Главная >  Инвестиции 

 

Возможности повышения экономично. В настоящей статье автор хочет обратить внимание на проблему повышения экономичности источников теплоты – водогрейных котельных (ВК).

 

д.т.н. Е.Н.Бухаркин,
Московский Государственный Открытый Университет

 

а) при нагреве водопроводной воды,

 

Согласно [1] расчеты тепловых потерь ВК производят применительно к низшей теплоте сгорания топлива. Величина КПД современных газовых ВК по низшей теплое сгорания достигает 90...92 %. Между тем при сгорании 1 м3 природного газа образуется 2 м3 водяных паров, на долю которых приходится 11…13 % теплоты. Температура газов за ВК составляет 150…180 0С и дальнейшее ее снижение в теплообменниках «сухой» теплопередачи признано экономически нецелесообразным. В этих условиях единственным существенным резервом повышения экономичности является использование теплоты конденсации паров. Так, при влагосодержании уходящих газов Х = 0,11…0,12 кг/кг теплота, приходящаяся на 1 кг газов, составляет: 190…220 кДж – физическая (определяемая их температурой), 310…325 кДж – влажностная. Использование теплоты водяных паров возможно при их конденсации, которая может происходить в том случае, когда поверхность труб имеет температуру ниже точки росы t р , составляющей для продуктов сгорания природного газа величину 55…56 0С. Такие температуры нагреваемой воды в водогрейных котельных могут иметь место в двух случаях:

 

Однако действующим ГОСТ 21563-93 [2] устанавливается, что температура воды, поступающей в ВК, должна быть не ниже 70 0С, т. е. значительно выше t р . что исключает возможность конденсации паров на поверхностях нагрева. Положение ГОСТа обосновано тем, что выделившийся конденсат, контактируя с газами и поглощая некоторое количество углекислоты СО2, становится слабым раствором угольной кислоты Н2СО3, обладающей коррозионными свойствами.

 

б) при нагреве обратной воды теплосети.

 

В наиболее простом варианте с нагревом в конденсационном экономайзере (КЭ) холодной водопроводной воды до 40…50 0С все поверхности нагрева имеют температуру ниже t р и, согласно расчету, в КЭ может быть сконденсировано до 85…90 % паров, содержащихся в продуктах сгорания.

 

За рубежом более двадцати лет эксплуатируются конденсационные ВК, обычно изготовляемые целиком из коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы и др.). КПД этих котлов на 10 % выше, чем у обычных котлов. В условиях РФ с учетом требования вышеуказанного ГОСТа использование конденсационного метода возможно в экономайзере, предвключенном по нагреваемой воде по отношению к котлу. В этом случае из коррозионностойкого материала должен изготовляться только экономайзер.

 

Поэтому более широкие возможности использования теплоты отходящих газов возникают при нагреве в КЭ теплофикационной воды из обратного трубопровода теплосети (рис. 1 б, в) поскольку расход воды в этом случае значительно больше, чем подпиточной. Однако условия для конденсации в этом случае хуже, чем при нагреве подпитки ввиду того, что температура t обратной сетевой воды выше и кроме того, переменна в течение отопительного сезона. Получается, что целесообразность применения КЭ для нагрева теплофикационной воды проблематична. Для выяснения этого вопроса построен график температуры обратной сетевой воды t в двухтрубной системе теплоснабжения в течение сезона (рис. , из которого видно, что величина t ниже t р и, следовательно, конденсация паров практически в течение всего сезона осуществима. В неотопительный период, когда тепловая сеть обслуживает только системы горячего водоснабжения, величина t снижается, и эффективность КЭ соответственно возрастает.

 

Эффективность этого варианта наиболее высокая в том случае, когда нагретая в КЭ вода используется для горячего водоснабжения в значительном количестве (рис. 1 а). При использовании воды для подпитки теплосети или котлов - ее количество невелико (в общем случае), что позволяет использовать только часть теплоты, содержащейся в отходящих газах. К тому же следует учитывать, что с точки зрения рационализации теплоэнергетического хозяйства необходимо стремиться к уменьшению утечек воды из теплосети и котлов, и соответственно величине подпитки.

 

Для получения количественных данных об эффективности процессов в указанных схемах необходимо произвести расчет сезонных режимов теплопередачи.

 

Наиболее целесообразно использование двухступенчатого КЭ, в первой ступени которого нагревается холодная вода для горячего водоснабжения или подпитки, а во второй – теплофикационная вода (рис. 1 б).

 

i г = сг t г + r хг, i в = с t в ’’ + r хв”,

 

Тепловой расчет КЭ имеет значительные отличия от аналогичных расчетов теплообменников сухой теплопередачи, поскольку в них теплота передается не только за счет разности температур газов и воды, но дополнительно за счет теплоты конденсации, величина которой, хотя и связана с разностью температур, но сложной нелинейной зависимостью. Поэтому тепловой расчет КЭ по обычному уравнению теплопередачи с использованием разности температур теплоносителей связан с рядом сложностей. Расчет упрощается, если его производить на основе разности показателей, учитывающих и температурную и влажностную составляющие количества содержащейся теплоты – энтальпий газов i г и насыщенной парогазовой смеси i в, соответствующей температуре воды.

 

t г , t в ” – температуры газов и смеси,0С;

 

где сг, с в’’ – теплоемкость газов и насыщенной смеси, кДж/кгК;

 

r – теплота парообразования, кДж/кг

 

хг, хв” – влагосодержание газов и смеси, кг/кг;

 

D q = b ( i г -i в )

 

Расчетное уравнение в этом случае имеет вид:

 

Для определения эффективности КЭ, установленного за отопительным ВК, обслуживающим двухтрубную тепловую сеть с комплексной нагрузкой (отопление + горячее водоснабжение) по методике [3] был произведен его тепловой расчет. Расчеты производились применительно к работе теплосети по отопительным графикам 150/70 и 95/70 0С. Величина поверхности нагрева КЭ принималась аналогичной поверхности нагрева экономайзера ВТИ, устанавливаемого за паровыми котлами, т.е. 43 м2/ГДж. Рассматривались ребристые трубы двух типов: биметаллические (чулок с алюминиевыми ребрами, одетый на внутреннюю стальную трубу) и целиком из нержавеющей стали.

 

где b – коэффициент масообмена, кг/м2 .

 

На рис. 5 показаны изменения температуры и влагосодержания уходящих газов при использовании КЭ по схемам с нагревом холодной (а) и обратной воды теплосети (б). При схеме (а) за счет снижения температуры получается 163 кДж/кг, чему соответствует прирост КПД в размере 5,1 %; за счет конденсации получается 219 кДж/кг, с соответствующим приростом КПД равным 7,1 %. Суммарный прирост КПД при этой схеме 12,2 %. При схеме (б) снижение температуры дает 130 кДж/кг, чему соответствует прирост КПД в размере 4,1 %; на долю конденсации приходится 138 кДж/кг (прирост КПД 4,4 %). Суммарный прирост КПД в этом случае 8,5 %.

 

В результате расчета были определены уменьшение потерь теплоты с уходящими газами q 2 и прирост КПД в течение отопительного сезона. На рис. 3 показано как уменьшаются потери теплоты с уходящими газами q 2 , а на рис. 4 соответственно прирост КПД ВК при установке за ними КЭ.

 

Последнее обстоятельство является мотивом для сдерживания внедрения КЭ в практику проектирования. Во многом это объясняется тем, что отсутствует обоснованная методика расчета тепловлажностного режима отводящих газоходов. Расчетами, приведенными в [4] установлена возможность обеспечения безопасных тепловлажностных режимов газоотводящего тракта при установке КЭ за котлами и выданы рекомендации по выбору практических способов их реализации.

 

Таким образом, применение КЭ позволяет существенно повысить КПД котлов. Это достигается за счет снижения температуры и влагосодержания отходящих газов. Наряду с повышением экономичности, снижение температуры и влагосодержания оказывает противоречивое влияние на экологические показатели работы котельной. С одной стороны уменьшение влагосодержания газов удаляемых в атмосферу, является благоприятным фактором, снижая вероятность осадков в виде кислотных дождей и др. Однако снижение температуры выбросных газов имеет и отрицательную сторону, заключающуюся в возникновении опасности конденсации паров в отводящих газоходах и, главное, в дымовой трубе.

 

Литература

 

Уместно отметить, что в настоящее время для защиты труб от выделяющегося конденсата широко внедряются пластмассовые вставки, что радикально решает задачу защиты труб.

 

ГОСТ 21563-93 от 1995, Котлы водогрейные.

 

Тепловой расчет котельных агрегатов Нормативный метод, М., Энергия, 1973, с. 295.

 

Бухаркин Е.Н. «К вопросу обеспечения надежных условий использования экономичных котлов с конденсационными утилизаторами», Промышленная энергетика, 1995, № 7, с. 32-35.

 

Бухаркин Е.Н. «К методике теплового расчета конденсационных утилизаторов за котлами», Теплоэнергетика, 1997, № 2, с. 59-62.

 

Подрисуночные надписи.

 

Кудинов А.А., Антонов В. А., Алексеев Ю. Н. «Анализ эффективности применения теплоутилизатора за котлом ДЕ 10-14 ГМ», Промышленная энергетика, 1997, № 4, с. 46-49

 

а) с нагревом водопроводной воды для целей горячего водоснабжения или подпитки теплосети;

 

Рис. Схема использования конденсационных экономайзеров в котельных.

 

в) для нагрева теплофикационной воды.

 

б) двухступенчатым нагревом холодной и теплофикационной воды;

 

5,6 – сетевой и рециркуляционный насосы, 7,8 – системы отопления и горячего водоснабжения, 9 – теплообменники в ЦТП.

 

Обозначения: 1-КВ, 2, 3- 1-я и 2-я ступени КЭ для нагрева воды для систем горячего водоснабжения и подпитки, 4-КЭ – для нагрева воды теплосети,

 

Рис. 3 Потери теплоты с уходящими газами q 2 при различной доле нагрузки горячего водоснабжения при отопительном графике 150/700С:

 

Рис. Температуры воды в течение отопительного сезона: после систем отопления t о (кривая , после охлаждения в теплообменниках системы горячего водоснабжения t гв (кривая и точки росы отходящих газов t р (кривая

 

Рис. 5 Количество теплоты, получаемое в КЭ за счет температурной ( и влажностной составляющей ( в процессе теплопередачи:

 

Рис. 4 Прирост КПД D h при различной доле нагрузки горячего водоснабжения и графике 95/700С. Обозначения аналогичны рис. 3.

 

 

а) при нагреве водопроводной воды; б) при нагреве теплофикационной воды

 



 

Экономика должна быть энергоэффе. Использование модулей Telecontro. Новая страница 1. Усадьба 21 века. Игра стоит свеч.

 

Главная >  Инвестиции 

0.0175