Pannrumsdriftseffektivitet. Öka effektiviteten hos pannenheter E. K. Safonova, docent, D. L. Bezborodov, docent, A. V. Studennikov, masterstudent. allmän beskrivning av arbetet


Federal State Budgetary Education Institute
Högre yrkesutbildning
Lipetsk State Technical University

Institutionen för industriell termisk kraftteknik

Uppsats
"Öka effektiviteten hos pannenheter och pannrum"

Kompletterad av: Bondareva P.M.
Accepterat av: V.I. Dozhdikov

Lipetsk 2011
Innehåll
Introduktion

    Energibesiktning av pannhuset………………………………………………………… 3
    Övervakning av temperaturen på avgaser och överskottsluft i dem. 9
    Att upprätta regimkartor………………………………………………….12
    Mycket effektiv reglering………………………………………………14
    Användning av sekundära sändare…………………………………..18
    Installation av en moderniserad bottenbrännare i pannans kalltratt (för pannor PTVM-100 och PTVM-50 …………………………20
    Integrerade tekniker för att öka effektiviteten i värmepannhus………………………………………………………………….22
    Bibliografi………………………………………………………………...28

Introduktion
Frågorna om att spara bränsle och energiresurser ges stor betydelse inom alla sektorer av den nationella ekonomin och särskilt inom energisektorn - den huvudsakliga bränsleförbrukande industrin. Vid varje station och pannhus utvecklas organisatoriska och tekniska åtgärder för att förbättra tekniska processer, modernisera utrustning och förbättra personalens kvalifikationer.
Nedan kommer vi att överväga några sätt att öka effektiviteten hos pannenheten och pannrummet som helhet.

    Energikartläggning av pannrummet
Energibesparing i ett pannrum börjar naturligtvis med en energiundersökning (energirevision) av pannrummet, som kommer att visa en verklig bedömning av effektiviteten av att använda den befintliga utrustningen i pannrummet och värmesystemet som helhet, och kommer också att fastställa potentialen för energibesparande åtgärder och metoder för genomförande.
Huvuduppgiften för en energiinspektion av ett pannhus är att fastställa:
    Faktiska prestandaindikatorer för pannrumsutrustning.
    Jämförelse av befintliga pannhusprestandaindikatorer med standardiserade värden.
    Identifiering och analys av orsakerna till diskrepansen mellan de faktiska värdena för pannrumseffektiviteten och de standardiserade.
    Sätt att uppnå energieffektiv drift av ett pannrum.
En energiinspektion av ett pannrum består av följande steg:
    insamling och dokumentation av information - bestämning av forskningsobjektets huvudegenskaper: information om pannrumsutrustningen, energiförbrukningens dynamik, information om värmeförbrukare m.m. Volymerna och mätpunkterna för värme och el bestäms också;
    instrumentell undersökning - fyller i den saknade informationen om de kvantitativa och kvalitativa egenskaperna hos energiförbrukningen och låter dig bedöma pannhusets nuvarande energieffektivitet;
    undersökning och bearbetning av resultat och deras analys - mätningar med hjälp av befintliga mätenheter, eller i deras frånvaro, bärbara specialiserade enheter.;
    framtagande av rekommendationer för energibesparande åtgärder och upprättande av rapport.
Vid instrumentell undersökning av ett pannrum används vanligtvis följande mätinstrument och system:
    Analysator för förbränningsprodukter
    Värmekamera (värmebild)
    Digital temperaturmätare
    Infraröd beröringsfri termometer
    Tre-fas effektanalysator
    Ultraljudsvätskeflödesmätare
    Ultraljuds tjockleksmätare
En uppsättning av ovanstående instrument låter dig utföra nästan alla nödvändiga mätningar under en energirevision i pannrummet.
När du utvecklar evenemang är det nödvändigt:
1) bestämma den tekniska kärnan i den föreslagna förbättringen
och principer för att erhålla besparingar;

2) beräkna potentiella årliga besparingar i fysiska och monetära termer;
3) bestämma sammansättningen av den utrustning som krävs för att implementera rekommendationen, dess ungefärliga kostnad, kostnaden för leverans, installation och driftsättning;
4) bedömning av den övergripande ekonomiska effekten av de föreslagna åtgärderna, med beaktande av ovanstående punkter.
Efter att ha bedömt kostnadseffektiviteten klassificeras alla rekommendationer enligt tre kriterier:
1) kostnadsfritt och lågkostnads ​​- utförs enligt gällande
pannrumsaktiviteter;

2) medelhög kostnad - utförs som regel på bekostnad av pannhusets egna medel;
3) hög kostnad - kräver ytterligare investeringar.
I tabell Tabell 1 visar de mest använda rekommendationerna med en ungefärlig bedömning av deras effektivitet.
Energisparåtgärder
p/p Händelse Utvärdera evenemangets effektivitet
1 Utarbetande av manualer och tidtabeller för drift, förvaltning och underhåll av utrustning och periodisk övervakning av institutionens ledning över deras genomförande 5-10 % av bränsleförbrukningen
2 Att bibehålla det optimala överskottsluftförhållandet 1-3%
3 Installation av vattenytesparare bakom pannan upp till 5-6 %
4 Användning av djupa värmeåtervinningsinstallationer bakom pannenheter, installationer för användning av latent förångningsvärme av avgaser (kontaktvärmeväxlare) upp till 15 %
5 Ökning av temperaturen på matarvattnet vid inloppet till panntrumman 2 % för varje 10 °C
6 Uppvärmning av matarvatten i en vattenekonomisator 1 % för varje 6 °C
7 Hålla pannans yttre och inre värmeytor rena till 10 %
8 Använd värme från pannor genom att ta varm luft från pannrummets övre zon och mata in den i fläktens sugledning 1-2%
9 Värmeisolering av utvändiga och inre ytor på pannor och värmeledningar, tätning av kanal- och pannventiler (temperaturen på beklädnadens yta bör inte överstiga 55 °C) till 10 %
10 Konvertering av pannhus till gasbränsle kostnaden för 1 Gcal reduceras med 2-3 gånger
11 Installation av bränsle-, el-, vatten- och värmeförsörjningsmätsystem upp till 20%
12 Automatisering av pannrumsdriftstyrning upp till 30%
13 Modernisering av pannor av DKVR-typ för drift i varmvattenläge öka effektiviteten upp till 94 %
14 Användning av frekvensomriktare för att reglera rotationshastigheten för pumpar, fläktar och rökavgaser upp till 30 % av sin elförbrukning
Det finns ett antal allmänna rekommendationer för energibesparing i pannrum, som inkluderar:
1. Utnämning i pannrummet av ansvariga för uppföljning av energikostnader och genomförande av energibesparande åtgärder.
2. Förbättra driften av pannrummet och optimera driften av belysning, ventilation, vattenförsörjning och värmeförsörjningssystem.
3. Efterlevnad av reglerna för drift och underhåll av energianvändningssystem och enskilda kraftverk, införande av scheman för att slå på och av belysningssystem, ventilation, termiska gardiner, etc.
4. Organisation av arbetet med driften av lampor, deras rengöring, snabb reparation av fönsterramar, fönsterbeklädnader, badrumsreparationer etc.
5. Genomföra förklarande arbete med pannhusarbetare i energisparfrågor.
6. Genomföra periodiska energiundersökningar.
7. Kvartalsvis inspektion och justering av avtal för energi- och resursförbrukning med energiförsörjningsorganisationer.
Energisparåtgärder i industripannhus

Energisparåtgärder i gaseldade varmvattenpannhus

    Genomför RNI regelbundet.
    Under driftsättningsperioden, utför regelbundet accelererade tester och analyser av rökgaser för överensstämmelse med regimkartorna.
    Värmetillförseln ska utföras i enlighet med temperaturscheman.
    Minska kraften hos nätverkspumpar som ett resultat av nätverksjustering.
    Minska förluster genom isoleringsfel.
    Byte av utrustning med mer ekonomisk.
    Eliminering av genvägsscheman och schemanedskärningar genom att förbättra värmeförsörjningsschemat.
    Bekämpa läckor.
    Redovisning och analys av allt.
    Konvertering av ångpannor till vattenuppvärmningsläge.
    Tillämpning av frekvensomformare.
    Användning av brännare som arbetar med ett lågt överskottsluftförhållande.
    Blåst luftintag från pannrummet.
    Eliminering av sug i pannor som arbetar med ett vakuum i ugnen.
    Installation av economizer eller värmeväxlare.
    Tillämpning av vattenavluftning.
    Ökning av matarvattentemperaturen.
    Rengöring av värmeytor på båda sidor.
Event namn Termin
hämnd,
år
Förväntat
spara bränsle och energiresurser
Utgifter

genomförande
Gcal tusen
kWh
här Total
här
Total,
dollar USA
11 Installation av nödpannskydd baserat på vattennivån i trumman 1.5 upp till 5% upp till 1500 dollar USA
22 Optimering av den vattenkemiska regimen för ångpannor 0.3 öka effektiviteten med upp till 5 % upp till 20 000 dollar USA Justeringsarbete upp till 5000 USD
33 Säkerställa driften av VPU:n vid nominell belastning 0.3 upp till 20 000 dollar USA
44 Användning av kondensvärme från pannrummet för att förvärma vatten för kallvattenbehandling 1.5 Minska kostnader för luftintag
55 Användning av effektiva fodermedel (katjonbytare) för vattenreningsverk 0.5 Minskar kostnaden för katjonbytarharts med 2 gånger 2,9 USD per kg
66 Automatiska system för periodiska och kontinuerliga pannavblåsningar 2-3 Minska blåsmängden med 2-3 gånger upp till 3000 US-dollar
77 Introduktion av momentana gas-luftblandningsgeneratorer (blandning av ånga och rökgaser) 2-5 Ökad bränsleeffektivitet med 30 % 40-140 dollar. USA per 1 kW installerad termisk effekt

Energibesparande åtgärder för pann- och ugnsrum i privata hus och byggnader med en total yta på högst 2000 kvm.
Modernisering och automatisering av små och medelstora pannhus:
    öka energieffektiviteten för pannenheter med
    användning av lågtemperatur- och kondenserande pannor;

    användning av nya principer för bränsleförbränning i pannhus
    enheter;

    öka tillförlitligheten hos pannenheter;
    användning av moderna brännare;
    automatisering av pannenheter;
    automatisering av kylvätskefördelning mellan laster;
    kemisk vattenbehandling av kylvätska;
    värmeisolering av rörledningar;
    installation av economizers på skorstenar;
    väderkänslig kretskontroll;
    moderna eldgasrörspannenheter.
    2. Övervakning av avgasernas temperatur och överskottsluft i dem.
Att upprätthålla optimala förbränningsluftförhållanden är huvudvillkoret för att säkerställa ekonomisk drift av pannan. Ugnsförluster q 3 och q 4 beror starkt på överskottsluft i brännarna (? g) och i ugnen (? t). Det är nödvändigt att bränna bränsle i överskottsluft för att säkerställa fullständig förbränning av bränslet. Dessa överskott fastställs vid idrifttagningstester. Sugkopparna i eldstaden har en betydande inverkan på förbränningens effektivitet och temperaturnivå. En ökning av antalet sugkoppar minskar överskottsluft i brännarna, minskar effektiviteten av att blanda bränsle och förbränningsprodukter med luft och ökar förlusterna av q 3 och q 4 . För att undvika ökade förbränningsförluster ökas det totala luftöverskottet i ugnen, vilket också är ogynnsamt. Sätt att öka effektiviteten i förbränningsprocessen är att eliminera sug i eldstaden, organisera ett optimalt förbränningsläge och genomföra tester för att hitta dessa förhållanden.
De största förlusterna i pannan är förluster med rökgaser. Deras värde kan minskas genom att minska överskottsluften i rökgaserna, temperaturen på rökgaserna, och även genom att öka temperaturen på luften som tas från omgivningen.
Mest tonvikt bör läggas på reduktion? eh. Det säkerställs genom drift av förbränningskammaren vid det minsta tillåtna (enligt bränsleförbränningsförhållandena) överskottsluft i eldstaden och genom att eliminera sug i eldstaden och rökkanalerna. Nedgång? хх gör det också möjligt att minska förlusterna för egna behov längs gas-luftvägen och medför en minskning av rökgasernas temperatur. Luftsugning in i ugnen på gasoljepannor med en produktivitet på 320 t/h och lägre bör inte överstiga 5%, över 320 t/h - 3%, och för pulveriserade kolpannor med samma produktivitet - 8 och 5%, respektive. Luftsug i gasbanan i området från utloppet av överhettaren till utloppet av rökgasuttaget bör inte överstiga (exklusive askuppsamlare) 10% för rörformade luftvärmare, 25% för regenerativa.
När pannan är i drift är en av huvudparametrarna som kräver konstant övervakning och servicebarhet av enheterna överskottsluft i eldstaden eller bakom en av de första värmeytorna. Källan till ökat luftsug i gaskanaler är slitage eller korrosion av rör i rörformade luftvärmare (främst kalla stillbilder), vilket också orsakar ökad energiförbrukning för drag och sprängning och leder till belastningsbegränsning.
Rökgastemperatur? eh beror både på luftöverskott och på värmeytornas effektivitet. När föroreningar uppstår på rören, minskar och ökar värmeöverföringskoefficienten från gaser till rören? eh. För att avlägsna föroreningar bör värmeytor rengöras regelbundet. När man uppgraderar en panna till lägre? Man bör dock komma ihåg att detta kan orsaka kondensering av ångor på väggarna i rören i luftvärmarens kalla kuber och deras korrosion.
Det är möjligt att påverka den omgivande lufttemperaturen, till exempel genom att byta luftintag (från gatan eller från pannverkstaden). Men man bör komma ihåg att när luft tas från pannrummet ökar dess ventilation, drag uppstår och på vintern, på grund av lägre temperaturer, kan rörledningar avfrosta, vilket leder till nödsituationer. Därför är det farligt att dra luft från pannrummet på vintern. Naturligtvis ökar förlusterna q 2 objektivt under denna period, eftersom luften kan ha en negativ temperatur. Operatören måste hålla lufttemperaturen vid inloppet till luftvärmaren på en icke-korrosiv nivå, med hjälp av uppvärmning i luftvärmare eller återcirkulation av varmluft.
En ökning av värmeförlusten till omgivningen kan uppstå på grund av förstörelse av fodret, isoleringen och motsvarande exponering av ytor med hög temperatur, eller på grund av felaktigt val och installation av fodret. Alla problem måste identifieras när operatören går runt pannan, förs in i defektloggen och omedelbart elimineras.
Bra blandning av bränsle och oxidationsmedel med ett virvelförbränningssystem gör det möjligt att driva pannan med reducerat (jämfört med direktflödesfackelprocessen) överskottsluft vid utloppet av ugnen (? = 1,12...1,15) utan att öka innehåll av brännbara ämnen i flygaskan och utan att öka CO-koncentrationsvärdet som inte överstiger 40-80 mg/nm 3 (? = 1,4).
Att reducera temperaturen och överskottsluften i rökgaserna genom att öka ugnens effektivitet gör det möjligt att minska värmeförlusterna med rökgaserna, och följaktligen öka pannenhetens "brutto" verkningsgrad med 1... 3%, även på pannor som fungerade före moderniseringen 30 ..40 år.
      Att upprätta regimkartor
För att säkerställa kompetent och ekonomisk drift utvecklas scheman för vaktpersonal för att vägleda dem i deras arbete.
Driftschema är ett dokument som presenteras i form av en tabell och grafer, där värdena på de parametrar som bestämmer pannans funktion som måste observeras anges för olika belastningar och kombinationer av utrustning. Regimkartor sammanställs på basis av testresultat för optimala, mest ekonomiska och tillförlitliga lägen under olika belastningar, kvaliteten på inkommande bränsle och olika kombinationer av fungerande huvud- och hjälputrustning. Om utrustning av samma typ är installerad på en station, utförs tester med ökad komplexitet på en av pannorna, och för de återstående pannorna får tester inte utföras eller utföras i en reducerad volym (regimkartan för testade pannor används). Regimkartor bör regelbundet ses över och ändras (vid behov). Förtydliganden och ändringar görs vid övergången till nya typer av bränsle, efter reparations- och ombyggnadsarbeten.
För karakteristiska belastningsområden skrivs följande in i regimkartan som definierande parametrar: trycket och temperaturen för huvud- och mellanöverhettningsångan, temperaturen på matarvattnet, avgaserna, mängden och ibland en specifik indikation på kombinationen av drift av kvarnar, brännaranordningar, fläktar och rökavgaser; sammansättningen av förbränningsprodukter bakom värmeytan, varefter tillräcklig blandning av gaser säkerställs för första gången (konvektiv ångöverhettare eller steg II vattenekonomisator); indikatorer för tillförlitligheten av driften av enskilda ytor eller element i pannan och indikatorer som underlättar pannkontroll eller snabbast svarar på lägesavvikelser och förekomsten av nödsituationer. De senare indikatorerna används ofta: gastemperatur i området för den minst tillförlitliga värmeytan (till exempel i en roterande kammare, framför en förorenad eller slaggad konvektiv yta, etc.); motstånd (tryckfall) hos förorenade, slaggerade och korroderade värmeytor (växellåda; luftvärmare); luftflöde till kvarnar och deras strömstyrka - speciellt med bränslen med variabel sammansättning; temperatur på mediet och metallen i några av de farligaste värmeytorna ur överhettningssynpunkt.
Dessutom återspeglar regimkartan frekvensen av att slå på rengöringsanordningar för uppvärmning av ytor och de speciella driftsförhållandena för enskilda element och utrustning (till exempel graden av öppning av individuella styrluft- och gasspjäll, förhållandet mellan öppningsgraden av de primära och sekundära luftspjällen för brännarnas driftförhållanden för gasåtercirkulationsledningen och arbetsmiljön, etc.).
Vid förbränning av eldningsolja skrivs dessutom temperaturen för dess förvärmning in i regimkartorna, där tillförlitlig transport av eldningsolja genom eldningsoljeledningar och dess sprutning i munstycken säkerställs.
Tillsammans med bestämning av sammansättningen av gaser, för att bestämma den optimala förbränningsregimen, är det nödvändigt att regelbundet bestämma gassugning i ugnen och i konvektiva rökkanaler.
Den rådande uppfattningen om den otillräckliga faran för luftsugning i eldstaden och möjligheten att använda denna luft i förbränningsprocessen är felaktig och farlig. Faktum är att det mesta av luften som kommer in i eldstaden med sugkoppar penetrerar genom läckor i förbränningskammarens väggar av relativt små storlekar och kan inte tränga djupt in i förbränningskammaren.
När den rör sig nära skärmarna, i en zon med relativt låga temperaturer, deltar denna luft svagt i förbränningen. I huvudförbränningszonen finns det inte tillräckligt med luft, utan att bränna ut, förs ut ur ugnen, vilket höjer temperaturen där och skapar en reducerande miljö. En ökning av temperaturen på bränslepartiklar (och därmed aska) och den reducerande miljön förstärker processen för slaggbildning och förorening av rör.
Med tanke på vikten av att upprätthålla optimala luftförhållanden för förbränningsprocessen måste personalen på stationsdriften ständigt övervaka funktionsdugligheten hos gassammansättningsanordningar och genomföra en löpande övervakning av ugnens och konvektionskanalernas densitet genom extern inspektion och bestämning av sugkoppar.
Parametrarna som ingår i lägeskartan används vid inställning av skydd och automatiska styrsystem.
      Mycket effektiv reglering
Ett av de bästa sätten att garantera effektiv drift av ett pannhus är högeffektiv reglering, som kan tillämpas på både ång- och varmvattenpannhus. Högeffektiv styrning gör att du kan spara i genomsnitt 4 till 5 % av använd värmeenergi och betalar sig själv inom ett år.
Hur kan du förbättra effektiviteten i din panna? Det är känt att vid ett visst förhållande mellan luft- och bränsleflöden sker den mest fullständiga förbränningen inuti pannan. I det här fallet är det nödvändigt att uppnå förbränningsprocessen med en minimal mängd överskottsluft, men under det obligatoriska villkoret för att säkerställa fullständig förbränning av bränslet. Om överskottsluft tillförs eldstaden i större mängder än vad som krävs för den normala förbränningsprocessen, så brinner inte överskottsluften och kyler bara eldstaden till onödigt, vilket i sin tur kan leda till förluster på grund av kemisk ofullständig förbränning av bränslet.
Det är också nödvändigt att kontrollera rökgasernas temperatur. När temperaturen på rökgaserna vid pannans utlopp är för hög, reduceras enhetens effektivitet avsevärt på grund av att överskottsvärme släpps ut i atmosfären, som skulle kunna användas för sitt avsedda ändamål. Samtidigt, vid arbete med flytande bränslen, får temperaturen på rökgaserna vid pannans utlopp inte tillåtas sjunka under 140 °C när svavelhalten i bränslet inte är mer än 1 % och under 160 °C när svavelhalten i bränslet är inte mer än 2–3 %. Dessa temperaturvärden bestäms av rökgasernas daggpunkt. Vid dessa temperaturer börjar kondensationsprocessen i rökrören och rökuppsamlingskammaren. När svavlet som finns i bränslet kommer i kontakt med kondensatet resulterar en kemisk reaktion i att först svavelsyra och sedan svavelsyra bildas. Resultatet är intensiv korrosion av värmeytor.
För att uppnå större effektivitet vid högprecisionsjustering är det nödvändigt att först utföra en grundläggande rengöring av eldstaden och skorstenarna. För att minska överskottsluft och minska temperaturen på rökgaserna är det nödvändigt:
– eliminera läckor i förbränningskammaren;
– kontrollera skorstenens drag och montera vid behov ett spjäll i skorstenen;
– öka eller minska pannans märkeffekt;
– övervaka överensstämmelsen med mängden förbränningsluft;
– optimera brännarens modulering (om brännaren är utrustad med denna funktion).

För gaspannor kan du använda en gasmätare och ett stoppur för att avgöra om den erforderliga mängden bränsle tillförs brännaren. Om pannan eldas med tjockolja kontrolleras om flödet som mäts av flödesmätarmunstycket och det tryck som genereras av oljepumpen är lämpliga för effektiv drift av pannan.
En avgasanalysator används för att utvärdera förbränningseffektiviteten. Mätningar görs före och efter justering.
De mest lämpliga för högeffektiv reglering är pannor med uppblåsbara gaseldkammare och oljeeldkammare. Mindre lämpliga är pannor med kombinerade brännare för två typer av bränsle, samt gaspannor med atmosfäriska brännare.
För kombinerade brännare är drift på en typ av bränsle ofta en kompromiss för att bibehålla driften på en annan typ av bränsle. Och justeringen av gaspannor med en atmosfärisk brännare begränsas av tekniska föreskrifter och utrustningens fysiska egenskaper.
Reglering genom passerar
För gjutjärnspannor i värmesystem, när man reglerar värmetillförseln till värmesystemet enligt den interna lufttemperaturen i byggnadens kontrollrum ("avvikelse"-reglering), kan det utföras genom att periodiskt stänga av systemet (“ bypass”-reglering) med en temperatursensor. Detta kommer att spara 10 till 15 % av förbrukad värmeenergi och kommer att betala sig själv inom två år.
etc.................

Som ett manuskript

ÖKNING AV EFFEKTIVITETEN HOS ÅNGMOTORER

PANNESTATIONER VID ANVÄNDNING AV KAMMAENHETER MED SKRUVMOTORER

Specialitet 05.14.04- Industriell termisk kraftteknik

avhandlingar för en akademisk examen

kandidat för tekniska vetenskaper

Krasnodar-2006

Arbetet utfördes vid Kuban State Technological University.

Vetenskaplig handledare: Dr. Tech. vetenskaper, professor

Officiella motståndare:

Dr. Tech. vetenskaper, professor

Dr. Tech. vetenskaper, professor

Ledande organisation:

Energy Engineering Center", Krasnodar

Vetenskaplig sekreterare i avhandlingsrådet

Ph.D. tech. Vetenskaper, docent

ALLMÄN BESKRIVNING AV ARBETET

Arbetets relevans . De förändringar som har skett i den ryska ekonomin tvingar oss att ta en ny titt på problemen med småskalig energi. Enligt olika uppskattningar täcks inte från 50 till 70 % av Rysslands territorium, där mer än 20 miljoner människor bor, av centraliserad energi- och elförsörjning. I detta stora territorium tillhandahålls människors försörjning huvudsakligen med hjälp av småskalig energi: elförsörjning - från autonoma dieselkraftverk (DPP), värmeförsörjning - från lokala pannanläggningar som drivs med fasta, flytande och, mer sällan, gasformiga bränslen.


Analys av driftsätt och tekniska tillstånd för befintliga termiska energikällor indikerar deras låga energieffektivitet och tillförlitlighet. Det senare bekräftas av de allt vanligare fallen av nödavstängning av pannhus orsakade av strömförsörjningsbortfall, till exempel på grund av trasiga kraftledningar. Som ett resultat av sådana olyckor slutar cirkulationen av kylvätskan, vilket under låga temperaturförhållanden kan leda till avfrostning av rörledningar och hela systemet som helhet.

I detta avseende är frågan om att organisera produktionen av elektrisk energi i ångpannhus för att täcka sina egna behov och för distribution till tredje parts konsumenter mycket relevant. I de flesta kommunala och industriella pannhus installeras pannor av typerna DKVR, DE, KE, etc. som producerar ånga med ett tryck på 1,3 MPa. Samtidigt använder konsumenterna det som regel vid ett tryck på 0,3-0,4 MPa. Tryckreduktion utförs i reducerande anordningar genom strypning, där varje ton ånga förlorar 40-50 kWh energi. Den specificerade tryckskillnaden kan användas för att producera elektrisk energi i en autonom kraftgenererande installation bestående av en ångmaskin och en elektrisk generator.

Detta kommer inte bara att avsevärt minska kostnaderna för genererad värme, utan också säkerställa en pålitlig strömförsörjning till pannrummet.

Målet med arbetet. Målet med arbetet är att öka ångpannhusens driftseffektivitet genom att använda ångans fria differenstryck för att generera elektrisk energi i ett kraftvärmeverk med skruvmotor.

För att uppnå detta mål måste följande uppgifter lösas:

Utveckla en matematisk modell av en skruvmotor och genomföra en beräkningsstudie av dess driftsätt;

Experimentellt kontrollera motorns prestanda och lämpligheten hos den utvecklade matematiska modellen;

Att optimera egenskaperna hos en skruvmotor för dess driftsförhållanden enligt det termiska schemat i ångpannhus;

Utveckla en metod för att beräkna och välja de geometriska parametrarna för kraftvärmeverkets motor- och driftslägen i enlighet med pannrummets variabla termiska effekt för att erhålla maximal möjlig årlig produktion av elektrisk energi.

Vetenskaplig nyhet.

Avhandlingsarbetet fick nya vetenskapliga resultat:

En matematisk modell av en skruvmotor som arbetar på olika arbetsvätskor, inklusive vattenånga, har utvecklats;

En experimentell verifiering av lämpligheten hos den matematiska modellen av en skruvexpander utfördes;

Driftsegenskaperna för en skruvmotor vid drift på vattenånga erhölls;

En metodik föreslås för att välja de geometriska parametrarna för motorn och dess driftlägen i enlighet med pannrummets variabla termiska effekt för att erhålla maximal årlig elektrisk energiproduktion.

Metoder och medel för att utföra forskning .

För att lösa de problem som uppstått i avhandlingsarbetet användes allmänt accepterade metoder för termodynamiska beräkningar av processer med variabel massa av arbetsvätskan. Vid utvecklingen av beräkningsmetoden användes metoder för matematisk analys, applikationspaket (Excel, Mathcad), såväl som approximerande ekvationer för det använda området i h-s-diagrammet för vattenånga. Experimentell testning av den matematiska modellen utfördes på det elektriska generatorkomplexet DGU-250.


Till försvar presenteras följande huvudbestämmelser :

Matematisk modell av en skruvmotor som arbetar på olika arbetsvätskor, inklusive vattenånga;

Resultat av beräknings- och experimentell forskning av en skruvmotor;

Resultat av optimering av geometriska och driftsegenskaper hos en skruvmotor;

Metodik för att välja de geometriska parametrarna för motorn och dess driftlägen i enlighet med pannrummets variabla värmeeffekt för att erhålla maximal årlig elproduktion;

Praktisk betydelse.

Införandet av kraftvärmeverk med skruvmotor i ångpannhus är en energibesparande åtgärd, eftersom det kommer att eliminera energiförluster vid reducering av ånga.

Att vägra inköpt el kommer att avsevärt minska kostnaderna för genererad värme, öka tillförlitligheten för strömförsörjningen till källan och även minska miljöskador från utsläpp till atmosfären.

Rekommendationer utvecklade på grundval av en analys av de gemensamma driftssätten för värmeförsörjningssystem och en ångmaskin gör det möjligt att göra ett rationellt val av geometriska parametrar och prestanda för en skruvmotor, såväl som dess driftläge, beroende på storleken och arten av den anslutna termiska lasten. De föreslagna metoderna gör det möjligt att bestämma mängden årlig elproduktion, lönsamhet, ekonomisk effektivitet och återbetalningstid för denna installation.

Implementering av resultat .

Resultaten av beräknings- och experimentella studier utförda med den utvecklade metoden ligger till grund för uppdatering av den tekniska dokumentationen för expander-generatorenheten för att sätta den i produktion

Det tillverkade och testade industriella pilotprovet av en skruvmotor som en del av kraftvärmeverket DGU-250 planeras för installation i ett av ångpannhusen.

Metodiken för att välja geometriska parametrar och motorprestanda för att maximera täckningen av pannrummets årliga värmebelastningsschema har överförts till för användning vid design av expander-generatorkomplex.

Godkännande av arbete .

Forskningsresultaten som presenterades i avhandlingsarbetet rapporterades och diskuterades vid det internationella vetenskapliga och tekniska seminariet "Energy Saving and Renewable Energy - 2005" (Sochi), V International Scientific and Technical Conference "Increasing the Efficiency of Electricity Production" (Novocherkassk, 2005), Internationell vetenskaplig och teknisk konferens "Energy of the 21st century" (Krim, 2005), vetenskapligt och tekniskt seminarium för företaget "Krasnodar Thermal Power Plant" av JSC "Kubanenergo" (Krasnodar, 2005), möte för avdelningen "Industriell värmekraftteknik och termiska kraftverk" vid Kuban State Technical University (Krasnodar, 2006), den fjärde sydryska vetenskapliga konferensen. "Energi- och resursbesparande teknologier och installationer."

Publikationer . Baserat på resultaten av den utförda forskningen publicerades 9 verk.

Avhandlingens struktur och omfattning.

Avhandlingen består av en inledning, fyra kapitel, en avslutning och en referenslista. Verket presenteras på 118 sidor, inklusive 36 figurer, 5 tabeller. Listan över använd litteratur omfattar 117 titlar.

I inledningen arbetets relevans är motiverad. Närvaron av energiförluster i pannhus vid minskning av ångflöden noteras, och värmekällornas opålitlighet i händelse av olyckor i kraftförsörjningssystem, som leder till att värmeförsörjningen upphör, indikeras. Studiens mål och mål formuleras.

Första kapitlet Avhandlingsarbetet ägnas åt en genomgång av inhemsk och utländsk litteratur inom området för att öka effektiviteten hos värmekällor vid organisering av produktionen av elektrisk energi i dem, d.v.s. vid rekonstruktion av pannhus i mini-CHP.

Kända metoder för att organisera den kombinerade produktionen av termisk och elektrisk energi i befintliga pannhus granskas och analyseras, inklusive användning av gasturbinenheter (GTU), förbränningsmotorer och ångturbinenheter (STU). Fördelarna och nackdelarna med var och en av dessa tekniska lösningar noteras.

Möjligheten att använda skruvmotorer inom området elkraft för kraftvärmekomplex upp till 500 kW är underbyggd.

Inhemsk och utländsk erfarenhet av att använda skruvexpansionsmaskiner i olika branscher analyseras.

Med hänsyn till ovanstående formulerades forskningsmålen.

I det andra kapitlet Det visas att för att genomföra den gemensamma driften av pannhuset, elgeneratorkomplexet och värmeförsörjningssystemet är det nödvändigt att med tillräcklig noggrannhet kunna förutsäga egenskaperna hos skruvmotorn och parametrarna för arbetsvätskan under expansionsprocessen.

För att lösa detta problem utvecklas en matematisk modell av expanderns driftprocess i detta kapitel. De huvudsakliga komplicerande aspekterna var variationen av massan av ånga som expanderar i arbetskaviteten, läckage av ånga från håligheter med högt tryck till håligheter med lägre tryck, såväl som förekomsten av processen i området för våt ånga nära gränskurvan .

Den matematiska modellen av en skruvmotor är baserad på ekvationen för termodynamikens första lag i formen

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

där dG är förändringen i massladdning i kaviteten;

dh – förändring i specifik entalpi av ånga i kaviteten under rotation

driver rotorn med vinkel dφ.

Värmen som tillförs kaviteten dQin är algebraiskt sammansatt av värmeavledning genom väggarna i BRM-huset in i miljön dQext, värmetillförsel med ånga som strömmar in i kaviteten i från de bakre kaviteterna dGi-4, dGi-1, samt värmeavlägsning med läckor i de främre löpande hålrummen dGi+1,dGi+4,dGi+5.

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

Enligt andra forskare uppgår värmeavlägsnande till miljön dQext till upp till 0,5 % av VRM-effekten och kanske inte tas med i beräkningen.

Med hänsyn till (1) kommer tryckförändringen i kaviteten när drivskruven vrids genom en vinkel dφ att vara:

Integrering av ekvation 3 kan endast utföras med numeriska metoder på grund av bristen på analytiska samband mellan de mängder som ingår i den

Ändring av tryck i ångkaviteten när drivrotorn roteras genom en vinkel i ändliga skillnader

Den resulterande förändringen i massan av ånga i kaviteten;

Entalpiökningen i kaviteten, dvs

det resulterande värdet av tre komponenter:

Ökning i volym under isentropisk expansion från till

Ändring i ångmassa på grund av läckor och läckor

Från att blandas med ånga som strömmar in i hålrummet.

Baserat på ekvation (4) utvecklades program för att beräkna arbetsprocessen för VRM på torr, överhettad och våt ånga.

För att beräkna driftprocessen för en motor med våt ånga har vi utvecklat en matematisk beskrivning av hS-diagrammet i området för de studerade processerna i form av en uppsättning approximativa ekvationer.

En av huvudegenskaperna för driften av en skruvmotor är adiabatisk effektivitet, som kan representeras som en produkt av partialkoefficienter

, (5)

var är respektive koefficienter som tar hänsyn till förluster på grund av läckor, avvikelser i regimen från konstruktionen och hydrauliska förluster.

Uppsatsen föreslår ekvationer för beräkning av dessa indikatorer.

Arbetsvätskeflöde genom VRM

. (6) Intern VRM-ström . (7)

Den elektriska effekten vid generatorterminalerna bestäms med hänsyn till de mekaniska förlusterna i motor, växellåda och generator.

Materialen som erhålls i beräkningarna med den föreslagna metoden gör det möjligt att förutsäga prestandan hos expander-generatorinstallationer med VRM och optimera deras geometriska parametrar för att maximera täckningen av den termiska belastningen för en viss värmekälla, samt utföra tekniska och ekonomiska beräkningar för att bedöma effektiviteten av de föreslagna tekniska lösningarna.

I det tredje kapitlet en beskrivning av designen och diagrammet för ett pilotindustriellt prov av DGU-250 expander-generatorenhet med en skruvmotor ges, liksom resultaten av en beräknings- och experimentell studie av dess funktion i tryckluft ges och en jämförelse av experimentella egenskaper med beräknade data ges.

Kraftvärmeaggregatet DGU-250 består av en skruvmotor, en växellåda, en elgenerator och en kontrollpanel. Stativet på vilket installationen testades är utrustad med instrument för att mäta och registrera temperaturer, tryck, flöde av arbetsvätskan, såväl som rotationshastigheten för rotorerna i skruvexpansionsmaskinen.

Vid testning av VRM i tryckluft under förhållandena i tillverkarens anläggning, bekräftades driftbarheten av komplexet och alla system, och experimentella beroenden erhölls.

Med hjälp av den utvecklade matematiska modellen av VRM erhölls samma beroenden genom beräkning.

Resultaten av en jämförelse av experimentella och beräknade indikatorer (avvikelsen överstiger inte 7%) tillåter oss att dra slutsatsen att den föreslagna matematiska modellen är tillräckligt adekvat.

Dessutom, under driftförhållandena för VRM i ångpannhus som ingår i värmeförsörjningssystemet, är huvudfaktorn som bestämmer komplexets driftsläge värmekällans förändrade termiska belastning, och som en följd av förändringen i ingångsångtryck Stift. Detta krävde med tanke på inverkan av Рвх och n på huvudindikatorerna för installationen Fig (1,2,3)

En viktig fördel med VRM jämfört med andra typer av expansionsmaskiner är den positiva effekten av närvaron av en vätskefas i det expanderande gasflödet på motorns prestanda.

När man arbetar med vattenånga kan kondensat inte bara bildas i arbetskaviteten när trycket minskar, utan även komma in i maskinen tillsammans med ångan. Som ett resultat, under inverkan av centrifugalkrafter, uppträder en film av kondensat på ytan av hushålet och på sidoytorna av tänderna, vars tjocklek, beroende på mängden kondensat, kan vara jämförbar med storleken av luckorna i maskinen. Att fylla mellanrummen med en vätskefilm minskar läckaget mellan håligheter avsevärt, vilket avsevärt ökar skruvens effektivitet

Figur 1 - Beroende av ångförbrukning på rotationshastigheten för huvudrotorn vid olika värden på Pvx.

Figur 2 - Beroende av kraften hos dieselgeneratorn på ledskruvens rotationshastighet och olika värden på Pvx.

motor. Beräkningar med det utvecklade programmet visade att när storleken på luckorna minskas med 2 gånger, ökar maskinens effektivitet med 8%.

Kapitel fyraägnas åt att överväga förutsättningarna för den mest effektiva samdriften av VRM och värmeförsörjningssystem under variabel värmebelastning hos konsumenterna. Figur 4 visar ett schematiskt diagram över införandet av ett elektriskt genererande komplex i värmekretsen i ett pannrum. Täckning av toppdelen av den termiska kurvan tillhandahålls genom tryckregulator 5.

Figur 4 - Schematisk bild av ett ångpannrum med VRM

1 - ångpanna, 2 - avluftare, 3 - expansionsmaskin, 4 - generator, 5 - tryckreduceringsventil, 6 - tryckregulator, 7 - nätverksvärmare, 8 - matarpump, 9 - nätverkspump, 10 - konsument.

Vid drift av komplexet är uppgiften inte bara att säkerställa att ångflödet genom VRM motsvarar den förändrade värmebelastningen, utan också att erhålla maximal möjlig årlig elproduktion.

Värmeeffekten från VRM (med denna indikator kommer vi villkorligt att förstå mängden värme som överförs av ångflödet som lämnar VRM till nätverksvärmeinstallationen) uttrycks av den välkända ekvationen

Av ekvation (9) följer att reglering av VRM:s termiska effekt i enlighet med den ändrade termiska belastningen är möjlig på två sätt:

· ändra ångflödet genom VRM, vilket kan utföras genom att reglera rotorhastigheten och Рвх;

· reglering av sluttrycket, vilket leder till en förändring av entalpin vid slutet av den isentropiska expansionen och följaktligen värdet.

Det bör också beaktas att när både , och oscillerar, en förändring inträffar, främst på grund av uppkomsten av förluster från skillnaden mellan den interna och externa graden av tryckreduktion, vilket beaktas av motorns verkningsgrad. .

Det här kapitlet diskuterar möjligheterna att reglera ångflödet genom VRM genom att ändra rotorhastigheten, samt genom ångtrycket vid maskinens inlopp och utlopp.

Det har konstaterats att de bredaste möjligheterna till förändring

ångflöde uppnås genom att reglera rotorhastigheten, men vid parallelldrift med strömförsörjningssystemet är det inte möjligt att använda detta styralternativ.

Att bestämma beroendet av BRM:s termiska prestanda på trycket före och efter expansionsmaskinen visade att en förändring i Pin leder till en nästan linjär förändring av ångflödet genom motorn, och att variera utgående tryck P2 har en extremt obetydlig effekt (2-3%) på värdet av Q. Följaktligen är regleringen av BRM:s termiska prestanda i enlighet med pannrummets ändrade värmebelastning praktiskt taget möjlig endast på grund av det ändrade ångtrycket vid inloppet till pannrummet. maskin.

I detta fall bestäms den övre gränsen för uppvärmningskapaciteten av det maximala värdet för ångtrycket som kommer in i maskinen. När inloppstrycket minskar, sjunker ångmassflödeshastigheten och följaktligen uppvärmningskapaciteten och kraften hos VRM i enlighet med detta.

Det föreslås att bestämma minimiuppvärmningskapaciteten för VRM från villkoret för jämlikhet mellan den elektriska kraften Ne som genereras av den elektriska generatorn till värdet av pannrummets egna behov Nсн. Uppenbarligen, om den genererade kraften inte täcker källans egna behov, blir användningen av en kraftvärmeanläggning meningslös.

För att säkerställa helårsanvändning av kraftvärmeverket är det också nödvändigt att uppfylla villkoret.

En betydande utvidgning av regleringsområdet för maskinens termiska prestanda kan erhållas genom att ändra motorns geometriska expansionsgrad, där Vнр är volymen av ångkaviteten i det ögonblick som expansionen börjar.

En ökning av den termiska prestandan hos VRM är möjlig genom att minska den geometriska expansionsgraden, eftersom detta ökar ångflödet genom maskinen. Detta kommer att avsevärt öka täckningen av den termiska belastningen med ånga som uttöms i VRM. Samtidigt ökar den totala årliga elproduktionen. Eftersom det är en designparameter kan dess värde specificeras när maskinens inloppsfönster utformas, baserat på den erforderliga termiska prestanda hos VRM för ett givet pannrum.

I fig. 5 visar den övre kurvan den årliga elproduktionen t.ex. för den enhet som studeras vid olika värden. Maxvärdet för Eg uppnås vid = 2,15 och uppgår till 1,98 miljoner kWh, inklusive 1,36 miljoner kWh för uppvärmningsperioden och 0,62 miljoner kWh för sommarsäsongen.

Analys av ovanstående säsongsdiagram visar att för att täcka sommarbelastningen av varmvattenförsörjning är det tillrådligt att ha stora värden på , eftersom i detta fall den potentiella energin för ångan som kommer in i VRM kommer att användas maximalt. Den totala elproduktionen under sommarsäsongen ökar med .

Figur 5 - Elproduktion för uppvärmning

och sommarperioder av pannrumsdrift.

Under eldningssäsongen, på grund av behovet av att täcka den ökande värmebelastningen, är det lämpligt att ha en maskin med låga värden. I detta fall ökar elproduktionen under eldningssäsongen på grund av ett ökat ångflöde genom maskinen eftersom volymen av den fyllda kaviteten ökar.

Med hänsyn till ovanstående föreslås det, baserat på det årliga värmebelastningsschemat, vid design av en maskin för ett specifikt pannrum, att möjliggöra möjligheten att byta ut inloppsfönstret vid byte från eldningssäsong till sommar och vice versa . Dimensionerna på inloppsfönstret bestämmer unikt volymen av kaviteten i början av expansionen, och därför strömmar ångan genom maskinen.

Beräkningar har visat att för den antagna propellergeometrin är det optimala värdet för sommarperioden 3,5; Samtidigt tillhandahålls elproduktion per säsong i mängden 854 tusen kW * h. Det optimala värdet för vinterperioden är 1,2. Samtidigt är elproduktionen för säsongen 1545 tusen kWh. Den totala årliga elproduktionen i detta alternativ är 2 400 tusen kW * h, vilket är 420 tusen kW * h (21,2%) högre än med den optimala under hela året utan att byta ut intagsfönstret.

Mönstren och som hittas i processen med experiment och beräkningar indikerar möjligheten att använda förändringen i mottrycket bakom VRM för att öka den elektriska kraften och den årliga elproduktionen av komplexet samtidigt som den ovillkorligen täcker basdelen av den termiska grafen.

För att implementera detta förslag räcker det att installera en mottrycksregulator bakom VRM, som fungerar enligt ett program kopplat till den erforderliga uppvärmningstemperaturen för nätverksvattnet i enlighet med temperaturschemat för värmesystemet. Framför allt på sommaren kan ångtrycket bakom VRM P2 minskas så mycket som möjligt, vilket gör det möjligt att få ökad motoreffekt under hela perioden och därmed öka elproduktionen.

Den sista delen av kapitlet presenterar de beräknade fälten för termiska belastningar som täcks av skruvmotorer av den 6:e (d=250 mm) och 7:e (d=315 mm) basen. Metodiken för att välja designparametrar för VRM för ett specifikt pannrum beskrivs. Rekommendationer ges som syftar till att uppnå maximal årlig elproduktion.

En teknisk och ekonomisk bedömning av implementeringen av DGU-250 i ett av pannhusen visade att den årliga elproduktionen är 2 400 tusen kWh och återbetalningstiden inte överstiger 1,8 år.

HUVUDSAKLIGA RESULTAT OCH SLUTSATSER

1. En analys av kända tekniska lösningar för att organisera den kombinerade genereringen av termisk och elektrisk energi i pannhus har genomförts. Det har fastställts att under förhållanden med förändrad termisk belastning är driften av enheter enligt det termiska schemat förknippad med en betydande försämring av deras effektivitet.

2. En matematisk modell av VRM har föreslagits, på grundval av vilken en metodik för att beräkna arbetsprocessen för vattenånga har utvecklats, med hänsyn tagen till massans variabilitet, fenomenet med kondens i arbetshåligheter och närvaron av en flytande fas i flödet.

3. Systemen för huvudexpanderprovet justerades

generatorset och experimentella egenskaper hos VRM erhölls, vilket bekräftar dess prestanda och lämpligheten hos den utvecklade matematiska modellen av maskinen.

4. En beräkningsstudie av driften av VRM på vattenånga genomfördes. Det har fastställts att motorns verkningsgrad ligger i intervallet 0,65-0,75 och varierar något över ett brett område av rotorhastigheter och initialt ångtryck, vilket indikerar möjligheten till effektiv drift av dieselgeneratoraggregatet med betydande fluktuationer i den termiska belastningen .

5. Det har visat sig att fyllning av luckorna i en maskin med kondenserad fukt leder till en märkbar ökning av dess effektivitet genom att minska mängden läckage

6. En analys av den gemensamma driften av dieselgeneratoraggregatet med värmeförsörjningssystemet under förhållanden med ändrad värmebelastning utfördes. Möjligheterna att reglera driftläget för VRM analyseras.

7. En metodik har utvecklats för att optimera årlig elproduktion baserat på värmeförbrukning för pannhus med olika värden och förhållande mellan vinter- och sommarbelastningar.

8. Rekommendationer ges för val av standardstorlek och geometriska parametrar för VRM för att erhålla maximal årlig elproduktion. Det visas att nästan hela intervallet av termiska belastningar från 4 till 75 GJ/h när de föreslagna styrmetoderna används täcks av två standardstorlekar av VRM (6:e och 7:e basen).

9. Resultaten av studien kommer att tillåta oss att ta upp frågan om det utbredda införandet av installationer av denna typ i industri- och uppvärmningsångpannhus.

1. Repininstallation för ångpannhus // Material från den internationella V-konferensen - Novocherkassk, 2005. - S. 31-34.

2. Reparationsforskning av en kraftvärmeanläggning för ångpannhus // Energibesparing och vattenrening nr 2, 2006.-P.71-72.

3. Repin produktion av el och kyla vid gasturbinstationer. // Material från den fjärde sydryska vetenskapliga konferensen. "Energi- och resursbesparande teknologier och installationer." Krasnodar. 2005.-S. 27-30.

4. Om frågan om att öka tillförlitligheten av strömförsörjningen till ångpannhus // Material från den fjärde sydryska vetenskapliga konferensen. "Energi- och resursbesparande teknologier och installationer." Krasnodar. 2005. - s. 27-30.

5. , Repin användning av naturgastryckenergi vid små gasdistributionsstationer / Energibesparing. nr 3, 2004.- s. 70-72.

6. , Återkommande beräkning av arbetsprocessen för en skruvångmaskin // Proceedings of the V International Conference. Novocherkassk, 2005. - s. 28-31.

7. , Repin-komplex för ett ångpannahus // Materials of the International Scientific and Technical Seminar. Sotji, 2005

8. Repin strömförsörjningen till ett pannrum med hjälp av en cykel på en lågkokande arbetsvätska // Proceedings of the international conference "Problems of Energy", Crimea, 2004

9. , Repin, resultat av en beräkningsstudie av ett elgenererande komplex för ett ångpannahus // Materials of the International Scientific and Technical Seminar. Sotji, 2005

Pannhusens andel av värmeförsörjningen för alla värmeförbrukare i vårt land är cirka 45 %. I framtiden kommer andelen pannhus att öka ytterligare.

Denna situation har uppstått på grund av en ökning av pannanläggningarnas tekniska prestanda och som en följd av en ökning av den ekonomiskt genomförbara gränsen för användning av kombinerad värmeförsörjning. Industriell värmeförsörjning kännetecknas av en mycket betydande efterfrågan på ånga: den står för cirka 50 % av industriföretagens totala värmebehov.

I framtiden kommer antalet kraftfulla pannhus med en kapacitet på mer än 58 MW (50 Gcal/h) att öka avsevärt. Små pannhus kommer dock fortfarande att ha en betydande andel; För närvarande finns det cirka 120 tusen pannhus i landet med sektionspannor i gjutjärn, som tillhandahåller upp till 40% av uppvärmningsbehoven för bostads- och kommunala tjänster. Antalet pannhus på landsbygden kommer att öka avsevärt på grund av förbättrade sociala och levnadsförhållanden på landsbygden. Ett av dessa villkor är användningen av värmeförsörjningssystem som kraftigt skulle minska invånarnas arbetskostnader för deras underhåll och ge en högre nivå av termisk komfort i lokalerna.

Att öka kapaciteten hos pannhus är ekonomiskt genomförbart, eftersom om det finns ett tillräckligt antal värmeenergikonsumenter leder en ökning av enhetskapaciteten och antalet pannenheter till en minskning av produktionskostnaderna och bemanningskoefficienten. Resultatet kan dock bli annorlunda om pannhus fungerar under en lång period med en låg koefficient för utnyttjande av installerad värmekraft - ett fenomen som är karakteristiskt för nya städer och tätorter, under byggandet av vars termiska belastning initialt är mycket obetydlig och kraftfull pannhus når normala driftsförhållanden först efter en rad år. Under sådana driftsförhållanden ökar många komponenter i kostnaden för termisk energi specifikt (i rubel per enhet genererad värme): avskrivningsavgifter, elkostnader, löner för servicepersonal etc.

Graden av ekonomisk effektivitet för byggandet av kraftfulla pannhus beror på takten i stadsbyggandet: ju högre dessa priser är, desto snabbare når pannhusen normala driftsförhållanden.

Beräkningar har visat att det i nya städer i detta avseende är mer tillrådligt att bygga förgasade och expedierade grupppannhus, eftersom de ger de lägsta reducerade kostnaderna över sin livslängd med en relativt låg bemanningskoefficient. Antalet sådana pannhus växer ständigt. I de etablerade specialiserade företagen av integrerade pannhus och värmenätverk är cirka 5 000 pannhus förenade, där antalet gjutjärnspannor är mer än 85% av deras totala antal.

Den tekniska och ekonomiska prestandan för universella gjutjärnspannor (när de drivs med fasta eller flytande bränslen) har förbättrats avsevärt under de senaste 20 åren: deras enhetseffekt har ökat från 0,35 till 0,76 MW (från 0,3 till 0,65 Gcal/h), och specifik metallförbrukning minskade från 8,2 till 4,1 t/MW (från 9,5 till 4,8 t/Gcal). Den allvarligaste nackdelen med universella värmepannor är dock deras relativt låga driftseffektivitet: vid drift på råkol - 0,55-0,6 och vid förbränning av gas - 0,75-0,78. Effektiviteten hos pannor i grupppannhus kan ökas genom att förbättra utformningen av pannenheter, sänka temperaturen på rökgaser, välja ett rationellt förbränningsläge, automatisera och skicka driften av pannhus.

Det främsta sättet att öka effektiviteten för uppvärmning av pannhus är att producera pannenheter som har en konstruktion som är mer effektiv när det gäller bränsleförbränningseffektivitet.

Effektiviteten av kolförbränning ökas främst genom en omfattande mekanisering av förbränningsprocessen. Den största effekten (enligt Research Institute of Sanitary Equipment TsNIIEP Engineering Equipment) uppnås med en mekanisk eldstad med en skruvstång, som är ganska enkel och pålitlig i drift, vilket gör att du kan mekanisera tillförseln av bränsle till rosten, dess rörelse längs gallerområdet, skruvningen av det brinnande lagret och avlägsnandet av bildad slagg.

Tester av pannor med en sådan eldstad har visat att deras driftseffektivitet ökar med 15-20% på grund av minskningen av värmeförluster med rökgaser (stora när de konvektiva värmeytorna på universalpannor blir övervuxna av sot och medbringande, samt med ett ökat överskott av luft som kommer in i eldstaden) och som ett resultat av kemisk och mekanisk underbränning av bränsle.

Effektiviteten hos den mekaniserade pannenheten "Bratsk-1", utrustad med en sådan eldstad, når 87%, vilket gör det möjligt att få tillbaka ytterligare kapitalinvesteringar (en kraftvärmeenhet är dyrare än en universell panna med samma effekt) på bara 3-4 år (beroende på pannrummets effekt och drifttiden under året ).

Av betydande betydelse för att öka effektiviteten hos pannor är deras gasdensitet, med en ökning i vilken pannornas drifttid ökar samtidigt (flödet av heta gaser från ugnen till konvektiva rökkanaler genom gapen mellan sektionerna värmer metallen). Som studier har visat, med en spaltbredd på upp till 2 mm tillåten enligt GOST, når överskottsluftkoefficienten 1,5-1,7 istället för den rekommenderade 1,2 och följaktligen ökar värmeförlusterna med rökgaser och pannornas effektivitet minskar.

Tätning av springor med asbestsnöre ger inte erforderlig gastäthet. Det rekommenderas att använda den värmebeständiga tätningsmassan "Vixisant" utvecklad av Scientific Research Institute of Plumbing, tillverkad av

baserad på silikonelastomerer med värmestabiliserande tillsatser och fyllmedel och gummi med låg molekylvikt. Denna mastix appliceras från rör till ytan av sammanfogningsribborna.

För närvarande blir gjutjärnspannor som arbetar under tryck utbredd utomlands. Fördelarna med sådana pannor är konstansen hos överskottsluftkoefficienten och följaktligen hög effektivitet, hög värmeavlägsnande från värmeytan. Sådana pannor utvecklas också i vårt land. Deras arbete är omöjligt utan tätningsmastik som Vixisant.

Förbättringar i designen av låg- och medelkraftspannor har praktiskt taget eliminerat utsikterna för introduktionen i vårt land av munstyckspackade kontaktvärmare FNKV, vars effektivitet, på grund av närvaron av kontaktvärmeöverföring, var nära enhet. Nackdelen med sådana anordningar - kostnaden för el för att höja uppvärmt vatten till önskad höjd och för att övervinna systemets hydrauliska motstånd - är inte avgörande jämfört med det grundläggande alternativet - pannor som har en relativt låg verkningsgrad. Nu har denna nya teknik visat sig vara ekonomiskt opraktisk.

Rökgastemperaturen sänks vanligtvis med hjälp av economizers installerade efter pannorna. Ju dyrare bränslet förbrändes i dem, desto mer ändamålsenligt är det att kyla gaserna djupare i economizern. Den ekonomiskt genomförbara temperaturen för dessa gaser bakom economizern t`` eq.cel måste uppfylla villkoret.

Var t eq.cor- den lägsta tillåtna gastemperaturen i ekonomisatorn, fastställd baserat på otillåtligheten av korrosion på dess ytor;

t` ek-temperaturen på gaser som kommer in i economizern.

Ytekonomisatorer minskar inte rökgastemperaturen till ett ekonomiskt genomförbart värde. Dessutom, i pannhus med liten kapacitet, är det inte praktiskt att installera konventionella economizers, eftersom deras placering kräver betydande extra utrymme och tillverkningen av konventionella economizers kräver en stor mängd metall. Dessa nackdelar saknas i kontaktförsörjare, som använder inte bara avgasernas känsliga värme, utan också det latenta förångningsvärmet, vilket säkerställer en hög ekonomisk effekt av deras användning.

För närvarande massproduceras EK-BM kontaktekonomisatorer med en effekt på upp till 1,22 MW (1,05 Gcal/h), som används i pannhus i industriella och kommunala företag; De värmer vatten för tekniska behov. Fördelarna med kontaktekonomisatorer: metallbesparingar, hög intensitet av värmeväxling mellan gaser och ett lager av keramisk ringpackning, en stor värmeväxlingsyta per volymenhet och en kraftig ökning av effektiviteten hos pannanläggningar (med 10-15%) .

EK-BM-ekonomisörer har emellertid också betydande nackdelar: enhetens stora dimensioner (med en effekt på 1,22 MW, dess längd är 2,44, bredd 2 och höjd 5 m; stor massa - 5 t, inklusive massan av metalldelar 2,2 t ); omöjligheten att använda trycket som skapas i stadens vattenförsörjningsnät för att lyfta uppvärmt vatten till konsumenterna (på grund av ett brott i vattenströmmen inuti economizern); economizers olämplighet för tappvarmvattenförsörjning, eftersom cancerframkallande ämnen, kväve och koloxider som finns i avgaserna överförs till vatten under kontaktuppvärmning.

Dessa nackdelar elimineras i en dubbelkrets kontaktekonomisator utvecklad av T.P. Kalashnikova. I sin första krets värms vatten upp av avgaser, det uppvärmda vattnet överför sin värme i en ytvärmeväxlare behov.

" Gaser från pannrumsuppsamlingssvinen kommer in i kontaktekonomisatorn och, efter att ha avgett sin värme vid en temperatur på cirka 30°C, avlägsnas de med en rökavluftare in i skorstenen. Vatten kommer in i economizern genom en vattenfördelare, huvuduppvärmningen av vattnet sker i ett munstycke som består av keramiska ringar. Vatten som värmts upp till en temperatur av 65°C kommer sedan in i värmeväxlaren, där det avger sin värme till tappvatten och pumpas in i vattenfördelare, och tappvatten som värmts upp till cirka 55°C släpps ut i varmvattnets ackumulatortank försörjningssystem. Livslängden för värmeväxlaren och pumpen är dock kort på grund av närvaron i primärkretsvattnet av en stor och kontinuerligt ökande mängd fri koldioxid och syre. I detta avseende installeras syrabeständiga avloppspumpar och plaströr och värmeväxlare används.

Uppvärmningskapaciteten för en sådan economizer för ett pannhus med sex Minsk-1-pannor med en uppvärmningskapacitet på 0,93 MW (0,8 Gcal/h) var bestämd till 1 MW (0,86 Gcal/h), vilket gjorde det möjligt att överge installationen av en panna (panneffektiviteten ökade med 18%). Med ökande bränslekostnader överstiger inte återbetalningstiden för kapitalinvesteringar 2 år.

Den ekonomiska effektiviteten av att använda en sådan economizer beror till stor del på tätheten av bevattning av dess munstycke med vatten, hastigheten på gaserna i den och den antagna höjden på munstycket. När gasernas hastighet ökar, minskar kostnaden för economizern och utnyttjandegraden av deras värme ökar, men energikostnaderna ökar. Samtidigt ökar dessa kostnader och vattennivån med ökande bevattningsdensitet eller munstyckshöjd.

Det är uppenbart att det finns några kombinationer av värdena för de listade parametrarna där de givna installationskostnaderna skulle vara minimala. Svårigheten att hitta en sådan optimal kombination reduceras avsevärt om ett intervall med hög termisk verkningsgrad för munstyckena först hittas, vilket är en kvot av den volymetriska värmeöverföringskoefficienten k v , W/(m 3∙ K) [kcal/(h) ∙m 3∙ C), dividerat med makten N, spenderas på att övervinna munstyckets motstånd. Först bestäms dess värmeöverföringskoefficient kn med formeln för N. M. Zhavoronkov:

. (13.2)

Den volymetriska värmeöverföringskoefficienten k v är produkten av k n och ytarean på 1 m 3 av munstycket (för ringar 25X25 mm är denna area ≈205 m 2).

Den erforderliga effekten bestäms med hjälp av välkända formler. Den genomsnittliga gashastigheten i economizern bör inte överstiga 1-1,2 m/s, och bevattningsdensiteten bör inte överstiga 5-10 m3/(m2 ∙h). Under sådana förhållanden är det möjligt att utföra värmeöverföringsprocessen ganska ekonomiskt och undvika att installera ett alltför skrymmande och dyrt economizerhus.

Den ekonomiska effektiviteten hos en economizerenhet kan också ökas genom att använda andra typer av packningar som kombinerar en större värmeväxlingsyta med en mer aerohydrodynamiskt strömlinjeformad form. Valet av ett eller annat munstycke bestäms av ekonomiska beräkningar.

Ett ekonomiskt mycket effektivt system för användning av kontaktvärmeväxlare i pannrum utvecklades av Research Institute of Sanitary Engineering and Building Equipment (Kiev). Närvaron i sådana pannhus av inte bara kontakthushållare utan också kontaktluftvärmare gör det möjligt att samtidigt minska bränsleförbrukningen och eliminera användningen av kemisk vattenbehandling för att mata värmeförsörjningssystemet. Detta resultat uppnås på grund av det faktum att processen för kondensatbildning som sker i kontaktekonomisatorn (från vattenånga som finns i rökgaserna) förbättras genom att fukta luften som kommer in i kontaktluftvärmaren. Användningen av ett sådant schema i det integrerade pannrummet i energiteknikkomplexet i Chelyabinsk Plexiglas Plant (två KV-GM-50 pannor och en GM-50 panna) visade att så mycket kondensat kan när man värms upp luften som kommer in i pannorna. erhållas att pannrummet kan drivas utan kemisk vattenbehandling (vid retur från värmesystem mer än 66 % kondensat). En ytterligare effekt är att utsläppen av kväveoxider (från skorstenen till atmosfären) reduceras flera gånger.

Vattnet som värms upp i ekonomisatorn strömmar in i avkolningsanordningen och skickas sedan, med hjälp av en pump, till den mellanliggande värmeväxlaren och värmeväxlaren i varmvattenförsörjningssystemet och återgår sedan till ekonomisatorn. En del av detta vatten tillförs tanken, varifrån det sedan pumpas in i avluftaren och sedan matas in i värmesystemet.

Det cirkulerande vattnet i luftvärmaren blandas med kranvatten, varav en del kompenserar för dess förluster på grund av avdunstning i luftvärmaren, och resten förs bort till avloppet och tar med sig salterna som finns i vattnet

Driften av en sådan pannanläggning vid Chelyabinsk Plexiglasfabrik gjorde det möjligt att minska kostnaderna för genererad termisk energi med 15 % och specifika kapitalinvesteringar med 10 % jämfört med samma ekonomiska indikatorer för ett konventionellt pannhus med samma kapacitet.

En betydande ökning av effektiviteten hos grupppannhus uppnås genom att utveckla (under deras design) ett rationellt driftläge för pannorna; i detta läge bör pannornas verkningsgrad vid valfri belastning på pannrummet vara nära det högsta möjliga för en given typ av panna och typ av bränsle.

Det är känt att med en ökning av pannans värmeeffekt minskar specifika förluster till miljön q 5 och specifika förluster med rökgaser q2, kemisk underbränning q 3 och mekanisk q 4 underbränning ökar. För det första är minskningen av förlusterna q 5 större än ökningen av förlusterna q 2 + q 3 + q 4 och pannans verkningsgrad ökar, men sedan förluster q 2 + q 3 + q 4öka snarare än minska q 5 , och effektiviteten börjar minska.

Genom att känna till beroendet av pannornas effektivitet på deras termiska belastning är det möjligt att fastställa ett rationellt läge för deras drift.

Enligt AKH (Academy of Public Utilities) är den mest ekonomiska driften av pannorna Kch-3 och Kch-2, utrustade med förkammare eller insprutningsbrännare för förbränning av gas, med en verkningsgrad på minst 85% och vid förbränning av bränsle olja - minst 82% för pannor Kch-2 och 85% för Kch-3 pannor. Med hänsyn till detta upprättas driftschemat för varje panna under följande grundförutsättningar: 1) antalet pannor i drift under hela uppvärmningsperioden ska säkerställa att de fungerar med en verkningsgrad på minst det minsta tillåtna; 2) pannor med högsta verkningsgrad tas i drift först.

Baserat på dessa förutsättningar är det möjligt att upprätta ett schema för driften av fyra Universal-5-pannor placerade i ett pannrum med en värmekapacitet på 1,58 MW (1,36 Gcal/h). En panna måste fungera med en pannrumsbelastning på upp till 0,35 (0,3), två pannor - i belastningsområdet från 0,35 till 0,62 (0,3 till 0,53), tre pannor - från 0,62 till 0,87 (från 0,53 till 0,75) och fyra pannor - med en belastning på mer än 0,87 MW (0,75 Gcal/h). Givet pannrummets designvärmeeffekt kommer uppenbarligen pannorna att fungera mindre ekonomiskt; denna korta tidsperiod inträffar när belastningen överstiger 0,36∙4=1,44 MW (1,24 Gcal/h). Vid konstruktionstemperaturer för utomhusluft - 32°C och internluft 18°C, måste en panna arbeta vid en extern lufttemperatur över 5°C, två pannor - i intervallet 5 till -2°C, tre pannor - i sträcker sig från -2 till -10°C och fyra pannor - vid temperaturer under -10°C. En ännu större effekt kommer att erhållas om, förutom dessa beräkningar, temperaturen på vattnet som lämnar varje panna bestäms vid olika t"H.

Liknande scheman bör upprättas för pannhus med större pannor. I alla fall kommer närvaron av sådana scheman som en del av projekten för motsvarande pannhus att spara en betydande mängd bränsle utan ytterligare kapitalinvesteringar.

Praxis har visat att när man manuellt reglerar värmeeffekten för pannor, är deras effektivitet betydligt mindre än den beräknade. Vid användning av automatiskt fungerande regulatorer ökar effektiviteten hos förgasade pannor avsevärt. I detta fall regleras värmeeffekten för pannrummet genom att hålla temperaturen på vattnet som lämnar pannorna i enlighet med det beräknade värmeschemat. Samtidigt säkerställs en högkvalitativ förbränning genom att ändra mängden luft som tillförs förbränningszonen (med en justerad gasflödeshastighet).

En ökning av effektiviteten hos pannanläggningar uppnås också genom att sända deras drift och närvaron av automatiska kontrollanordningar för gasförbränning i förgasade pannor. Enligt St. Petersburg Research Institute AKH, när man använder sådana enheter, minskas gasförbrukningen med 7% från dess beräknade värde när man reglerar förbränningsprocessen manuellt. Att skicka driften av pannrum ger ytterligare värmebesparingar, eftersom det möjliggör snabb upptäckt och eliminering av alla överträdelser av förbränningsprocessen. Samtidigt löses en andra, mycket viktig uppgift - att minska antalet arbetare som servar pannhus. I många fall uppnås detta genom att all driftpersonal avlägsnas från pannrummen och periodvis serva dem av mekaniker i personalen på kontrollcentralen.

Sålunda har i synnerhet i ett antal städer i landet utsändning av grupppannhusens arbete utförts, organiserat enligt ett en- eller tvåstegsschema. I det första schemat är alla pannhus anslutna direkt till det centrala kontrollcentret i det andra schemat är centralpunkten ansluten till lokala kontrollcenter, som tar emot signaler om driften av varje pannhus som är ansluten till denna punkt. Enstegsschemat är enklare, men kräver oberoende kommunikationslinjer för varje anslutet pannrum. Med ett tvåstegsschema är kostnaden för dessa linjer mindre, men kostnaderna för att inrätta kontrollrum ökar.

Den ekonomiska genomförbarheten för att skicka driften av pannhus bestäms genom att jämföra de givna kostnaderna, rubel, för konventionella pannhus P n.a. och att skickas P d:

Var Zko t och Z d- Löner för personal som servar outsända och utsända pannhus (med periodiseringar); K o- Kapitalinvesteringar i utrustning och instrumentering.

K p, K zd, K l- kostnader för designarbete, konstruktion av kontrollrumslokaler och kommunikationslinjer;

Ro, Rl, Ra- Kostnader för större reparationer av utrustning för kommunikationsledningssystemet och för hyra av lokaler;

∆T- minskning av kostnaderna för värme som förbrukas i värme- och varmvattenförsörjningssystem anslutna till dessa utsända pannhus;

U– kostnadsfaktor.

Serviceläxan för pannrumssändningssystemet kan för närvarande endast bestämmas preliminärt, eftersom utsikterna för tekniska framsteg inom detta område av bostäder och kommunala tjänster fortfarande är oklara. Det kan dock antas att det kommer att vara nära den genomsnittliga livslängden för ingenjörsutrustning i bostadshus, som för närvarande antas vara 30-35 år, med hänsyn till inkurans; i detta fall U≈ 12.

En betydande minskning av effektiviteten hos industriella värmepannhus observeras på grund av kraftiga fluktuationer i belastningar, stora i storlek och kort i tid (i fall där de termiska belastningarna för tekniska behov avsevärt överstiger värme- och ventilationsbehoven och de är ojämna). På grund av den variabla värmeförbrukningen ändras ugnens driftsläge, vilket på grund av sin tröghet inte omedelbart anpassar sig till den ändrade belastningen, och pannan arbetar i ett ostadigt tillstånd; samtidigt minskar effektiviteten hos vertikala vattenrörspannor med 4-8%.

Användningen av termiska ackumulatorer säkerställer driften av pannor med en konstant belastning vid hög effektivitet i fall där dess fluktuationer bland konsumenterna är mycket betydande. Dessutom absorberar batterier en del av toppbelastningen, vilket ofta gör det möjligt att minska antalet installerade pannor eller deras enhetseffekt.

Om det finns ångpannor i det industriella värmepannrummet, är det lämpligt att använda ångvattenackumulatorer med variabelt tryck. När trycket i dem minskar kommer vattnet att överhettas och delvis förvandlas till ånga, som dessutom levereras till konsumenterna. När belastningen minskar kommer en del av den genererade ångan in i batterierna, där den kondenserar, vilket ökar entalpin för vattnet i batterierna.

Sådana batterier används i stor utsträckning utomlands. Genomförbarheten av deras installation bestäms av ekonomisk beräkning, som tar hänsyn till en ökning av pannhusets effektivitet med i genomsnitt 10%. Området för ekonomiskt genomförbar användning av batterier beror på förhållandet mellan deras lagringskapacitet L, t ånga, till pannhusets medelbelastning D avg, t/h. Enligt Yu. L. Gusev och I. I. Pavlov, med L/Dsr upp till 4,2, när man jämför de givna kostnaderna för ett pannrum med fyra förgasade DKVR-10-pannor och ett pannrum med tre av samma pannor och en ackumulator.

Den största effekten av användningen av batterier uppnås i pannhus som drivs med fast bränsle, eftersom i sådana fall, på grund av den höga termiska trögheten hos ugnen och bränsleskiktet, pannorna förs till driftläge med hög effektivitet (efter topp eller kraftigt minskade belastningar) efter ett betydande tidsintervall .

På många företag når ångförlusterna ibland 15-20 % av deras totala produktion. De vanligaste orsakerna till dessa förluster är funktionsfel i ångfällor, bildandet av sekundär ånga i kondensatuppsamlingstankar och utblåsning av ångpannor.

För normal drift av kondensavskiljaren är det nödvändigt att ångtrycket vid dess inloppskoppling är minst 35 kPa (0,35 kgf/cm 2) och att den kan pressa in kondensat i kondensatledningen om den är placerad ovanför kondensavskiljare. Om det är lägre tryck, installeras låsbrickor, men när ångtrycket ändras kan de inte justera mängden kondensat som släpps ut därefter. Den justerbara hållarbrickan har inte dessa nackdelar, vars tvärsnitt av det genomgående hålet kan ändras med en skruv.

Brickan monteras mellan två flänsar. För att reparera det, såväl som att snabbt passera en stor mängd kondensat som bildas i början av ångledningens drift, installeras en bypassledning med en avstängningsventil på den nära brickan.

Beskrivning:

Energikostnaderna utgör en betydande del av driftskostnaderna för alla kommersiella byggnader. Modernisering av tekniska system kan minska dessa kostnader. Kapitalinvesteringar i modernisering av pannutrustning har i många fall en kort återbetalningstid.

Ekonomisk effektivitet av pannrumsmodernisering

Energikostnaderna utgör en betydande del av driftskostnaderna för alla kommersiella byggnader. Modernisering av tekniska system kan minska dessa kostnader. Kapitalinvesteringar i modernisering av pannutrustning har i många fall en kort återbetalningstid.

Mycket effektiv reglering

Ett av de bästa sätten att garantera effektiv drift av ett pannhus är högeffektiv reglering, som kan tillämpas på både ång- och varmvattenpannhus. Högeffektiv styrning gör att du kan spara i genomsnitt 4 till 5 % av använd värmeenergi och betalar sig själv inom ett år.

Hur kan du förbättra effektiviteten i din panna? Det är känt att vid ett visst förhållande mellan luft- och bränsleflöden sker den mest fullständiga förbränningen inuti pannan. I det här fallet är det nödvändigt att uppnå förbränningsprocessen med en minimal mängd överskottsluft, men under det obligatoriska villkoret för att säkerställa fullständig förbränning av bränslet. Om överskottsluft tillförs eldstaden i större mängder än vad som krävs för den normala förbränningsprocessen, så brinner inte överskottsluften och kyler bara eldstaden till onödigt, vilket i sin tur kan leda till förluster på grund av kemisk ofullständig förbränning av bränslet.

Det är också nödvändigt att kontrollera rökgasernas temperatur. När temperaturen på rökgaserna vid pannans utlopp är för hög, reduceras enhetens effektivitet avsevärt på grund av att överskottsvärme släpps ut i atmosfären, som skulle kunna användas för sitt avsedda ändamål. Samtidigt, vid arbete med flytande bränslen, får temperaturen på rökgaserna vid pannans utlopp inte tillåtas sjunka under 140 °C när svavelhalten i bränslet inte är mer än 1 % och under 160 °C när svavelhalten i bränslet är inte mer än 2–3 %. Dessa temperaturvärden bestäms av rökgasernas daggpunkt. Vid dessa temperaturer börjar kondensationsprocessen i rökrören och rökuppsamlingskammaren. När svavlet som finns i bränslet kommer i kontakt med kondensatet resulterar en kemisk reaktion i att först svavelsyra och sedan svavelsyra bildas. Resultatet är intensiv korrosion av värmeytor.

För att uppnå större effektivitet vid högprecisionsjustering är det nödvändigt att först utföra en grundläggande rengöring av eldstaden och skorstenarna. För att minska överskottsluft och minska temperaturen på rökgaserna är det nödvändigt:

– eliminera läckor i förbränningskammaren;

– kontrollera skorstenens drag och montera vid behov ett spjäll i skorstenen;

– öka eller minska pannans märkeffekt;

– övervaka överensstämmelsen med mängden förbränningsluft;

– optimera brännarens modulering (om brännaren är utrustad med denna funktion).

För gaspannor, med hjälp av en gasmätare och ett stoppur, kan du ta reda på om den erforderliga mängden bränsle tillförs brännaren. Om pannan eldas med tjockolja kontrolleras om flödet som mäts av flödesmätarmunstycket och det tryck som genereras av oljepumpen är lämpliga för effektiv drift av pannan.

En avgasanalysator används för att utvärdera förbränningseffektiviteten. Mätningar görs före och efter justering.

De mest lämpliga för högeffektiv reglering är pannor med uppblåsbara gaseldkammare och oljeeldkammare. Mindre lämpliga är pannor med kombinerade brännare för två typer av bränsle, samt gaspannor med atmosfäriska brännare.

För kombinerade brännare är drift på en typ av bränsle ofta en kompromiss för att bibehålla funktionalitet på en annan typ av bränsle. Och justeringen av gaspannor med en atmosfärisk brännare begränsas av tekniska föreskrifter och utrustningens fysiska egenskaper.

Reglering genom passerar

För gjutjärnspannor i värmesystem, när man reglerar värmetillförseln till värmesystemet enligt den interna lufttemperaturen i byggnadens kontrollrum ("avvikelse"-reglering), kan det utföras genom att periodiskt stänga av systemet (“ bypass”-reglering) med en temperatursensor. Detta kommer att spara 10 till 15 % av förbrukad värmeenergi och kommer att betala sig själv inom två år.

För stålpannor är denna metod för att reglera vattentemperaturen oönskad. Ur hållfasthetsegenskaper för en stålpanna är en stor temperaturskillnad inte farlig, men pannan bör inte drivas med en vattentemperatur i returledningen (vid pannans inlopp) under 55 °C. Faktum är att vid denna temperatur på pannvattnet kan temperaturen på rökgaserna vid kontaktpunkterna med rökrörets vägg vara under daggpunktstemperaturen, vilket kommer att orsaka kondensbildning på rökens väggar rör och leda till att de korrosion i förtid. Därför använder de ofta vattentemperaturkontroll med hjälp av en trevägsventil med en temperatursensor, nackdelen med denna metod är en lång återbetalningstid, från 5 år och uppåt. Som ett alternativ kan skipstyrning användas i kombination med en termostatisk returvattentemperaturgivare. Denna metod är mindre ekonomisk och kommer att betala sig själv inom 4–5 år.

Reglering genom att stänga av

I vanlig praxis, på hösten, med början av uppvärmningssäsongen, startar underhållstjänsten värmesystemet och stänger av det först på våren. Detta leder till det faktum att pannan inte stängs av även under varma dagar och fortsätter att fungera.

Automatisk styrning genom att stängas av när utetemperaturen når +8 °C kan spara från 3 till 5 % av den förbrukade värmeenergin och betalar sig själv inom 2–3 år.

Reglering av panncykel

Om pannans drift regleras av "pass" beroende på uteluftens temperatur, uppstår ofta följande problem: under övergångsperioder, när utetemperaturen ändras kraftigt under dagen, är pannans på/av-cykel vanligtvis kort, rör och värmeanordningar har inte tid att värma upp ordentligt och detta leder till undervärmning av byggnaden; på vintern, när den kalla temperaturen förblir konstant, är pannans på/av-cykel för lång, vilket leder till överhettning av byggnaden. För att eliminera detta problem rekommenderas det att installera en styrenhet som reglerar den minimala och maximala tiden som pannan slås på. Detta sparar från 3 till 5 % av förbrukad värmeenergi och kommer att betala sig själv på cirka 3 år.

Artikel förberedd N. A. Shonina, universitetslektor vid MARchI

P.B. Roslyakov, K.A. Pleshanov,
Moskvas energiinstitut (Tekniska universitetet)

ANTECKNING

Nedan överväger vi en metod för att bränna bränsle med kontrollerad kemisk underbränning, vilket gör det möjligt att minska utsläppen av kväveoxider med 20-40% och öka pannans effektivitet. Resultaten av implementeringen av metoden, experimentella och teoretiska studier presenteras.

1. INTRODUKTION

Den ryska energistrategin för perioden fram till 2030, godkänd av den ryska regeringen, sätter nya uppgifter för att förbättra energi- och miljöeffektiviteten för det ryska bränsle- och energikomplexet som helhet. Dessa krav är formulerade för ny och redan fungerande kraftutrustning och i synnerhet för ångpannor.

2. METODER FÖR BRÄNSLEFÖRBRÄNNING

2.1. Traditionella idéer om förbränning av bränslen i pannugnar

Det mesta av den tekniska flottan av pannor i Ryssland utvecklades före 80-talet. På den tiden trodde man att bränsle skulle förbrännas med hög termisk spänning av förbränningskammarens tvärsnitt qF, överskottsluftkoefficient a, vid höga temperaturer i den aktiva förbränningszonen (ACZ) - Detta gör det möjligt att minimera förluster med kemisk och mekanisk underbränning av bränslet. Men under sådana förhållanden är utsläppet av kväveoxider NOX maximalt. Därför är problemet med att förbättra miljöegenskaperna hos befintliga pannor särskilt akut.

2.2. Sätt att förbättra pannornas miljöegenskaper, implementerade i bränsleförbränningsstadiet

Införande av åtgärder för att minska utsläppen av skadliga ämnen (HS) på gamla pannor såsom stegvis, stegvis förbränning, recirkulering av förbränningsprodukter m.m. leder som regel till en minskning av pannans effektivitet, kräver en betydande mängd rekonstruktion och betydande finansiella kostnader.

Efter antagandet 2004 av den federala lagen "Om ratificeringen av Kyotoprotokollet till FN:s ramkonvention om klimatförändringar" ägnade landet särskild uppmärksamhet åt effektiviteten hos värmekraftverk och minskningen av koldioxidutsläppen av växthusgaser i atmosfär. Därför moderna sätt att reducera oxider

kväve bör inte bara förbättra pannans miljösäkerhet, utan också öka dess driftseffektivitet. Metoden för bränsleförbränning med kontrollerad kemisk underbränning, utvecklad vid MPEI, kombinerar kraven för att förbättra pannans miljömässiga och ekonomiska effektivitet.

Metoden är optimal ur implementeringssynpunkt, eftersom är enkelt, billigt och snabbt implementerat.

3. BRÄNSLEFÖRBRÄNNING MED KONTROLLERAD KEMISKA UNDERFÖRBRÄNNING

3.1. Metodens fysiska väsen

Huvudidén med metoden att bränna bränsle med måttlig underbränning är att minska lokalt överskott av luft i förbränningskammaren genom att minska mängden organiserad luft som tillförs ugnen. En minskning av fritt syre i förbränningszonen undertrycker bildningen av termiska och bränslekväveoxider, medan utsläppet av produkter från ofullständig förbränning av bränsle, kontrollerat av innehållet av kolmonoxid CO i förbränningsprodukterna, ökar något (Fig. 1). .

3.2. Bestämma det optimala bränsleförbränningsläget

I experimentella studier utförda vid förbränning av olika typer av bränsle i pannor med olika kapacitet, fastställdes pannornas miljömässiga och ekonomiska egenskaper. Rökgaser från värmekraftverk innehåller varierande mängder miljöfarliga föroreningar, därför

Miljösäkerheten för panndriften utvärderades av den totala giftiga riskindikatorn ΠΣ, som tar hänsyn till innehållet av skadliga föroreningar och deras toxicitet. Resultaten av studier med CO-halten i de gaser som lämnar pannan inom de standardiserade gränserna 300-400 mg/nm3* ger en minskning av ΠΣ med 1,5-2 gånger. Samtidigt ökade bidraget från produkter från ofullständig förbränning av bränsle (benso(a)pyren (B(A)P) och CO) till endast 2-10 % (fig. 2).

Pannans effektivitet bedömdes utifrån dess effektivitet. Under studiet av pannor som bränner naturgas uppstår den maximala verkningsgraden när CO-halten i rökgaserna är från 50 till 100 mg/Nm3 (Fig. 3).

Numeriska experiment utförda med ROSA-2 SPP, utvecklad vid Institutionen för ånggeneratorteknik vid Moscow Power Engineering Institute, visade att CO-halten i pannans avgaser vid nivån 50 mg/nm motsvarar förbränningen av en förblandad homogen bränsle-luftblandning kl<х=1. При этом КПД котла максимален, т.к. потери от недожога топлива

Under verkliga förhållanden för förbränning av naturgas med underförbränning faller minskningen av ΝΟΧ-utsläppen i intervallet från 20 till 40 %. En ytterligare ökning av CO i pannans rökgaser är opraktisk, eftersom pannans verkningsgrad minskar och ΝΟΧ-utsläppen ändras något.

bКз-/5-i.yi M; ί - numeriskt experiment

Som ett allmänt kriterium för metodens effektivitet, med hänsyn till både miljösäkerhet och pannans effektivitet, den totala betalningen av stationen S^ för utsläpp av skadliga ämnen (HS) 5ВВ i enlighet med bränslet som används 5T: 5Σ = 5T + Sm. Priset för bränsle togs lika med 2230 rubel. per 1000 m3 naturgas (priser fastställda under första kvartalet 2009).

Med nuvarande myndighetsavgifter för skadliga utsläpp är det rådande värdet på beroendet 5Σ = DSO), visat i fig. 5, har en bränsleladdning (mer än 99,9%). Det bör särskilt noteras att naturgas för närvarande är det billigaste bränslet i Ryssland. Men vid förbränning av andra typer av bränsle kommer värdet på 5Σ också huvudsakligen att bestämmas av kostnaden för bränslet, d.v.s. pannans effektivitet.

Av ovanstående följer att det optimala driftsättet för pannan vid drift med måttlig underbränning är det läge där maximal effektivitet uppnås. Den obetydliga andelen TPP-avgifter för utsläpp av skadliga ämnen till atmosfären av de totala driftskostnaderna tyder på det olämpliga i att införa dyra luftskyddsåtgärder. Ofta leder deras implementering på befintliga pannor, förutom märkbara kapitalkostnader för återuppbyggnaden av pannan, till en ökning av driftskostnaderna. Denna situation är ett argument för att höja befintliga regleringsavgifter för utsläpp av skadliga ämnen till atmosfären.

Alla värden i texten och illustrationerna är givna baserat på standardförhållanden: temperatur 0 "C, tryck 101,3 kPa och överskottsluft i gaser a = 1,4.

3.3. Resultat av utländska forskares arbete

Resultaten av forskningen och implementeringen av den föreslagna förbränningsmetoden med kontrollerad underbränning bekräftas av slutsatserna från utländska verk, där denna förbränningsteknik betraktas som en kombinerad lösning på problemen med att öka miljösäkerheten och pannans driftseffektivitet.

I synnerhet i arbeten som ägnas åt förbränning av fast bränsle i pannor noterades en minskning av kväveoxidutsläppen från 10 till 30%. För naturgas sträcker sig NOX-reduktionseffektiviteten från 10 till 20 %.

Under studien av den föreslagna metoden för bränsleförbränning genomfördes dess implementering vid kraftverk (BKZ-75-3.9GM, TsKTI-75-3.9, TP-150, TGM-84B, TPE-430) och vattenvärmeverk ( KVGM-180-150) pannor på vilka positiva resultat erhölls.

Resultaten av studierna gör det möjligt för oss att rekommendera den föreslagna metoden att förbränna bränsle med måttlig underbränning för att minska utsläppen av kväveoxider i befintliga underkritiska tryckpannor (SCP) med en ångkapacitet på upp till 500-640 t/h, där det är olönsamt att genomföra kostsamma luftskyddsåtgärder.

4. INTRODUKTION AV BRÄNSLEFÖRBRÄNNING MED KONTROLLERAD KEMISKA FÖRBRÄNNING

Vid traditionell förbränning måste den slutliga förbränningen av bränslet ske uteslutande i förbränningskammaren. Fullständig förbränning av bränsle i eldstaden uppnåddes genom att öka mängden luft som tillfördes eldstaden på ett organiserat sätt och upprätthålla höga temperaturer i förbränningszonen. Detta orsakades av bristen på nödvändiga instrument för att övervaka sammansättningen av förbränningsprodukter. Ett ökat luftöverskott i ugnen ledde till ökad bildning av kväveoxider och alltför stora förluster i rökgaserna från pannan. Den nuvarande nivån av teknisk utveckling gör det möjligt att installera anordningar för övervakning av sammansättningen av förbränningsprodukter i pannornas gaskanaler, vilket kan förbättra både pannans effektivitet och dess miljöegenskaper.

Moderna miljövänliga metoder för förbränning av bränsle kännetecknas av att förbränningsprocessen försenas. Ganska ofta, som vid bränsleförbränning med kontrollerad kemisk underbränning, sker den slutliga omvandlingen av kemiska underbränningsprodukter i pannans konvektivaxel. Eftersom när man implementerar en metod för förbränning av bränsle med kontrollerad kemisk underbränning är det nödvändigt att upprätthålla ett optimalt överskott av luft, bör system för kontinuerlig instrumentell övervakning av förbränningsprodukter installeras på pannor för att bestämma koncentrationerna av CO, O2 och NO i förbränningsprodukter.

De flesta av de pannor som för närvarande är i drift vid termiska kraftverk togs i drift för mer än 20 år sedan, därför motsvarar deras driftsegenskaper i regel inte längre helt konstruktionsvärdena. Detta hänför sig i första hand till insugning av kall luft in i pannans förbränningskammare och gaskanaler, såväl som den enhetliga fördelningen av bränsle och luft genom brännaranordningarna. Innan man inför bränsleförbränningslägen med kontrollerad måttlig underbränning på sådana pannor är det därför nödvändigt att täta ugnen, kontrollera standardinstrument och eliminera distorsion i luft-bränslekanalerna. Det senare gör att du kan optimera bränsleförbränningsprocessen och minska utbytet av CO och B(A)P.

Fullständig identifiering av bränsleförbränningsläget kräver installation av gassammansättningsövervakningsanordningar i flera sektioner av panngasvägen.

Denna rekommendation beror på det faktum att omvandlingen av produkter av ofullständig förbränning av bränsle längs pannvägen leder till en förändring i rökgasernas skadlighet. De beräknade beroendena av den totala skadligheten av förbränningsprodukter i driftssektionerna (bakom den roterande kammaren) och kontrollsektionerna (bakom rökavgasren) kommer att skilja sig vid arbete med underbränning. Därför kommer valet av optimala driftsförhållanden för en panna med måttlig underbränning endast baserat på resultaten av mätning av sammansättningen av gaser i driftssektionen att vara felaktigt.

Det är därför det är nödvändigt att kontrollera O2- och CO-koncentrationerna i regim- och kontrollsektionerna. Det är känt att bildningen av kväveoxider är fullständigt fullbordad i förbränningskammaren och längre längs gasvägen förändras deras massflöde och koncentration (i termer av torra gaser och α = 1,4) praktiskt taget inte. Därför kan kontroll av ΝΟΧ-innehållet i princip organiseras i vilken som helst av de angivna sektionerna av gasbanan, där den största representativiteten av resultaten säkerställs.

Vid utförande av justeringstester i syfte att upprätta prestandakartor är det också lämpligt att utföra instrumentella mätningar av bens(a)pyrenhalten i gasvägens regim och kontrollsektioner. Man bör komma ihåg att B(a)P-halten ger ett obetydligt bidrag till den totala skadligheten av avgaser som släpps ut i atmosfären (se fig. 2, kurva 4).

Separat bör det noteras att ett system för kontinuerlig övervakning av gassammansättning, inklusive instrument för analys av Cb, CO och NO, kan användas inte bara för implementering av lågtoxiska förbränningslägen, utan också som ett övervakningssystem för beräkna avgifter för skadliga utsläpp till atmosfären och deras spridning i angränsande områden.

Moderna krav för att automatisera processen att generera elektricitet och kontrollera bränsleförbränning kräver integrering av ett rökgasövervakningssystem i stationens automatiserade styrsystem. Baserat på detta, i december 2007, granskade och godkände det vetenskapliga och tekniska rådet (STC) vid RAO UES i Ryssland, vid ett möte i sektionen "Energisparande och miljöproblem med energi", resultaten av arbetet med forskningen och implementering av den föreslagna förbränningsmetoden. NTS erkände det som möjligt att införa en metod för förbränning av bränsle med kontrollerad måttlig underbränning vid termiska kraftverk utrustade med stationära mätsystem för övervakning av avgaser, CO och NOX i förbränningsprodukter som fungerar som en del av pannornas automatiserade styrsystem.

SLUTSATS

Experimentella studier utfördes på pannor med ångeffekt från 75 till 500 t/h (BKZ-75-39GM, TsKTI-75-39, TP-150, TGM-84B, TPE-430) vid förbränning av naturgas.

Testresultat visar en konsekvent minskning av NOX-utsläppen med 20-40 %. Den totala skadligheten av förbränningsprodukter minskar med 1,5-2 gånger.

En ökning av pannans bruttoverkningsgrad till 1 % har uppnåtts. Samtidigt minskar kostnaden för dragkraft och blåsning till 0,1 %.

Besparingar på bränsle och avgifter för utsläpp av skadliga ämnen uppgår till 0,5-2 miljoner rubel / år för varje 100 t/h pannånga.

Implementeringen av den föreslagna förbränningsmetoden kräver inte betydande material- och tidskostnader. För att öka dess effektivitet måste pannor vara utrustade med instrument för instrumentell övervakning av sammansättningen av rökgaser (O2, CO och NOX).

SYMBOLER

FEC - bränsle- och energikomplex; Effektivitet - effektivitetsfaktor; PPP - applikationsprogrampaket; ACS - automatiskt styrsystem.

BIBLIOGRAFI

1. Rysslands energistrategi för perioden fram till 2030.

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

2. Förbränning av naturgas med kontrollerad kemisk underförbränning som ett effektivt medel för att minska kväveoxidutsläpp / P.V. Roslyakov, I.L. Ionkin, L.E. Egorova//Ny i rysk elkraftindustri. 2006. Nr 12. s. 23-35.

3. Effektiv förbränning av bränslen med kontrollerad kemisk underbränning / P.V. Roslyakov, I.L. Ionkin, K.A. Pleshanov // Termisk kraftteknik. 2009. Nr 1. s. 20-23.

4. Kontroll av skadliga utsläpp från värmekraftverk till atmosfären. P.V. Roslyakov, I.L. Ionkin, I.A. Zakirov och andra; M.: MPEI Publishing House, 2004.

5. GOST 50831-95. Panninstallationer. Termomekanisk utrustning. Allmänna tekniska krav. - M.: IPK Standards Publishing House, 1996.

6. Dekret från Ryska federationens regering av den 12 juni 2003 nr 344 "Om betalningsstandarder för utsläpp av föroreningar till atmosfärsluften från stationära och mobila källor, utsläpp av föroreningar till yt- och underjordiska vattenförekomster, bortskaffande av industri- och konsumtionsavfall” (som ändrat från 1 juli 2005)

7. Kolmonoxidmätning i koleldade kraftpannor. Yokogawa Corporation of America, 2008.

8. Minska NOX-utsläpp med hjälp av mätning av kolmonoxid (CO). Rosemount Analytical, 1999.

9. Emissionsanalys. Toyota, 2001.

10. Fördelarna med mätning och kontroll av kol/luftflöde på NOx-utsläpp och pannans prestanda. S. Laux, J. Grusha, Foster Wheeler Power Group, 2003.

11. Studie av processerna för omvandling av kolmonoxid och benso(a)pyren längs gasvägen i pannanläggningar / P.V. Roslyakov, I.A. Zakirov, I.L. Ionkin et al. // Termisk kraftteknik. 2005. Nr 4. s. 44-50.

12. Kontrollerad kemisk underbränning är en effektiv metod för att minska kväveoxidutsläppen. Protokoll från den 18 december 2007 från mötet i avsnittet "Energisparande och miljöproblem med energi" från det vetenskapliga och tekniska rådet för RAO UES i Ryssland.