VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Эффективное использование первичного органического топлива в котельных установках может быть достигнуто:

- применением энергосберегающей технологии производства теплоты в котельной установке (КУ);

- повышением энергетического КПД котельных агрегатов (КА);

- совершенствованием процесса сжигания;

- применением рекуперации и эффективным использованием вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).

Особым фактором экономии первичного топлива является использование ВЭР. В работе рассматривается применение в КУ горючих ВЭР на базе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности. Разновидностью таких ВЭР являются пеллеты, вырабатываемые из подсушенных остатков отходов лесоперерабатывающего производства: древесная мука, стружка, кора, сучки, ветки и.т.д.

В работе рассматривается применение пеллет элементарного состава на рабочую массу:

A^r=0,900%; С^r=45,441%; H^r=5,480%; O^r=37,644%; N^r=0,535%; W^r=10,000%; ∑=100,000%

с низшей и высшей теплотой сгорания и жаропроизводительностью tmax=19350С.

Указанное топливо используется в отопительной водогрейной КУ, в которой имеются два водогрейных котла марки Biomaster CS, предназначенных для сжигания пеллет. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания искуственные. Тяга дымовых газов естественная с помощью стальной дымовой трубы Ø100 мм высотой 30м. Источником водоснабжения КУ является хозяйствено-питьевой водопровод. Водоподготовка для водогрейных котлов реагентная. Она включает в себя установку умягчения непрерывного действия, состоящую из двух колонн, одна из которых находится в работе или ожидании.

Для повышения КПД КУ предложено за одним из котлов установить воздухоподогреватель из стеклянных труб, работающий в конденсационном режиме (температура дымовых газов ниже точки росы водяных паров из продуктов сгорания). Данное решение является комплексным методом использования продуктов сгорания КУ, позволяющим повысить КПД КУ, использовать явную и скрытую теплоту дымовых газов и использовать конденсат, выделяемый из дымовых газов.

Для решения указанной проблемы разработаны принципиальные схемы воздушного и гзового трактов (см. рис.1).

На приведенной схеме указаны реперные точки, в которых определены коэффициенты расхода (избытка) воздуха α_i, числовые значения которых указанны в таблице 1.

Для каждой реперной точки составлены уравнения материального баланса при сжигании пеллет, в результате которых определены объёмы воздуха для горения, объём и состав продуктов сгорания и точка росы на выходе из котла τ_к=49,50С и воздухоподогревателя τ_вп=480С.

Согласно схеме (Рис.1) предложено нагревать атмосферный воздух с t_в=200С до температуры t=1500С в стеклянном воздухоподогревателе, в котором из дымовых газов при температуре θ^”_вп=450С (ниже точки росы) выделяется водянной конденсат в количестве Мк=1,254 кг/ч. Воздухоподогреватель устанавливается за одним котлом, а количество нагретого воздуха оказывается достаточным для работы двух котлов.

Количественные параметры дымовых газов и воздуха указаны на соответствующих участках принципиальной схемы (Рис.1). В качестве воздухоподогревателя применен конденсационный кожухотрубный воздухоподогреватель со стеклянными трубками, выпускаемый институтом ЦНИИПромзданий.[3]

КИТ=100-q2В-q3В-q4В=100-4,194+3,0+1,5=91,306, % от Qir.

При полученном КПД ηКУбрВрасход сжигаемого топлива составляет 16,94 кг/ч, а при отсутствии конденсационного ВП – 22,48 кг/ч. Вследствие применения конденсационного ВП в КУ получается экономия сжигаемых пеллет, равная 5,54 кг/ч. Рассмотренная методика составления теплового баланса отопительной водогрейной КУ с конденсационным теплообменником (воздухоподогревателем), работающей на пеллетах (горючих ВЭР), подтверждённая конкретным примером расчёта может быть рекомендована студентам к практическому применению при проектировании аналогичных КУ.

Рисунок 1 Принципиальная схема газового и воздушного трактов КУ с конденсационным воздухоподогревателем из стеклянных труб

К1 – водогрейный котел Biomaster CS 40; К2 - кожухотрубного воздухоподогревателя со стеклянными трубками; К3 – бак для сбора конденсата; К4 - дутьевой вентилятор; К5 – дымосос; К6 - дымовая труба стальная; Т – топка котлоагрегата, ТО – теплообменник; 0 – вход в топку (вход в котел); 1 – выход из котла (вход в воздухоподогреватель); 2 – выход из воздухоподогревателя (вход в газоход); 3 – вход в дымовую трубу (выход из газохода).

Таблица 1 Коэффициенты избытка воздуха в реперных точках газового тракта КУ (см. рис. 1)

Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла
Коэффициент избытка воздуха на входе в топку
Присос воздуха в котле (топка и теплообменник)
Коэффициент избытка воздуха на входе в конденсационный воздухоподогреватель
Коэффициент избытка воздуха на выходе из конденсационного воздухоподогревателя
Присос воздуха в конденсационном воздухоподогревателе
Коэффициент избытка воздуха на входе в газоход
Коэффициент избытка воздуха на выходе из газохода
Присос воздуха в газоходе
Коэффициент избытка воздуха на входе в дымовую трубу

Таблица 2 Технические характеристики воздухоподогревателя из стеклянных труб

Наименование, единица измерения

Величина

1. Диаметр трубок, мм

15

2. Поверхность теплообмена, м²

5,85

3. Габариты, мм:

длина

1000

ширина

500

высота

500

4. Масса, кг

71,6

Для данной схемы КУ составлен тепловой баланс КУ на базе высшей теплоты сгорания пеллет (Qsr). Для составления теплового баланса применена методика, изложенная в [1]. Согласно этой методике для определения потерь теплоты топлива по низшей теплоте сгорания используют формулы М. Б. Равича [2] с последующим пересчётом этих потерь теплоты на потери при высшей теплоте сгорания путём применения коэффициентов пересчета [1, стр. 21]. Потери теплоты топлива в КУ по Qir составляют: q2НКУ=4,19, %; q5НКУ=7,0, %; q3НКУ=3,0, %; q4НКУ=1,5, %.

При составлении теплового баланса КУ с конденсационным ВП на базе Qsr использованы следующие формулы: q5в:q5н=100∙Q5:Qsr100∙Q5∙Qlr→q5B=a'∙q5H, % от Qsr; a'=Qir: Qsr, a=Qsr:Qir=1:a';

q3B=a'∙q3H∙b, % от Qsr; q4B=a'∙q4H, % от Qsr .

При отсутствии в дымовых газах Н₂ и СН₄ b=1.

Коэффициент полезного действия КУ ηКУбрВ, % от Qsr, определен как сумма КПД котельного агрегата ηКАбрВ, % от Qsr, и прироста КПД в теплообменнике ΔηВПбрВ, % от Qsr.

КПД КА брутто определен по методу обратного баланса:

ηКАбрВ=100-q2В-q3В-q4В-q5В, % от Qsr и составляет (5)ηКАбрВ=100-5,46-2,75-1,377-6,43=83,983, % от Qsr

Прирост КПД в конденсационном воздухоподогревателе определен на базе уравнений его теплового баланса:

Qб=Qвоспр возд (6)

Qб=Мс.г.·Вка·Ндг'-Ндг''+Δαвп·Нв.вл0, кДж/ч (7)

В Qвоспр возд учтено количество теплоты, содержащееся в образующемся количестве конденсата.

Qвоспр возд=Vвоз·Вка·с'·tвп''-tвп'+Мк·tк-та∙c, кДж/ч (8)

При составлении теплового баланса учтено, что через воздухоподогреватель проходит 100% дымовых газов от одного котла. Дымовые газы с θ”вп=45,0С, по стальному газоходу поступают в дымосос. Прирост КПД в конденсационном воздухоподогревателе составляет 8,13, % от Qsr.

При этом учтено, что часть нагретого воздуха с температурой 1500С и влагосодержанием 10гкг с.в. в количестве 23% от воздуха, необходимого для горения, подаётся на всас дымососа. Это позволяет защитить стальную дымовую трубу от выпадения в ней конденсата.

Из уравнения теплового баланса определено возможное количество нагреваемого атмосферного воздуха 10,948м3/кг, которое оказывается достаточным для одновременной работы двух котлов.

При реализации приведенной схемы КУ ηКУбрВсоставляет 83,983+8,13=92,113, % от Qsr, а коэффициент использования теплоты топлива (КИТ) по методу М.Б. Равича [2]:

Список использованных источников

1. Материальный и тепловой балансы котельной установки. [Текст]: методическая разработка для студентов/ Нижегор. арх.-стр. ун-т; сост.: Г.М. Климов [ и др.]. – Ниж. Новгород: ННГАСУ, 2010. – 54 с.: ил.

2. Климов Г.М., Цой Е.Н. Органическое топливо для котельных установок/ Методические указания по проектированию. - Н.Новгород: ННГАСУ, 2004.

3. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов [Текст] :теплотехн. расчеты по обобщенным константам продуктов горения / М.Б. Равич ; АН СССР. М-во энергетики и электрификации СССР. Энерг. ин-т им. Г.М. Кржижановского. - 5-е изд., доп. - М. : Наука, 1966. - 415 с.

4. www.rae.ru/forum2012/313/2917

Код для цитирования: Скопировать