Одним з джерел централізованого та помірно-централізованого теплопостачання житлових, громадських та промислових будівель в Україні є промислово-опалювальні котельні з водогрійними та паровими котлами типів КВ-ГМ та ДЕ відповідно, які характеризуються підвищеними температурами відхідних димових газів.
Зниження температури відхідних димових газів за котлами може бути досягнуто при встановленні за ними теплоутилізаторів, що в цілому сприятиме підвищенню енергетичної ефективності котелень.
Для однієї з котелень (м. Чернігів) виконані розрахунки енергетичної ефективності при встановленні за котлами утилізаційних калориферних установок, що використовуються для нагрівання води власних потреб.
Калорифери – це теплообмінні апарати поверхевого типу, які зазвичай використовуться в системах механічної вентиляції для нагрівання припливного повітря у холодний період року, наприклад, гарячою водою. В системі утилізації навпаки можливо нагрівання води за рахунок охолодження відхідних димових газів.
Опис теплової схеми. В котельні встановлені два водогрійних котли (ВК)
КВ-ГМ-20 та чотири парових котли (ПК) ДЕ-10-14ГМ. Система теплопостачання – закрита. Температурний графік теплової мережі – (150/70)
о С. Для компенсації витікання води в тепловій мережі та недоповернення конденсату від споживачів встановлена двоступенева натрій-катіонітна установка водопідготовки (ХВО). Сира вода витратою 41,47 т/год з розрахунковою температурою 5 оС нагрівається у водо-водяному теплообміннику до 25 оС і надходить для пом’якшення на перший ступінь водопідготовки, після якого розділяється на два потоки. Перший потік пом’якшеної води витратою 19,76 т/год нагрівається в охолоднику деаерованої води до температури 61,2 о С і спрямовується на охолодник випару деаератора, і далі в атмосферний деаератор підживлюваної води. Другий потік пом’якшеної води витратою 14,8 т/год пом’якшується у другому ступені водопідготовки, після якого нагрівається до температури 29,5 о С в охолоднику продувальної води і спрямовується на охолодник випару деаератора, і далі в атмосферний деаератор живильної води.
Розрахункові дослідження ефективності утилізації теплоти.
Пропонується встановити наступні калориферні установки за котлами:
1. За першим ВК - для нагрівання сирої води витратою 41, 47 т/год, яка надходить на ХВО, від 5 до 25 о С.
2. За трьома ПК - для нагрівання хімічно очищеної води загальною витратою 19,76 т/год, яка після першого ступеня ХВО надходить в деаератор води для підживлення, від 61,2 до 94 о С.
3. За другим ВК - для нагрівання хімічно очищеної води витратою 14,8 т/год , яка після другого ступеня ХВО надходить в деаератор живильної води, від 29,5 до 94 о С.
Вибір калориферних установок здійснюється за необхідною площею теплопередавальної поверхні, м2, яка визначається за відомим рівнянням теплопередачі
де Qк – теплопродуктивність калориферної установки, кВт; K – коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м2∙К); Dtср – середній температурний напір, о С.
Можливу теплопродуктивність калориферів за димовими газами за
кожним з котлів, кВт, визначали за формулою [1]
де Lгiс- масова витрата сухих димових газів за котлами, кг/с; hг' іhг″- ентальпії димових газів на виході з котлів – на вході в калорифери і на виході з калориферів відповідно, кДж/кг.
Коефіцієнт теплопередачі в калориферах визначали у залежності від масової швидкості димових газів у фронтальному перерізі ρυг , кг/(с∙м2), та швидкості воді у живому перерізі трубок wв, м/с.
Зауважимо, що дійсна площа теплопередавальної поверхні калоферної установки Fд повинна перевищувати необхідну Fт на (10 – 20) %.
Використані в розрахунках витрату природного газу (Bк, м3/год) та температуру відхідних димових газів ( tг', , о С) для ВК КВ-ГМ-20 брали 2520 м3/год і 190 о С відповідно, а для ПК ДЕ-10-14ГМ – 698 м3/год і 143 о С [2].
Для природного газу заданого складу визначили теоретичний об’єм повітря на його спалювання (Vпов о = 9,52 м3/м3) та теоретичні об’єми утворених димових газів, м3/м3: (трьохатомних VRO2 ^o = 1,0; азоту VN2o = 7,52; водяних парів VH2 Oo = 2,15) [1].
Надалі при коефіцієнту надлишку повітря за котлами (aвідх = 1,15), вологовмісту повітря (dпов = 0,01 кг/кг с.п), вологовмісту природного газу
(dпл = 0,01 кг/кг с.пл) за методикою [1] визначили: дійсний об’єм водяної пари в димових газах ( VH2O = 2,17 м3/м3), дійсний об’єм димових газів (Vг = 12,12 м3/м3), масу сухих димових газів ( Gгс = 13,17 кг / м3), вологовміст димових газів на виході з котлів – на вході в теплоутилізатори ( dг' = 0,131 кг/кг с.г).
Ентальпію димових газів на виході з котлів – на вході в утилізатори, кДж/кг, визначали за формулою [1]
де cс.г і cп – теплоємність сухих димових газів і водяної пари в димових газах відповідно, кДж/(кг∙К).
В розрахунках брали cс.г = 1 кДж / (кг∙К), а cп = 1,97 кДж / (кг∙К), тоді для ПК hг.п'= 508, 2 кДж/кг, а для ВК - hг.в'= 567,4 кДж/кг.
Ентальпію димових газів на виході з калориферів визначали також за формулою (3) для так званого «сухого» режиму їх роботи (при температурі димових газів tг″= 60 оС), тоді і для парових і для водогрійних котлів ця ентальпія буде однаковою і становитиме hг″= 403,8 кДж/кг.
Масову витрату сухих димових газів на виході з котлів, кг/с, визначали за формулою [1]
З урахуванням наведених вище величин Bк і Gгс для ПК Lг.пс = 2,55 кг/с, а для ВК - Lг.вс= 9,21 кг/с.
Вибір калориферних установок виконаний за методикою [1], результати розрахунків наведені в табл. 1.
Таблиця 1 – Результати вибору калориферних установок
Кількість утилізованої теплоти димових газів за опалювальний сезон при встановленні калориферних установок за вказаними вище котлами для нагрівання сирої та хімічно підготовленої води, ГДж/рік, визначали за
формулою [1]
де ΣQк – сумарна теплопродуктивність всіх калориферних установок, кВт (табл. 1); tвн – температура внутрішнього повітря опалюваних приміщень, о С; tср.о - середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період, о С;
tр.о - розрахункова температура зовнішнього повітря на опалення, о С; nо – тривалість опалювального періоду, діб.
В розрахунках брали tвн = 20 о С, а за кліматологічними даними для м. Чернігова визначили tср.о = - 0,9 о С, tр.о = - 23 о С, nо = 187 діб [3], тоді величина енергетичного ефекту становитиме Qут.оп = 22229 ГДж/сезон. З урахуванням вартості одиниці теплоти за даними Чернігівоблкомуненерго 2125,18 грн/ГКал (507,20 грн/ГДж) економічна ефективність утилізації теплоти димових газів за п’ятьма котлами в котельні при встановленні за ними калориферних установок становитиме 11274548 грн/сезон.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Боженко М.Ф. Енергозбереження в теплопостачанні : навч. посіб./ М.Ф.Боженко, В.П.Сало. - Київ. : НТУУ «КПІ», 2008. – 268 с.
2. Алабовський О.М. Проектування котелень промислових підприємств: курсове проектування з елементами САПР : навч. посібник для студентів вузів із спец. «Промислова теплоенергетика» / О.М. Алабовський, М.Ф. Боженко, Ю.В. Хоренженко. – Київ : Вища школа, 1992. – 207 с.
3. ДСТУ – Н Б В. 1.1 – 27:2010. Захист від небезпечних геологічних процесів, шкідливих експлуатаційних впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія. – Чинний від 2011 – 11 – 01. Київ: Мінрегіонбуд України, 2011. – 123 с.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter