XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Централизованное теплоснабжение является доминирующим видом теплоснабжения. В концепции развития системы теплоснабжения любого города должны быть отображены главные направления развития, которые необходимо учитывать при планировании и реализации мероприятий по обеспечению теплом, при модернизации теплоисточников, при улучшении качества сервисных услуг, при повышении энергоэффективности, при планировании и реализации снижения энергопотребления, а также при тарифообразовании.

По исследуемым данным за последние 15 лет была проведена большая работа по приведению в порядок и реабилитации городских системы теплоснабжения в различных городах России, в результате чего на ряде теплоисточников были реализованы технические решения по утилизации тепла уходящих газов, повысив таким образом энергоэффективность теплоэнергетических агрегатов. На ТЦ, когенерационных станциях, автоматических газовых котельных были установлены устройства утилизации тепла дымовых газов, позволяющие получать дополнительную тепловую энергию без дополнительного сжигания топлива. Особое внимание следует уделить утилизатору тепла дымовых газов, которые были установлены на котлах марки КВ-ГМ-100 . Котлы этого типа были широко распространены и находятся в работе по сей день.

Реализация проекта по развитию системы теплоснабжения любого города предусматривает проведение исследования эффективности утилизации тепла дымовых газов с помощью установленных на теплоисточниках различных энергосберегающих установок, к примеру экономайзеров. В качестве источников исследования использовались установленные конденсационные экономайзеры на когенерационных станциях , а также на автоматических газовых котельных .

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Проведённое исследование об использовании пассивных экономайзеров для работающих на природном газе водогрейных котлов большой мощности весьма актуально, потому что внедрение котлов такого типа было обусловлено обеспечением пиковых тепловых нагрузок, а теперь же остро поднимается вопрос повышения эффективности данных агрегатов. Полученный опыт внедрения энергосберегающих установок позволяет добиться значительной экономии топлива и повысить эффективность работы котельного агрегата.

Сейчас проходит процесс постепенной реабилитации Мировой экономики от последствий крупнейшей за последние десятилетия экономической депрессии, цены на нефть, как впрочем, и на другие энергетические виды топлива, понемногу приближаются к той беспрецедентно высокой планке, которая была достигнута незадолго до начала кризиса и стоимость нефти составила 145 USD за баррель.

Учитывая это фактор, энергопредприятиям необходимо своевременно подготовиться к очередному скачку цен на топливо и провести мероприятия по повышению энергоэффективности. Первый шаг который следовало бы предпринять - это установка конденсационных экономайзеров для утилизации тепла дымовых газов.

Конденсационные экономайзеры широко используются для понижения температуры дымовых газов, повышения коэффициента полезного действия (КПД) котельного агрегата, улучшения ситуации окружающей среды а также для экономии финансовых средств на закупку топлива. Обычно конденсационные экономайзеры позволяют повысить КПД водогрейного котла от 94% до 100%

Одним из преимуществ конденсационных экономайзеров, в отличие от других устройств для теплообмена с дымовыми газами, является возможность утилизации скрытого тепла. Скрытым теплом называется количество теплоты, поглощаемое системой при переходе фаз агрегатного состояния (таяние, испарение и др.) или же выделяемое при обратных процессах фазового перехода (кристаллизация, конденсация и др.).

На Рисунке 1 видно, что при понижении температуры на участке от точки С до точки В прирост КПД невелик, но начиная от точки В (температура дымовых газов прорядка 58°C) происходит заметное изменение КПД. Это связано со стремительным приростом утилизации латентного тепла, который затухает при температуре ниже 37°C.

Пассивные конденсационные экономайзеры

Пассивными конденсационными экономайзерами называются теплообменные аппараты с достаточно большими поверхностями, на которых дымовые газы, без дополнительного увлажнения, отдают теплоносителю (обычно это вода городского теплоснабжения) частично или полностью всё латентное тепло.

Способ подключения пассивных экономайзеров может различаться в зависимости от конфигурации котельной и особенностей нагрузок. По принципу прямого подключения к теплосетям могут работать котельные как низкой, так и средней мощности.

Намного сложнее применение конденсационных экономайзеров на когенерационных станциях, где обычно для сохранения объёма генерации электроэнергии при низких температурах наружного воздуха когенерационный блок не способен выдавать в тепловые сети воду с температурой превышающей 90°C. Таким образом, функция повышения T1 приходится на водогрейные котлы, что автоматически ухудшает режим работы конденсационного экономайзера.

Эффективность реализации проектов по установке экономайзеров в большой степени зависит от количества часов их работы на максимальной мощности. Опыт эксплуатации экономайзеров в котельных свидетельствует, что как минимум раз в квартал, даже в отопительный сезон, котёл необходимо отключать на несколько часов для проведения профилактических работ дымососов и вентиляторов, а также для проверки автоматики и др.

Режимы эксплуатации пассивного конденсационного экономайзера, установленного на котле КВГМ 100

Одними из самых большими водотгрейными котлами работающими на природном газе являются котлы КВГМ-100, режимная карта одного из них показана в таблице 1. Из приведённой ниже режимной карты следует, что эффективность котла стабильно высока вплоть до нагрузки 60 МВт. После достижения определённой мощности, КПД может понизиться до 2% при максимальной нагрузке. Работа котла в режиме максимальной нагрузки увеличивает риск останова в случае перебоя электроснабжения, что может привести к нежелательной напряжённости в общей системе теплоснабжения. Данные свидетельствуют, что котёл стабильно работает при 75% от установленной мощности, таким образом наиболее рациональная базовая нагрузка котла составляет 90 МВт.

Таблица 1. Режимная карта котла КВГМ-100 без конденсационного экономайзера [1]

В ноябре 2009 года на исследуемой ТЦ был сдан в эксплуатацию установленный за котлом КВГМ-100 пассивный конденсационный экономайзер типа 4x200-36-200 Номинальная тепловая мощность экономайзера 10 МВт. Перед этим была проведена ррукция железобетонной дымовой трубы. [1]

Как дополнительный фактор, который задерживает отдачу латентного тепла при низких температурах наружного воздуха, необходимо упомянуть заметное повышение температуры воды на выходе из котла Tk2 для возможности поддержания требований температурного режима, где в отличие от 100°C при Тн.в.=0°C она может меняться до 130-150°C при Тн.в.-10°C и ниже. При T2 ≥52°C мощность экономайзера по сравнению с мощностью при T2=40°C падает как минимум на 40%. Оценив количество выделяемого конденсата, была констатировано его прямое соостветствие мощности экономайзера. При условиях низких температур наружного воздуха количество конденсата может быть на 70% меньше, чем при среднестатистических температурах отопительного сезона, но зато с гораздо большим удельным содержанием абсорбированного СО2.

Главные выводы

По результатам исследований можно констатировать, что при эксплуатации водогрейных котлов особое внимание необходимо уделять показателю КПД агрегата.

В системах с количественно – качественной методикой регулирования активные конденсационные экономайзеры успешно могут быть заменены пассивными, цена и эксплуатационные затраты на которые значительно ниже.

Приобретённый опыт будет особо полезен для Восточноевропейских государств, где широко используются водогрейные котлы большой мощности.

Хороший практический пример можно использовать в качестве стандартного решения для повышения эффективности водогрейных котлов большой мощности.

Для обеспечения отбора скрытого тепла режимы работы конденсационного экономайзера в отопительный период должны быть максимально эффективными.

Крайне важно учитывать строительно-климатологическую информацию о среднемесячных температурах, почасовой график нагрузок конкретного теплоисточника а также информацию реальной средней Т2 при определённых температурах наружного воздуха в отопительный период.

СПИОК ЛИТЕРАТУРЫ

Научная статья «Утилизация тепла дымовых газов на теплоисточниках города Риги»: Dr Sc Ing. Арис Жигурс; M.oec; Айварс Церс; B.sc.ing Юрис Голуновс; Dr.habil.sc.ing. Даниелс Турлайс; B.sc.ing. Сергей Плискачев, Рига 2010

Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.-139 с.

Industrial Waste Heat Recovery Industrial Energy RoundTable

Д.А. Кочугов, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ УДК 662.994

Рекомендации для проектирования котельных и промышленных ТЭЦ с применением КТАН-ов – утилизаторов // Под. ред. М.Рубиной, И.Ильина, П.Попова и др., инст. ,,Латгипропром”, Ташкент, 1987: 187 c.с иллюстр.

Рубина М.А., Ильин И.Н., Попов П.Я. и др. Об эффективности контактных теплообменников с активной насадкой // Промышленная энергетика Nr. 8, 1986.

Код для цитирования: Скопировать