В багатьох промислово-опалювальних котельнях систем централізованого теплопостачання встановлені водогрійні і парові котли типів КВ-ГМ і ДЕ відповідно. Температура відхідних димових газів при спалюванні природного газу (tг') за водогрійними котлами складає (140 – 190) о С, а ККД (ηк.а) - (90,5 - 92,5) %. Для парових котлів tг'= (140 – 157) о С, а ηк.а = (90,3 - 92,8) % [1].
Зниження температури відхідних газів та підвищення ККД котлів можливе при використанні поверхневих чи контактних утилізаторів теплоти, в яких за рахунок охолодження димових газів можна нагрівати, наприклад, воду власних потреб котельні (сиру чи хімічно підготовлену) та зовнішніх споживачів. Поверхневі утилізатори експлуатуються зазвичай в так званому «сухому» режимі, а в контактних – здійснюється глибоке охолодження димових газів до температур, які менші за температуру точки роси.
Одним з ефективних теплоутилізаторів є так звана екологічно чиста теплоутилізаційна установка контактного типу ЕКТ [2]. Теплоутилізаційна установка являє собою комбінований контактний теплообмінник, що складається із розміщених в одному корпусі один над одним контактного теплоутилізатора (КТУ) і контактного повітронагрівача (КПН), об’єднаних у загальний циркуляційний контур насосом.
Димові гази з котла надходять в контактну камеру КТУ, де при контакті з водою охолоджуються і димососом відводяться в димову трубу. Нагріта в КТУ вода частково подається на контактний повітронагрівач і після нагрівання та зволоження повітря повертається до КТУ. Решта нагрітої води спрямовується у проміжний теплообмінник, де нагрівається вода зовнішніх споживачів.
Нагріте і зволожене у КПН повітря подається до дуттьового вентилятора котла, а інколи до нього підмішується сухе повітря з верхньої зони котельні.
Надходження в топку котла додаткової кількості водяної пари з дуттьовим повітрям сприяє зниженню температури в ядрі факела і зменшенню викидів NOx з димовими газами. Окрім цього, за рахунок збільшення вологовмісту дуттьового повітря зростає ентальпія димових газів на виході з котла, що призводить до підвищення ефективності утилізатора.
Як приклад, розглянемо промислово-опалювальну пароводогрійну котельню в м. Тернополі, в якій для покриття навантажень на опалення, вентиляцію і гаряче водопостачання споживачів у 24,4 МВт встановлено 3 водогрійні котли КВ-ГМ-6,5. Парове навантаження на технологію 14,4 т/год покривають 4 парові котли ДЕ-4-14ГМ.
Для природного газу заданого складу за методикою [3] визначили теоретичний об’єм повітря для його спалювання Vпо = 9,91 м3/м3 і масу сухих димових газів Gгс= 13,83 кг/м3.
В подальших розрахунках брали наступні вихідні дані:
- коефіцієнт надлишку повітря в топці ат = 1,05 і в відхідних димових газах авідх = 1,15;
- вологовміст повітря і природного газу dпов = dп.л = 0,01 кг/кг;
- параметри димових газів на виході з КТУ: температура = 30 о С, відносна вологість φг″= 100 %, ентальпія hг″= 91,46 кДж/кг ;
- коефіцієнт байпасування димових газів поза КТУ 0г = 0,25;
- параметри повітря: зовнішнього – температура tз = tср.о = - 0,2 о С, відносна вологість φз = 85 % [4]; після КПН - температура tк.п = 40 о С, відносна вологість φк.п = 100 %; в верхній зоні котельні - температура tв.з = 30 о С, відносна вологість φв.з = 30 %;
- коефіцієнт байпасування повітря поза КПН 0п = 0,20;
- температури потоків води: циркуляційного контуру – перед КТУ tу.п = 15 о С, після КТУ tу.к = 50 о С; зовнішніх споживачів – на вході в теплообмінник tсп.п = 5 о С, на виході з теплообмінника tсп.к = 40 о С.
• За h-d – діаграмою за наведеними вище температурою tз та відносною вологістю φз визначили ентальпію зовнішнього повітря на вході в КПН, яка склала hп'= 6,7 кДж/кг.
• За заданими температурою tк.п та відносною вологістю φк.п повітря після КПН спочатку визначили його вологовміст dк.п = 48,3 г/кг с.п, а потім за відомою залежністю – ентальпію, яка склала hп″= 164,4 кДж/кг.
• За h-d – діаграмою за заданими температурою tв.з та відносною вологістю φв.з повітря в верхній зоні котельні визначили його вологовміст dв.з = 8 г/кг с.п.
• За рівнянням суміші при заданому коефіцієнту байпасування 0п та визначених вологовмістах повітря dк.п і dв.з обчислили вологовміст зволоженого повітря, що надходить на пальники котлів, який складає dп.к = 40,3 г/кг с.п.
• За методикою [3] визначили дійсний об’єм водяної пари в димових газах при використанні в пальниках зволоженого повітря (VН2О = 2,77 м3/м3) та з урахуванням густини водяної пари при нормальних умовах (ρH2Oо= 0,804 кг/м3) і при наведеній вище величині Gгс обчислили вологовміст димових газів на виході з котлів – на вході в контактні теплоутилізатори, який складає dг'= 0,16 кг/кг с.г.
В процесі розрахунків також обчислювали середню густину повітря і середні густини димових газів (для водогрійних та парових котлів) , які були в подальшому враховані при визначенні об’ємних витрат потоків повітря в КПН та димових газів в КТУ.
Параметри встановлених котлів, а також основні результати розрахунків
ЕКТ, які виконані за методикою [3], наведені в табл. 1.
Таблиця 1 – Результати розрахунків ЕКТ
Як було зазначено вище, окрім використання нагрітої в КТУ циркуляційної води для нагрівання і зволоження повітря в КПН, її частина надходить на нагрівання води зовнішніх споживачів, при цьому загальну кількість утилізованої теплоти для цих потреб за опалювальний сезон, ГДж/рік, визначили за формулою
де ΣQсп – сумарний тепловий потік для нагрівання води зовнішніх споживачів, МВт; 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 за даними табл. 1 величину ΣQсп = 3,835 МВт (при роботі всіх встановлених котлів), tвн = 20 о С, а за кліматологічними даними для м. Тернополя визначили tср.о = - 0,2 о С, tр.о = - 22 о С, nо = 184 доби, тоді величина енергетичного ефекту становитиме Qут = 29322 ГДж/сезон. З урахуванням вартості одиниці теплоти за даними Тернопільміськтеплокомуненерго 2146 грн/ГКал (512,17 грн/ГДж) економічна ефективність утилізації теплоти димових газів в котельні складе 15017848 грн/сезон.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. 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.
2. Экологически чистая теплоутилизационная установка с контактними теплообменниками: отчет о НИР (заключит.) : 25-11 / Институт проблем энергосбережения НАН Украины; рук. Л.Г.Семенюк; исполн. : А.А.Михайлов и др. – Киев, 1994. – 64 с. – Инв.№ 1194.
3. Боженко М.Ф. Енергозбереження в теплопостачанні : навч. посіб./ М.Ф.Боженко, В.П.Сало. - Київ. : НТУУ «КПІ», 2008. – 268 с.
4. 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