldaia, di prevedere la possibilità di sostituire la finestra di ingresso quando si passa dalla stagione di riscaldamento a quella estiva e viceversa . Le dimensioni della finestra di ingresso determinano in modo univoco il volume della cavità all'inizio dell'espansione e quindi il flusso di vapore attraverso la macchina.

Dai calcoli è emerso che per la geometria dell'elica adottata il valore ottimale per il periodo estivo è 3,5; Allo stesso tempo, la produzione di elettricità per stagione è fornita per un importo di 854 mila kW * h. Il valore ottimale per il periodo invernale è 1,2; Allo stesso tempo, la produzione di elettricità per la stagione è di 1.545 mila kWh. La produzione annua totale di elettricità in questa opzione è di 2.400 mila kW * h, ovvero 420 mila kW * h (21,2%) in più rispetto a quella ottimale durante tutto l'anno senza sostituzione della finestra di aspirazione.

I modelli trovati nel processo di esperimenti e calcoli indicano la possibilità di utilizzare la variazione della contropressione dietro il VRM per aumentare la potenza elettrica e la produzione annua di elettricità del complesso, coprendo incondizionatamente la parte base del grafico termico.

Per attuare questa proposta è sufficiente installare dietro al VRM un regolatore di contropressione, funzionante secondo un programma legato alla temperatura di riscaldamento richiesta dell'acqua di rete secondo il programma di temperatura dell'impianto di riscaldamento. In particolare, nel periodo estivo, la pressione del vapore a valle del VRM P2 potrà essere ridotta il più possibile, il che consentirà di avere una maggiore potenza del motore per tutto il periodo, e quindi aumentare la produzione di energia elettrica.

La parte finale del capitolo presenta i campi calcolati dei carichi termici coperti dai motori a vite delle basi 6a (d=250 mm) e 7a (d=315 mm). Viene delineata la metodologia per selezionare i parametri di progettazione del VRM per uno specifico locale caldaia. Vengono fornite raccomandazioni volte ad ottenere la massima produzione annua di elettricità.

Una valutazione tecnica ed economica dell'implementazione della DGU-250 in una delle caldaie ha mostrato che la produzione annua di elettricità è di 2.400 mila kWh e il periodo di ammortamento non supera 1,8 anni.

PRINCIPALI RISULTATI E CONCLUSIONI

1. È stata effettuata un'analisi delle soluzioni tecniche note per organizzare la generazione combinata di energia termica ed elettrica nelle caldaie. È stato stabilito che in condizioni di variazione del carico termico, il funzionamento delle unità secondo il programma termico è associato a un significativo deterioramento della loro efficienza.

2. È stato proposto un modello matematico del VRM, sulla base del quale è stata sviluppata una metodologia per il calcolo del processo di lavorazione del vapore acqueo, tenendo conto della variabilità della massa, del fenomeno della condensa nelle cavità di lavoro e della presenza di una fase liquida nel flusso.

3. I sistemi del campione di espansore principale sono stati adeguati

sono state ottenute il gruppo elettrogeno e le caratteristiche sperimentali del VRM, confermandone le prestazioni e l'adeguatezza del modello matematico sviluppato della macchina.

4. È stato effettuato uno studio computazionale del funzionamento del VRM sul vapore acqueo. È stato stabilito che l'efficienza del motore è compresa tra 0,65 e 0,75 e varia leggermente in un ampio intervallo di velocità del rotore e pressione iniziale del vapore, il che indica la possibilità di un funzionamento efficiente del gruppo elettrogeno diesel con fluttuazioni significative del carico termico .

5. È stato dimostrato che riempire le lacune di una macchina con umidità di condensa porta ad un notevole aumento della sua efficienza riducendo la quantità di perdite

6. È stata effettuata un'analisi del funzionamento congiunto del gruppo elettrogeno diesel con il sistema di fornitura di calore in condizioni di variazione del carico termico. Vengono analizzate le possibilità di regolare la modalità operativa del VRM.

7. È stata sviluppata una metodologia per ottimizzare la produzione annuale di elettricità in base al consumo di calore per locali caldaie con valori e rapporti diversi tra carichi invernali ed estivi.

8. Vengono fornite raccomandazioni per la selezione delle dimensioni standard e dei parametri geometrici del VRM al fine di ottenere la massima produzione annua di energia elettrica. È dimostrato che quasi l'intero intervallo di carichi termici da 4 a 75 GJ/h quando si utilizzano i metodi di controllo proposti è coperto da due dimensioni standard di VRM (6a e 7a base).

9. I risultati dello studio permetteranno di sollevare la questione dell'introduzione diffusa di installazioni di questo tipo nelle caldaie a vapore industriali e di riscaldamento.

1. Installazione Repin per caldaie a vapore // Materiali della V conferenza internazionale - Novocherkassk, 2005. - S. 31-34.

2. Ricerca Repin su un impianto di cogenerazione per caldaie a vapore // Risparmio energetico e trattamento delle acque n. 2, 2006.-P.71-72.

3. Rilanciare la produzione di elettricità e freddo nelle centrali con turbine a gas. // Materiali della quarta conferenza scientifica della Russia meridionale. “Tecnologie e impianti per il risparmio energetico e delle risorse”. Krasnodar. 2005.-S. 27-30.

4. Sulla questione dell'aumento dell'affidabilità dell'alimentazione elettrica alle caldaie a vapore // Materiali della quarta conferenza scientifica della Russia meridionale. “Tecnologie e impianti per il risparmio energetico e delle risorse”. Krasnodar. 2005. - pp. 27-30.

5. , Ripristino dell'uso dell'energia di pressione del gas naturale nelle piccole stazioni di distribuzione del gas / Risparmio energetico. N. 3, 2004.- pp. 70-72.

6. Calcolo Repin del processo di lavoro di un motore a vapore a vite // Atti della V conferenza internazionale. Novocherkassk, 2005. - pp. 28-31.

7. , Complesso Repin per una caldaia a vapore // Materiali del seminario scientifico e tecnico internazionale. Soči, 2005

8. Ricollegare l'alimentazione elettrica a un locale caldaia utilizzando un ciclo su un fluido di lavoro bassobollente // Atti della conferenza internazionale "Problemi di energia", Crimea, 2004

9. , Repin, risultati di uno studio computazionale di un complesso di generazione di elettricità per una caldaia a vapore // Materiali del seminario scientifico e tecnico internazionale. Soči, 2005

La quota delle caldaie nella fornitura di calore di tutti i consumatori di calore nel nostro Paese è di circa il 45%. In futuro, la quota delle caldaie aumenterà ulteriormente.

Questa situazione è sorta a causa di un aumento delle prestazioni tecniche degli impianti di caldaie e, di conseguenza, di un aumento del limite economicamente fattibile per l'utilizzo della fornitura di calore combinato. L'approvvigionamento di calore industriale è caratterizzato da una domanda di vapore molto significativa: rappresenta circa il 50% della domanda di calore totale delle imprese industriali.

In futuro aumenterà significativamente il numero di potenti locali caldaie con una capacità superiore a 58 MW (50 Gcal/h). Tuttavia, le piccole caldaie continueranno ad avere una quota significativa; Attualmente nel Paese sono presenti circa 120mila locali caldaie con caldaie sezionali in ghisa, che forniscono fino al 40% del fabbisogno di riscaldamento del settore abitativo e dei servizi comunali. Il numero di locali caldaie nelle zone rurali aumenterà in modo significativo a causa del miglioramento delle condizioni sociali e di vita nelle zone rurali. Una di queste condizioni è l'uso di sistemi di fornitura di calore che ridurrebbero drasticamente i costi di manodopera dei residenti per la loro manutenzione e fornirebbero un livello più elevato di comfort termico nei locali.

Aumentare la capacità delle caldaie è economicamente fattibile, poiché se esiste un numero sufficiente di consumatori di energia termica, un aumento della capacità unitaria e del numero di caldaie porta ad una riduzione dei costi di produzione e del coefficiente di personale. Tuttavia, il risultato potrebbe essere diverso se le caldaie funzionano per un lungo periodo con un basso coefficiente di utilizzo della potenza termica installata - un fenomeno caratteristico delle nuove città e paesi, durante la cui costruzione il carico termico è inizialmente molto insignificante e potente le caldaie raggiungono le normali condizioni di funzionamento solo dopo una serie di anni. In tali condizioni operative, molti componenti del costo dell'energia termica aumentano in modo specifico (in rubli per unità di calore generato): ammortamenti, costi dell'elettricità, salari del personale di servizio, ecc.

Il grado di efficienza economica della costruzione di potenti caldaie dipende dal ritmo di costruzione della città: più alti sono questi tassi, prima le caldaie raggiungeranno le normali condizioni operative.

I calcoli hanno dimostrato che nelle nuove città, a questo proposito, è più consigliabile costruire caldaie di gruppo gassificate e dispacciate, poiché forniscono i costi ridotti più bassi durante la loro vita utile con un coefficiente di personale relativamente basso. Il numero di tali caldaie è in costante crescita. Nelle imprese specializzate consolidate di caldaie integrate e reti di riscaldamento, sono unite circa 5.000 caldaie, in cui il numero di caldaie in ghisa supera l'85% del numero totale.

Le prestazioni tecniche ed economiche delle caldaie universali in ghisa (funzionanti con combustibili solidi o liquidi) sono migliorate notevolmente negli ultimi 20 anni: la loro potenza unitaria è aumentata da 0,35 a 0,76 MW (da 0,3 a 0,65 Gcal/h), e la il consumo specifico di metalli è diminuito da 8,2 a 4,1 t/MW (da 9,5 a 4,8 t/Gcal). Tuttavia, lo svantaggio più grave delle caldaie per riscaldamento universale è la loro efficienza operativa relativamente bassa: quando si utilizza carbone grezzo - 0,55-0,6 e quando si brucia gas - 0,75-0,78. L'efficienza delle caldaie nelle caldaie di gruppo può essere aumentata migliorando la progettazione delle caldaie, riducendo la temperatura dei gas di scarico, scegliendo una modalità di combustione razionale, automatizzando e dispacciando il funzionamento delle caldaie.

Il modo principale per aumentare l'efficienza delle caldaie per il riscaldamento è produrre unità caldaie con un design più efficiente in termini di efficienza di combustione del carburante.

L’efficienza della combustione del carbone viene aumentata principalmente attraverso la meccanizzazione completa del processo di combustione. L'effetto maggiore (secondo l'Istituto di ricerca di apparecchiature sanitarie TsNIIEP Engineering Equipment) si ottiene con un focolare meccanico con barra di avvitamento, che è abbastanza semplice e affidabile nel funzionamento, che consente di meccanizzare la fornitura di combustibile alla griglia, la sua movimento lungo la zona della griglia, avvitamento dello strato bruciante e rimozione delle scorie formate.

Test su caldaie con tale focolare hanno dimostrato che la loro efficienza operativa aumenta del 15-20% a causa della riduzione delle perdite di calore con i gas di scarico (grandi quando le superfici di riscaldamento convettivo delle caldaie universali sono ricoperte di fuliggine e trascinamenti, nonché con un maggiore eccesso di aria che entra nel focolare) e come risultato della sottocombustione chimica e meccanica del combustibile.

L'efficienza della caldaia meccanizzata "Bratsk-1", dotata di tale focolare, raggiunge l'87%, il che consente di recuperare ulteriori investimenti di capitale (un'unità di cogenerazione è più costosa di una caldaia universale della stessa potenza) in soli 3-4 anni (a seconda della potenza del locale caldaia e della durata di funzionamento durante l'anno).

Di notevole importanza per aumentare l'efficienza delle caldaie è la loro densità del gas, con un aumento in cui aumenta contemporaneamente la durata di funzionamento delle caldaie (il flusso di gas caldi dal forno ai condotti convettivi attraverso gli spazi tra le sezioni riscalda il metallo). Come hanno dimostrato gli studi, con una larghezza dello spazio fino a 2 mm consentita secondo GOST, il coefficiente di aria in eccesso raggiunge 1,5-1,7 invece dell'1,2 raccomandato e, di conseguenza, le perdite di calore con i gas di scarico aumentano e l'efficienza delle caldaie diminuisce.

La sigillatura degli spazi vuoti con cordone di amianto non fornisce la necessaria tenuta al gas. Si consiglia di utilizzare il mastice sigillante resistente al calore "Vixisant" sviluppato dall'Istituto di ricerca scientifica di impianti idraulici, prodotto da

a base di elastomeri siliconici con additivi e cariche termostabilizzanti e gomma a basso peso molecolare. Questo mastice viene applicato dai tubi alla superficie delle nervature di giunzione.

Attualmente, le caldaie in ghisa funzionanti sotto pressione si stanno diffondendo all'estero. I vantaggi di tali caldaie sono la costanza del coefficiente d'aria in eccesso e, di conseguenza, l'elevata efficienza, l'elevata rimozione del calore dalla superficie riscaldante. Tali caldaie vengono sviluppate anche nel nostro paese. Il loro lavoro è impossibile senza mastici sigillanti come Vixisant.

I miglioramenti nella progettazione delle caldaie a bassa e media potenza hanno praticamente eliminato le prospettive per l'introduzione nel nostro paese dei riscaldatori a contatto con ugelli FNKV, la cui efficienza, a causa della presenza del trasferimento di calore a contatto, era vicina all'unità. Lo svantaggio di tali dispositivi - il costo dell'elettricità per sollevare l'acqua riscaldata all'altezza richiesta e superare la resistenza idraulica del sistema - non è decisivo se confrontato con l'opzione di base - caldaie che hanno un'efficienza relativamente bassa. Ora questa nuova tecnica si è rivelata economicamente poco pratica.

La temperatura dei fumi viene solitamente ridotta utilizzando economizzatori installati a valle delle caldaie. Quanto più costoso è il carburante bruciato al loro interno, tanto più opportuno è raffreddare i gas più profondamente nell'economizzatore. La temperatura economicamente fattibile di questi gas dietro l'economizzatore t`` eq.cel deve soddisfare la condizione.

Dove t eq.cor- la temperatura minima consentita del gas nell'economizzatore, determinata in base all'inammissibilità della corrosione delle sue superfici;

t`ek-temperatura dei gas in ingresso all'economizzatore.

Gli economizzatori di superficie non riducono la temperatura dei fumi ad un valore economicamente fattibile. Inoltre, nelle caldaie di piccola capacità, non è pratico installare economizzatori convenzionali, poiché il loro posizionamento richiede uno spazio aggiuntivo significativo e la produzione di economizzatori convenzionali richiede una grande quantità di metallo. Questi svantaggi sono assenti negli economizzatori a contatto, che utilizzano non solo il calore sensibile dei gas di scarico, ma anche il calore latente di vaporizzazione, il che garantisce un elevato effetto economico del loro utilizzo.

Attualmente vengono prodotti in serie gli economizzatori a contatto EK-BM con una potenza fino a 1,22 MW (1,05 Gcal/h), utilizzati nelle caldaie di imprese industriali e municipali; Riscaldano l'acqua per esigenze tecnologiche. I vantaggi degli economizzatori a contatto: risparmio di metalli, elevata intensità di scambio termico tra i gas e uno strato di imballaggio ad anello ceramico, un'ampia superficie di scambio termico per unità di volume e un forte aumento dell'efficienza degli impianti di caldaie (del 10-15%) .

Tuttavia, gli economizzatori EK-BM presentano anche svantaggi significativi: grandi dimensioni dell'unità (con una potenza di 1,22 MW, la sua lunghezza è 2,44, larghezza 2 e altezza 5 m; grande massa - 5 t, inclusa la massa delle parti metalliche 2,2 t ); l'impossibilità di utilizzare la pressione creata nella rete idrica cittadina per sollevare l'acqua riscaldata ai consumatori (a causa di una rottura del flusso d'acqua all'interno dell'economizzatore); l'inadeguatezza degli economizzatori per la fornitura di acqua calda sanitaria, poiché le sostanze cancerogene, l'azoto e gli ossidi di carbonio contenuti nei gas di scarico vengono trasferiti nell'acqua durante il riscaldamento a contatto.

Questi svantaggi vengono eliminati in un economizzatore a contatto a doppio circuito sviluppato da T.P. Kalashnikova Nel suo primo circuito, l'acqua viene riscaldata per contatto dai gas di scarico; nel secondo circuito, l'acqua riscaldata cede il suo calore in uno scambiatore di calore di superficie all'acqua utilizzata per uso domestico esigenze.

" I gas provenienti dal collettore di raccolta del locale caldaia entrano nell'economizzatore a contatto e, ceduto il loro calore ad una temperatura di circa 30°C, vengono evacuati tramite un aspiratore fumi nel camino. L'acqua entra nell'economizzatore attraverso un distributore d'acqua; il riscaldamento principale dell'acqua avviene in un ugello costituito da anelli in ceramica. L'acqua riscaldata ad una temperatura di 65°C entra quindi nello scambiatore di calore, dove cede il suo calore all'acqua del rubinetto e viene pompata nei distributori d'acqua, mentre l'acqua del rubinetto riscaldata a circa 55°C viene scaricata nel serbatoio di accumulo dell'acqua calda. sistema di approvvigionamento. Tuttavia, la durata dello scambiatore di calore e della pompa è breve a causa della presenza nell'acqua del circuito primario di una quantità elevata e in costante aumento di anidride carbonica libera e ossigeno. A questo proposito, vengono installate pompe per acque reflue resistenti agli acidi e vengono utilizzati tubi di plastica e scambiatori di calore.

La capacità di riscaldamento di un tale economizzatore per un locale caldaia con sei caldaie Minsk-1 con una capacità di riscaldamento di 0,93 MW (0,8 Gcal/h) ciascuna è stata determinata pari a 1 MW (0,86 Gcal/h), il che ha reso possibile l'abbandono l'installazione di una caldaia (rendimento della caldaia aumentato del 18%). Con l'aumento dei costi del carburante, il periodo di ammortamento degli investimenti di capitale non supera i 2 anni.

L'efficienza economica dell'utilizzo di un tale economizzatore dipende in gran parte dalla densità di irrigazione del suo ugello con acqua, dalla velocità dei gas al suo interno e dall'altezza adottata dell'ugello. All'aumentare della velocità dei gas, il costo dell'economizzatore diminuisce e il livello di utilizzo del loro calore aumenta, ma aumentano i costi energetici. Allo stesso tempo, questi costi e il livello dell’acqua aumentano con l’aumentare della densità di irrigazione o dell’altezza degli ugelli.

È ovvio che esistono alcune combinazioni dei valori dei parametri elencati per le quali i costi di installazione indicati sarebbero minimi. La difficoltà di trovare una tale combinazione ottimale si riduce notevolmente se si trova prima un intervallo di elevata efficienza termica degli ugelli, che è un quoziente del coefficiente di scambio termico volumetrico k v , W/(m 3∙ K) [kcal/(h ∙m 3∙ C), diviso per la potenza N, speso per superare la resistenza dell'ugello. Innanzitutto, il suo coefficiente di trasferimento termico kn viene determinato utilizzando la formula di N. M. Zhavoronkov:

. (13.2)

Il coefficiente di scambio termico volumetrico k v è il prodotto di k n e la superficie di 1 m 3 dell'ugello (per anelli 25X25 mm questa area è ≈205 m 2).

La potenza richiesta viene determinata utilizzando formule ben note. Le velocità medie del gas nell'economizzatore non devono superare 1-1,2 m/s e le densità di irrigazione non devono superare 5-10 m3/(m2 ∙h). In tali condizioni, è possibile eseguire il processo di trasferimento del calore in modo abbastanza economico ed evitare l'installazione di un alloggiamento dell'economizzatore eccessivamente ingombrante e costoso.

L'efficienza economica di un'unità economizzatore può essere aumentata anche utilizzando altri tipi di baderne che combinano una maggiore superficie di scambio termico con una forma aeroidrodinamicamente più snella. La scelta dell'uno o dell'altro ugello è determinata da calcoli economici.

Uno schema economicamente molto efficace per l'utilizzo di scambiatori di calore a contatto nei locali caldaie è stato sviluppato dall'Istituto di ricerca di ingegneria sanitaria e attrezzature per l'edilizia (Kiev). La presenza in tali caldaie non solo di economizzatori a contatto, ma anche di riscaldatori d'aria a contatto consente di ridurre contemporaneamente il consumo di carburante ed eliminare l'uso del trattamento chimico dell'acqua per alimentare il sistema di fornitura di calore. Questo risultato è ottenuto grazie al fatto che il processo di formazione di condensa che si verifica nell'economizzatore a contatto (dal vapore acqueo contenuto nei gas di combustione) viene potenziato umidificando l'aria che entra nel riscaldatore d'aria a contatto. L'uso di un tale schema nel locale caldaie integrato del complesso di tecnologia energetica dello stabilimento di plexiglas di Chelyabinsk (due caldaie KV-GM-50 e una caldaia GM-50) ha dimostrato che quando si riscalda l'aria che entra nelle caldaie, può esserci tanta condensa ottenere che il locale caldaia possa funzionare senza trattamento chimico dell'acqua (al ritorno dagli impianti di riscaldamento più del 66% di condensa). Un ulteriore effetto è l'emissione di ossidi di azoto (dal camino nell'atmosfera) ridotta più volte.

L'acqua riscaldata nell'economizzatore fluisce nel decarbonizzatore e quindi, tramite una pompa, viene inviata allo scambiatore di calore intermedio e allo scambiatore di calore del sistema di fornitura di acqua calda, per poi ritornare all'economizzatore. Parte di questa acqua viene alimentata al serbatoio, da dove viene poi pompata nel disaeratore e quindi immessa nell'impianto di riscaldamento.

L'acqua circolante nel riscaldatore d'aria viene miscelata con l'acqua del rubinetto, una parte della quale compensa le sue perdite dovute all'evaporazione nel riscaldatore d'aria, e il resto viene scaricato nella fogna, portando con sé i sali contenuti nell'acqua

Il funzionamento di un tale impianto di caldaie presso lo stabilimento di plexiglas di Chelyabinsk ha consentito di ridurre il costo dell'energia termica generata del 15% e gli investimenti di capitale specifici del 10% rispetto agli stessi indicatori economici per una caldaia convenzionale della stessa capacità.

Un aumento significativo dell'efficienza delle caldaie di gruppo si ottiene sviluppando (durante la loro progettazione) una modalità operativa razionale per le caldaie; in questa modalità, l'efficienza delle caldaie a qualsiasi carico sul locale caldaia dovrebbe essere vicina al massimo possibile per un dato tipo di caldaia e tipo di combustibile.

È noto che all’aumentare della potenza termica della caldaia diminuiscono le perdite specifiche verso l’ambiente q 5 e le perdite specifiche con i fumi q2, underburning chimico q 3 e meccanico q4 aumento del sottocombustione. Innanzitutto, la diminuzione delle perdite q 5 è maggiore dell’aumento delle perdite q2+ q3+ q4 e l'efficienza della caldaia aumenta, ma poi le perdite q2+ q3+ q4 aumenta invece di diminuire q 5 e l'efficienza comincia a diminuire.

Conoscendo la dipendenza dell'efficienza delle caldaie dal loro carico termico, è possibile stabilire una modalità razionale del loro funzionamento.

Secondo AKH (Academy of Public Utilities), il funzionamento più economico delle caldaie Kch-3 e Kch-2, dotate di precamera o bruciatori a iniezione per la combustione di gas, con un'efficienza di almeno l'85% e quando si brucia carburante gasolio - almeno l'82% per le caldaie Kch-2 e l'85% per le caldaie Kch-3. Tenendo conto di ciò, il programma di funzionamento di ciascuna caldaia è redatto in base ai seguenti prerequisiti fondamentali: 1) il numero di caldaie in funzione durante l'intero periodo di riscaldamento deve garantirne il funzionamento con un'efficienza almeno pari al minimo consentito; 2) le caldaie con il rendimento più elevato vengono messe in funzione per prime.

Sulla base di queste condizioni, è possibile elaborare un programma per il funzionamento di quattro caldaie Universal-5 situate in un locale caldaia con una capacità di riscaldamento di 1,58 MW (1,36 Gcal/h). Una caldaia deve funzionare con un carico del locale caldaia fino a 0,35 (0,3), due caldaie - nell'intervallo di carico da 0,35 a 0,62 (da 0,3 a 0,53), tre caldaie - da 0,62 a 0,87 (da 0,53 a 0,75) e quattro caldaie - con un carico superiore a 0,87 MW (0,75 Gcal/h). Ovviamente, data la potenza termica di progetto del locale caldaia, le caldaie funzioneranno in modo meno economico; questo breve periodo di tempo si verificherà quando il carico supererà 0,36∙4=1,44 MW (1,24 Gcal/h). Alle temperature di progetto dell'aria esterna - 32°C e dell'aria interna 18°C, una caldaia deve funzionare ad una temperatura dell'aria esterna superiore a 5°C, due caldaie - nell'intervallo da 5 a -2°C, tre caldaie - nel gamma da -2 fino a -10°C e quattro caldaie - a temperature inferiori a -10°C. Un effetto ancora maggiore si otterrà se, oltre a questi calcoli, si determineranno le temperature dell'acqua in uscita da ciascuna caldaia a diversi t"H.

Programmi simili dovrebbero essere elaborati per i locali caldaie con caldaie più grandi. In tutti i casi, la presenza di tali programmi nell'ambito dei progetti delle corrispondenti caldaie farà risparmiare una quantità significativa di carburante senza ulteriori investimenti di capitale.

La pratica ha dimostrato che quando si regola manualmente la potenza di riscaldamento delle caldaie, la loro efficienza è significativamente inferiore a quella calcolata. Quando si utilizzano regolatori a funzionamento automatico, l'efficienza delle caldaie gassificate aumenta in modo significativo. In questo caso, la potenza di riscaldamento del locale caldaia viene regolata mantenendo la temperatura dell'acqua in uscita dalle caldaie secondo il programma di riscaldamento calcolato. Allo stesso tempo, modificando la quantità di aria fornita alla zona di combustione (con una portata di gas regolata), viene garantita una combustione di alta qualità.

Un aumento dell'efficienza degli impianti di caldaie si ottiene anche mediante il dispacciamento del loro funzionamento e la presenza di dispositivi automatici di controllo della combustione del gas nelle caldaie a gassificazione. Secondo l'Istituto di ricerca AKH di San Pietroburgo, quando si utilizzano tali dispositivi, il consumo di gas viene ridotto del 7% rispetto al valore calcolato quando si regola manualmente il processo di combustione. L'invio del funzionamento dei locali caldaie offre ulteriori risparmi di calore, poiché consente il rilevamento tempestivo e l'eliminazione di tutte le violazioni del processo di combustione. Allo stesso tempo, viene risolto un secondo compito molto importante: ridurre il numero di lavoratori che servono le caldaie. In molti casi, ciò si ottiene rimuovendo tutto il personale operativo dai locali caldaie e effettuando periodicamente la manutenzione da parte dei meccanici del personale del centro di controllo.

Pertanto, in diverse città del paese, in particolare, è stato effettuato il dispacciamento dei lavori delle caldaie di gruppo, organizzate secondo uno schema a una o due fasi. Nel primo schema, tutti i locali caldaie sono collegati direttamente al centro di controllo centrale; nel secondo schema, il punto centrale è collegato ai centri di controllo locali, che ricevono segnali sul funzionamento di ciascun locale caldaie collegato a questo punto. Lo schema monostadio è più semplice, ma richiede linee di comunicazione indipendenti per ciascun locale caldaia collegato. Con uno schema a due stadi, il costo di queste linee è inferiore, ma aumentano i costi per la realizzazione delle sale di controllo.

La fattibilità economica del dispacciamento del funzionamento delle caldaie è determinata confrontando i costi indicati, in rubli, per le caldaie convenzionali P n.d. e spedito P d:

Dove Zko t e Z d- retribuzioni del personale addetto alla manutenzione delle caldaie non spedite e spedite (con accantonamenti); K o- investimenti di capitale in attrezzature e strumentazione;

K p, K zd, Kl- costi di progettazione, realizzazione dei locali della sala controllo e delle linee di comunicazione;

R o, R l, R a- costi per importanti riparazioni delle apparecchiature del sistema di dispacciamento delle linee di comunicazione e per l'affitto dei locali;

∆T- riduzione dei costi per il calore consumato nei sistemi di riscaldamento e di fornitura di acqua calda collegati a queste caldaie dispacciate;

U– fattore di costo.

La lezione di servizio del sistema di dispacciamento dei locali caldaie può attualmente essere determinata solo provvisoriamente, poiché le prospettive di progresso tecnico in questo settore dei servizi abitativi e comunali non sono ancora chiare. Tuttavia, si può presumere che sarà vicino alla vita media delle apparecchiature tecniche degli edifici residenziali, che attualmente è di 30-35 anni, tenendo conto dell'obsolescenza; in questo caso U≈ 12.

Si osserva una diminuzione significativa dell'efficienza delle caldaie per il riscaldamento industriale a causa di forti fluttuazioni dei carichi, di grande entità e di breve durata (nei casi in cui i carichi termici per esigenze tecnologiche superano significativamente quelli di riscaldamento e ventilazione e sono irregolari). A causa del consumo di calore variabile, cambia la modalità operativa del forno, che, a causa della sua inerzia, non si adatta immediatamente al carico modificato e la caldaia funziona in uno stato instabile; allo stesso tempo, l'efficienza delle caldaie a tubi d'acqua verticali diminuisce del 4-8%.

L'uso di accumulatori termici garantisce il funzionamento delle caldaie con un carico costante ad alta efficienza nei casi in cui le fluttuazioni tra i consumatori sono molto significative. Inoltre, le batterie assorbono parte del carico di punta, il che spesso consente di ridurre il numero di caldaie installate o la loro potenza unitaria.

Se nel locale caldaia del riscaldamento industriale sono presenti caldaie a vapore, è consigliabile utilizzare accumulatori vapore-acqua a pressione variabile. Quando la pressione al loro interno diminuisce, l'acqua si surriscalda e si trasforma parzialmente in vapore, che viene inoltre fornito ai consumatori. Quando il carico viene ridotto, parte del vapore generato entra nelle batterie, dove condensa, aumentando l'entalpia dell'acqua nelle batterie.

Tali batterie sono ampiamente utilizzate all'estero. La fattibilità della loro installazione è determinata dal calcolo economico, che tiene conto di un aumento dell'efficienza del locale caldaia in media del 10%. L'area di utilizzo economicamente fattibile delle batterie dipende dal rapporto tra la loro capacità di accumulo L, t vapore, al carico medio della caldaia D avg, t/h. Secondo Yu. L. Gusev e I. I. Pavlov, con L/Dsr fino a 4,2, confrontando i costi indicati per un locale caldaia con quattro caldaie DKVR-10 gassificate e un locale caldaia con tre caldaie uguali e un accumulatore.

L'effetto maggiore dall'uso delle batterie si ottiene nelle caldaie funzionanti a combustibile solido, poiché in tali casi, a causa dell'elevata inerzia termica del forno e dello strato di combustibile, le caldaie vengono portate in modalità operativa con alta efficienza (dopo il picco o carichi fortemente ridotti) dopo un intervallo di tempo significativo.

In molte aziende, le perdite di vapore raggiungono talvolta il 15-20% della produzione totale. Le cause più comuni di queste perdite sono il malfunzionamento degli scaricatori di condensa, la formazione di vapore secondario nelle vasche di raccolta della condensa e lo spurgo delle caldaie a vapore.

Per il normale funzionamento dello scaricatore di condensa è necessario che la pressione del vapore al suo raccordo di ingresso sia almeno 35 kPa (0,35 kgf/cm 2) e che sia in grado di spremere la condensa nella linea della condensa se quest'ultima si trova al di sopra della trappola per condensa. Se la pressione è inferiore, vengono installate delle rondelle di fissaggio, ma quando la pressione del vapore cambia, non possono regolare di conseguenza la quantità di condensa scaricata. Non presenta questi inconvenienti la rondella di ritegno regolabile, la cui sezione trasversale del foro passante può essere modificata mediante una vite.

La rondella è installata tra due flange. Per ripararlo, nonché per far passare rapidamente una grande quantità di condensa formata all'inizio del funzionamento della tubazione del vapore, vicino alla lavatrice viene installata una linea di bypass con una valvola di intercettazione.

Descrizione:

I costi energetici costituiscono una parte significativa dei costi operativi di qualsiasi edificio commerciale. La modernizzazione dei sistemi di ingegneria può ridurre questi costi. Gli investimenti di capitale nella modernizzazione delle apparecchiature della caldaia in molti casi hanno un breve periodo di ammortamento.

Efficienza economica della modernizzazione del locale caldaie

I costi energetici costituiscono una parte significativa dei costi operativi di qualsiasi edificio commerciale. La modernizzazione dei sistemi di ingegneria può ridurre questi costi. Gli investimenti di capitale nella modernizzazione delle apparecchiature della caldaia in molti casi hanno un breve periodo di ammortamento.

Regolazione altamente efficiente

Uno dei modi migliori per garantire un funzionamento efficiente di un locale caldaie è una regolazione altamente efficiente, che può essere applicata sia ai locali caldaie a vapore che ad acqua calda. Il controllo altamente efficiente consente di risparmiare in media dal 4 al 5% dell'energia termica utilizzata e si ammortizza entro un anno.

Come puoi migliorare l'efficienza della tua caldaia? È noto che con un certo rapporto tra le portate di aria e carburante, all'interno della caldaia avviene la combustione più completa. In questo caso è necessario realizzare il processo di combustione con una quantità minima di aria in eccesso, ma a condizione obbligatoria di garantire la completa combustione del carburante. Se l'aria in eccesso viene fornita al focolare in quantità maggiore di quella necessaria per il normale processo di combustione, l'aria in eccesso non brucia e raffredda solo inutilmente il focolare, il che può a sua volta portare a perdite dovute alla combustione chimica incompleta del combustibile.

È inoltre necessario controllare la temperatura dei fumi. Quando la temperatura dei fumi all'uscita della caldaia è troppo elevata, l'efficienza dell'unità viene notevolmente ridotta a causa del rilascio di calore in eccesso nell'atmosfera, che potrebbe essere utilizzato per lo scopo previsto. Allo stesso tempo, quando si lavora con combustibili liquidi, la temperatura dei fumi all'uscita della caldaia non deve scendere sotto i 140 °C quando il contenuto di zolfo nel combustibile non è superiore all'1% e sotto i 160 °C quando il contenuto di zolfo nel carburante non è superiore al 2–3%. Questi valori di temperatura sono determinati dal punto di rugiada dei fumi. A queste temperature inizia il processo di condensazione nei tubi da fumo e nella camera di raccolta fumi. Quando lo zolfo contenuto nel carburante entra in contatto con la condensa, una reazione chimica porta alla formazione prima di acido solforoso e poi di acido solforico. Il risultato è un'intensa corrosione delle superfici riscaldanti.

Per ottenere una maggiore efficienza e precisione di regolazione è necessario effettuare preventivamente una pulizia di base del focolare e dei camini. Per ridurre l’eccesso d’aria e abbassare la temperatura dei fumi è necessario:

– eliminare le perdite nella camera di combustione;

– controllare il tiraggio del camino e, se necessario, installare una serranda nel camino;

– aumentare o diminuire la potenza nominale assorbita della caldaia;

– monitorare il rispetto della quantità di aria comburente;

– ottimizzare la modulazione del bruciatore (se il bruciatore è dotato di questa funzione).

Per le caldaie a gas, utilizzando un contatore del gas e un cronometro, è possibile scoprire se al bruciatore viene fornita la quantità necessaria di carburante. Se la caldaia viene alimentata con gasolio pesante, viene controllato se la portata misurata dall'ugello del flussometro e la pressione generata dalla pompa del gasolio sono adeguate per un funzionamento efficiente della caldaia.

Un analizzatore di gas di scarico viene utilizzato per valutare l'efficienza della combustione. Le misurazioni vengono effettuate prima e dopo la regolazione.

Le più adatte per una regolazione ad alta efficienza sono le caldaie con focolari a gas gonfiabili e focolari a gasolio. Meno adatte sono le caldaie con bruciatori combinati per due tipi di combustibile, nonché le caldaie a gas con bruciatori atmosferici.

Per i bruciatori combinati, il funzionamento con un tipo di combustibile è spesso un compromesso per mantenere la funzionalità con un altro tipo di combustibile. E la regolazione delle caldaie a gas con bruciatore atmosferico è limitata dalle norme tecniche e dalle caratteristiche fisiche dell'apparecchiatura.

Bypass regolamentari

Per le caldaie in ghisa negli impianti di riscaldamento, quando si regola la fornitura di calore all'impianto di riscaldamento in base alla temperatura dell'aria interna nella sala di controllo dell'edificio (regolazione “deviazione”), ciò può essere effettuato spegnendo periodicamente l'impianto (“ regolazione “bypass”) utilizzando un sensore di temperatura. Ciò consentirà di risparmiare dal 10 al 15% dell'energia termica consumata e si ripagherà entro due anni.

Per le caldaie in acciaio, questo metodo di regolazione della temperatura dell'acqua è indesiderabile. Dal punto di vista delle caratteristiche di resistenza di una caldaia in acciaio, una grande differenza di temperatura non è pericolosa, ma la caldaia non deve essere utilizzata con una temperatura dell'acqua nella tubazione di ritorno (all'ingresso della caldaia) inferiore a 55 °C. Il fatto è che a questa temperatura dell'acqua della caldaia, la temperatura dei fumi nei punti di contatto con la parete del tubo da fumo può essere inferiore alla temperatura del punto di rugiada, causando la formazione di condensa sulle pareti del fumo tubi e provocarne la corrosione prematura. Pertanto, utilizzano spesso il controllo della temperatura dell'acqua utilizzando una valvola a tre vie con un sensore di temperatura, lo svantaggio di questo metodo è un lungo periodo di ammortamento, da 5 anni e oltre. In alternativa, il controllo skip può essere utilizzato in combinazione con un sensore termostatico della temperatura dell'acqua di ritorno. Questo metodo è meno economico e si ammortizza entro 4-5 anni.

Regolazione mediante spegnimento

Nella pratica comune, in autunno, con l'inizio della stagione di riscaldamento, il servizio di manutenzione avvia l'impianto di riscaldamento e lo spegne solo in primavera. Ciò porta al fatto che anche nelle giornate calde la caldaia non si spegne e continua a funzionare.

Il controllo automatico mediante spegnimento quando la temperatura esterna raggiunge +8 °C può far risparmiare dal 3 al 5% dell'energia termica consumata e si ammortizza in 2–3 anni.

Regolazione del ciclo della caldaia

Se il funzionamento della caldaia è regolato per “passaggi” in funzione della temperatura dell’aria esterna, spesso si presenta il seguente problema: nei periodi di transizione, quando la temperatura esterna cambia bruscamente durante la giornata, il ciclo di accensione/spegnimento della caldaia è solitamente breve, i tubi e i dispositivi di riscaldamento non hanno il tempo di riscaldarsi adeguatamente e questo porta al surriscaldamento dell'edificio; in inverno, quando la temperatura fredda rimane costante, il ciclo di accensione/spegnimento della caldaia è eccessivamente lungo, con conseguente surriscaldamento eccessivo dell'edificio. Per eliminare questo problema, si consiglia di installare un controller che regoli il tempo minimo e massimo di accensione della caldaia. Ciò consente di risparmiare dal 3 al 5% di energia termica consumata e si ammortizza in circa 3 anni.

Articolo preparato N. A. Shonina, docente senior al MArchI

P.B. Roslyakov, K.A. Pleshanov,
Istituto per l'energia di Mosca (Università tecnica)

ANNOTAZIONE

Di seguito consideriamo un metodo di combustione del combustibile con sottocombustione chimica controllata, che consente di ridurre l'emissione di ossidi di azoto del 20-40% e di aumentare l'efficienza della caldaia. Vengono presentati i risultati dell'implementazione del metodo, studi sperimentali e teorici.

1. INTRODUZIONE

La strategia energetica russa per il periodo fino al 2030, approvata dal governo russo, stabilisce nuovi compiti per migliorare l’efficienza energetica e ambientale del complesso russo di combustibili ed energia nel suo insieme. Questi requisiti sono formulati per apparecchiature elettriche nuove e già funzionanti e in particolare per caldaie a vapore.

2. METODI DI COMBUSTIONE DEL COMBUSTIBILE

2.1. Idee tradizionali sulla combustione di combustibili nei forni a caldaia

La maggior parte del parco tecnico di caldaie in Russia è stato sviluppato prima degli anni '80. A quei tempi, si credeva che il carburante dovesse essere bruciato con un'elevata tensione termica della sezione trasversale della camera di combustione qF, coefficiente d'aria in eccesso a, ad alte temperature nella zona di combustione attiva (ACZ) - Ciò consente di ridurre al minimo le perdite con sottocombustione chimica e meccanica del carburante. Ma in tali condizioni, l'emissione di ossidi di azoto NOX è massima. Pertanto, il problema del miglioramento delle caratteristiche ambientali delle caldaie esistenti è particolarmente acuto.

2.2. Modi per migliorare le caratteristiche ambientali delle caldaie, implementati nella fase di combustione del carburante

Introduzione di misure per ridurre le emissioni di sostanze nocive (HS) su vecchie caldaie, come combustione graduale, per fasi, ricircolo dei prodotti della combustione, ecc. porta, di norma, a una diminuzione dell'efficienza della caldaia, richiede una notevole quantità di ricostruzione e costi finanziari significativi.

Dopo l’adozione nel 2004 della legge federale “Sulla ratifica del protocollo di Kyoto alla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici”, il Paese ha prestato particolare attenzione all’efficienza delle centrali termoelettriche e alla riduzione delle emissioni di gas serra di CO2 nell’ambiente. atmosfera. Pertanto, mezzi moderni per ridurre gli ossidi

l'azoto non dovrebbe solo migliorare la sicurezza ambientale della caldaia, ma anche aumentarne l'efficienza operativa. Il metodo di combustione del combustibile con sottocombustione chimica controllata, sviluppato presso MPEI, combina i requisiti per migliorare l'efficienza ambientale ed economica della caldaia.

Il metodo è ottimale dal punto di vista dell'implementazione, perché è semplice, economico e di rapida implementazione.

3. COMBUSTIONE DEL CARBURANTE CON SOTTOCOMBUSTIONE CHIMICA CONTROLLATA

3.1. Essenza fisica del metodo

L'idea principale del metodo di combustione del combustibile con sottocombustione moderata è quella di ridurre l'eccesso locale di aria nella camera di combustione riducendo la quantità di aria organizzata fornita al forno. Una diminuzione dell'ossigeno libero nella zona di combustione sopprime la formazione di ossidi di azoto termici e combustibili, mentre aumenta leggermente l'emissione di prodotti di combustione incompleta del carburante, controllata dal contenuto di monossido di carbonio CO nei prodotti della combustione (Fig. 1) .

3.2. Determinazione della modalità ottimale di combustione del carburante

Negli studi sperimentali condotti bruciando diversi tipi di combustibile in caldaie di diversa capacità, sono state determinate le caratteristiche ambientali ed economiche delle caldaie. I gas di scarico delle centrali termoelettriche contengono quindi quantità variabili di impurità dannose per l'ambiente

La sicurezza ambientale del funzionamento della caldaia è stata valutata dall'indicatore di pericolo tossico totale ΠΣ, che tiene conto del contenuto di impurità nocive e della loro tossicità. I risultati degli studi con il contenuto di CO nei gas in uscita dalla caldaia entro i limiti standardizzati di 300-400 mg/nm3* danno una diminuzione di ΠΣ di 1,5-2 volte. Allo stesso tempo, la crescita del contributo dei prodotti della combustione incompleta del carburante (benzo(a)pirene (B(A)P) e CO) è aumentata solo al 2-10% (Fig. 2).

L'efficienza della caldaia è stata valutata in base alla sua efficienza. Nello studio delle caldaie a gas naturale, il rendimento massimo si ottiene quando il contenuto di CO nei fumi è compreso tra 50 e 100 mg/Nm3 (Fig. 3).

Esperimenti numerici condotti utilizzando il ROSA-2 SPP, sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria dei Generatori di Vapore dell'Istituto di Ingegneria Energetica di Mosca, hanno dimostrato che il contenuto di CO nei gas di scarico della caldaia al livello di 50 mg/nm corrisponde alla combustione di un miscela aria-carburante omogenea premiscelata a<х=1. При этом КПД котла максимален, т.к. потери от недожога топлива

In condizioni reali di combustione del gas naturale con underburning, la riduzione delle emissioni di ΝΟΧ è compresa tra il 20 e il 40%. Un ulteriore aumento della CO nei gas di scarico della caldaia non è pratico perché l'efficienza della caldaia diminuisce e le emissioni ΝΟΧ cambiano leggermente.

bКз- /5-i.yi M; ί - esperimento numerico

Come criterio generale per l'efficacia del metodo, tenendo conto sia della sicurezza ambientale che dell'efficienza della caldaia, il pagamento totale della stazione S^ per l'emissione di sostanze nocive (HS) 5ВВ in conformità con il combustibile utilizzato 5T: 5Σ = 5T + Sm. Il prezzo del carburante è stato considerato pari a 2230 rubli. per 1.000 m3 di gas naturale (prezzi stabiliti nel primo trimestre 2009).

Con gli attuali oneri regolatori per le emissioni nocive, il valore prevalente sulla dipendenza 5Σ = DSO), mostrato in Fig. 5, ha una carica di carburante (oltre il 99,9%). Va notato in particolare che il gas naturale è attualmente il combustibile più economico in Russia. Tuttavia, quando si bruciano altri tipi di carburante, anche il valore di 5Σ sarà determinato principalmente dal costo del carburante, vale a dire efficienza della caldaia.

Da quanto sopra ne consegue che la modalità operativa ottimale della caldaia quando funziona con moderata sottocombustione è la modalità in cui si ottiene la massima efficienza. La quota insignificante delle tariffe TPP per le emissioni di sostanze nocive nell’atmosfera rispetto ai costi operativi totali indica l’inopportunità di introdurre costose misure di protezione dell’aria. Spesso la loro implementazione su caldaie esistenti, oltre a notevoli costi di capitale per la ricostruzione della caldaia, porta ad un aumento dei costi di esercizio. Questo stato di cose è un argomento a favore dell'aumento delle tariffe normative esistenti per le emissioni di sostanze nocive nell'atmosfera.

Tutti i valori nel testo e nelle illustrazioni sono forniti in base a condizioni standard: temperatura 0 "C, pressione 101,3 kPa ed eccesso d'aria nei gas a = 1,4.

3.3. Risultati del lavoro di ricercatori stranieri

I risultati della ricerca e dell'implementazione del metodo di combustione proposto con sottocombustione controllata sono confermati dalle conclusioni di lavori stranieri, in cui questa tecnologia di combustione è considerata una soluzione combinata ai problemi di aumento della sicurezza ambientale e dell'efficienza operativa della caldaia.

In particolare, nei lavori dedicati alla combustione di combustibili solidi nelle caldaie, è stata rilevata una diminuzione delle emissioni di ossidi di azoto dal 10 al 30%. Per il gas naturale, l’efficienza di riduzione degli NOX varia dal 10 al 20%.

Durante lo studio del metodo proposto di combustione del carburante, la sua implementazione è stata effettuata nelle centrali elettriche (BKZ-75-3.9GM, TsKTI-75-3.9, TP-150, TGM-84B, TPE-430) e negli impianti di riscaldamento dell'acqua ( KVGM-180-150) caldaie su cui sono stati ottenuti risultati positivi.

I risultati degli studi ci consentono di raccomandare il metodo proposto di combustione del combustibile con moderata sottocombustione per ridurre l'emissione di ossidi di azoto nelle caldaie a pressione subcritica esistenti (SCP) con una capacità di vapore fino a 500-640 t/h, dove è non è redditizio attuare costose misure di protezione dell’aria.

4. INTRODUZIONE DELLA COMBUSTIONE DI COMBUSTIBILE CON INCOMBUSTIONE CHIMICA CONTROLLATA

Con la combustione tradizionale la combustione finale del combustibile deve avvenire esclusivamente nella camera di combustione. La combustione completa del combustibile nel focolare è stata ottenuta aumentando la quantità di aria fornita nel focolare in modo organizzato e mantenendo temperature elevate nella zona di combustione. Ciò è stato causato dalla mancanza degli strumenti necessari per monitorare la composizione dei prodotti della combustione. Un maggiore eccesso d'aria nel forno ha portato ad una maggiore formazione di ossidi di azoto e ad eccessive perdite nei gas di scarico della caldaia. L'attuale livello di sviluppo tecnologico consente di installare dispositivi per il monitoraggio della composizione dei prodotti della combustione nei condotti del gas delle caldaie, che possono migliorare sia l'efficienza della caldaia che le sue caratteristiche ambientali.

I moderni metodi ecologici di combustione del carburante sono caratterizzati dal ritardo del processo di combustione. Molto spesso, come nel caso della combustione del combustibile con combustione chimica controllata, la conversione finale dei prodotti della combustione chimica avviene nel pozzo convettivo della caldaia. Poiché quando si implementa un metodo di combustione del combustibile con sottocombustione chimica controllata è necessario mantenere un eccesso di aria ottimale, sulle caldaie dovrebbero essere installati sistemi per il monitoraggio strumentale continuo dei prodotti della combustione per determinare le concentrazioni di CO, O2 e NO nei prodotti della combustione.

La maggior parte delle caldaie attualmente in funzione nelle centrali termoelettriche sono state messe in funzione più di 20 anni fa, pertanto, di norma, le loro caratteristiche operative non corrispondono più pienamente ai valori di progetto. Ciò riguarda principalmente l'aspirazione di aria fredda nella camera di combustione e nei condotti del gas della caldaia, nonché la distribuzione uniforme del combustibile e dell'aria attraverso i dispositivi del bruciatore. Pertanto, prima di introdurre modalità di combustione del carburante con sottocombustione moderata controllata su tali caldaie, è necessario sigillare il forno, controllare gli strumenti standard ed eliminare le distorsioni nei condotti aria-carburante. Quest'ultimo consente di ottimizzare il processo di combustione del carburante e di ridurre la resa di CO e B(A)P.

L'identificazione completa della modalità di combustione del combustibile richiede l'installazione di dispositivi di monitoraggio della composizione del gas in diverse sezioni del percorso del gas della caldaia.

Questa raccomandazione è dovuta al fatto che la conversione dei prodotti della combustione incompleta del carburante lungo il percorso della caldaia porta ad una modifica della nocività dei gas di scarico. Le dipendenze calcolate della nocività totale dei prodotti della combustione nelle sezioni operativa (dietro la camera rotante) e di controllo (dietro l'aspiratore fumi) differiranno quando si lavora con la sottocombustione. Pertanto, la scelta delle condizioni operative ottimali per una caldaia con sottocombustione moderata basata solo sui risultati della misurazione della composizione dei gas nella sezione operativa sarà errata.

Questo è il motivo per cui è necessario il controllo delle concentrazioni di O2 e CO nelle sezioni di regime e controllo. È noto che la formazione degli ossidi di azoto è completamente completata nella camera di combustione e ulteriormente lungo il percorso del gas la loro portata massica e la loro concentrazione (in termini di gas secchi e α = 1,4) praticamente non cambiano. Pertanto, il controllo del contenuto di ΝΟΧ può, in linea di principio, essere organizzato in una qualsiasi delle sezioni indicate del percorso del gas, dove è garantita la massima rappresentatività dei risultati.

Nell'effettuare prove di aggiustamento ai fini della stesura di mappe prestazionali è opportuno effettuare anche misure strumentali del contenuto di benzo(a)pirene nei tratti di regime e di controllo del percorso del gas. Va tenuto presente che il contenuto di B(a)P contribuisce in modo insignificante alla nocività totale dei gas di scarico emessi nell'atmosfera (vedi fig. 2, curva 4).

Separatamente, va notato che un sistema di monitoraggio continuo della composizione del gas, compresi strumenti per l'analisi di Cb, CO e NO, può essere utilizzato non solo per l'implementazione di modalità di combustione a bassa tossicità, ma anche come sistema di monitoraggio per calcolo delle tariffe per le emissioni nocive in atmosfera e la loro dispersione nei territori limitrofi.

I moderni requisiti per l'automazione del processo di generazione di elettricità e di controllo della combustione del carburante richiedono l'integrazione di un sistema di monitoraggio dei gas di combustione nel sistema di controllo automatizzato della stazione. Sulla base di ciò, nel dicembre 2007, il Consiglio Scientifico e Tecnico (STC) della RAO UES della Russia, in una riunione della sezione “Risparmio energetico e problemi ambientali dell'energia”, ha esaminato e approvato i risultati del lavoro sulla ricerca e implementazione del metodo di combustione proposto. NTS ha riconosciuto la possibilità di introdurre un metodo di combustione del combustibile con sottocombustione moderata controllata nelle centrali termoelettriche dotate di sistemi di misurazione stazionari per il monitoraggio dei gas di scarico, CO e NOX nei prodotti della combustione che operano come parte del sistema di controllo automatizzato delle caldaie.

CONCLUSIONE

Sono stati condotti studi sperimentali su caldaie con produzione di vapore da 75 a 500 t/h (BKZ-75-39GM, TsKTI-75-39, TP-150, TGM-84B, TPE-430) quando bruciano gas naturale.

I risultati dei test mostrano una riduzione consistente delle emissioni di NOX del 20-40%. La nocività totale dei prodotti della combustione è ridotta di 1,5-2 volte.

È stato ottenuto un aumento dell'efficienza lorda della caldaia all'1%. Allo stesso tempo si ha una riduzione dei costi di trazione e soffiaggio allo 0,1%.

Il risparmio sul carburante e sulle tasse per le emissioni di sostanze nocive ammonta a 0,5-2 milioni di rubli all'anno per ogni 100 t/h di produzione di vapore della caldaia.

L'implementazione del metodo di combustione proposto non richiede costi significativi di materiale e tempo. Per aumentarne l'efficienza, le caldaie devono essere dotate di strumenti per il monitoraggio della composizione dei fumi (O2, CO e NOX).

ELENCO DEI SIMBOLI

FEC - complesso di carburante ed energia; Efficienza - fattore di efficienza; PPP - pacchetto software applicativo; ACS - sistema di controllo automatico.

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