разное

Оценка потенциалов энергосбережения в котельных

Мероприятия по энергосбережению в промышленных котельных разнообразны. Среди них по­вышение КПД котлоагрегатов за счет снижения температуры уходящих газов, использование тепла продувочной воды, рациональное снижение давления пара от давления в барабане котла до давле­ния, требуемого в технологических аппаратах, рациональное распределение нагрузки между несколь­кими котлоагрегатами, работающими одновременно и др.

При рассмотрении мероприятий по экономии тепловой энергии и топлива наиболее приоритет­ными являются такие, применение которых позволяет не только обеспечить значительную экономию, но и позволяют повышать производительность и надежность теплотехнических установок.

Напомним некоторые положения из теплового расчета котлоагрегатов. Коэффициент полезно­го действия котельного агрегата характеризует степень совершенства процесса превращения химиче­ской энергии топлива в тепловую энергию вырабатываемого пара или горячей воды.

КПД брутто учитывает использование тепловой энергии топлива в котлоагрегате и представ­ляет собой отношение выработанного тепла к затраченному.

ППа = Q^ -100% =100% - Sq (2.1)

Q затр

Sq - сумма удельных (на единицу массы или объема топлива) потерь тепла с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания топлива и потери в окружающую среду, %.

Тепловые потери с уходящими газами q1 можно оценить по формуле:

T — t

Q =j*------- L [, + (h — 1).и. Ј].(100 — q3), (2.2)

Tmax

R02max

H =--------------- 2------------ , (2.3)

RO2 + CO + CH4

Где q3 - тепловые потери от механической неполноты сгорания топлива, %; t^, tmax - температуры уходящих газов; воздуха, подаваемого в котельный агрегат; максимальная температура дымовых га­зов, °С; с' и k - поправочные коэффициенты, показывающие отношение средних удельных теплоемко- стей разбавленных и не разбавленных воздухом дымовых газов в интервале температур от 0 до tyx к средним удельным теплоемкостям в интервале от 0 до tmax; n - коэффициент, показывающий отноше­ние средней удельной теплоемкости воздуха в интервале температур от 0 до t^ к средней удельной теплоемкости не разбавленных воздухом дымовых газов в интервале от 0 до tmax; RO2 - сумма трех­атомных газов (значения RO2max для основных видов первичных энергоресурсов приведены в Прило­жении 6).

Тепловые потери от химической неполноты сгорания топлива q2 можно оценить по упрощенной формуле:

Qp • h

TOC \o "1-3" \h \z q =\^сг---------- 100<% (2.4)

1 2 р

QhCz - низшая теплота сгорания 1 м3 сухих продуктов сгорания (подсчитывается по данным анализа), кДж/м3

QPr = [30,2C0 + 25,8H 2 + 85,5CH 4 ]-4,19 (2.5)

P - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, отнесенная к объему сухих продуктов сгорания, кДж/м3. Ориентировочные значения P по основным видам первичных энергоресурсов приве­дены в Приложении 6. КПД брутто можно определить иначе:

П = D •(h5 h+ Qпр. 100% (2.6)

Ка В • Q р

Где D - паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч; Ип, Ипв- энтальпия пара, питательной воды, кДж/кг; Опр - используемая тепловая энергия продувочной воды, кДж/ч; В, Орн - расход, теплотворная способность топлива, кг/ч, кДж/кг

КПД нетто учитывает расход тепловой энергии на собственные нужды.

(D-D )• (h - h ) + Q

Nm =V------- ^-------------- vnp 100% (2.7)

Ка В • Q H

Где йсн - расход пара на собственные нужды, кг/ч.

Для определения количества энергии, полезно используемой при утилизации тепла продувоч­ной воды, используют выражение:

Qnp =V Gпр • (hкв - hпв ) (2.8)

Коэффициент использования тепловой энергии продувочной воды:

Hou - Ьив )+(1 - РМ hcn ~ЬИВ )

Ч* (2.9)

H - h кв ив

Доля пара, выделяющегося в сепараторе

В= h кв - h св (2.10)

H сп - h св

Где Икв, Иив, Исв, Исп - энтальпия котловой, исходной воды, сепарированной воды и пара, кДж/кг.

Непрерывная или периодическая продувка в барабанных котлах применяется для по­лучения пара заданных параметров по концентрации солей, растворенных в котловой воде, при этом часть котловой воды заменяется подпиточной водой.

Суммарные потери топлива без использования тепловой энергии продувочной воды составля­ют:

, D-т-рп •(hкв - hUB ) АВ= 0р пр (2.11)

«н '/ка

Где т - годовое число часов работы котельной; рп - величина продувки в процентах от паропроизводи - тельности. Последнюю можно определить:

S П

P n = -100% (2.12)

S кв - S X

Где Бх - сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг; Пк - суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной; Бкв - расчетный сухой остаток котловой воды, мг/кг (прини­мается по нормам или по Приложению 7).

Если для использования тепла непрерывной продувки применяются сепаратор и теплообмен­ник (рис. 1), то экономия топлива (с учетом вскипания части продувки) определяется по формуле:

АВ'' = D-т-Рп \Р'(hcn - hив )+(1-в)-(hcв ~hcn )] (2 13)

0н 'Пка

АВ = 143хО

Пкт • П

Где Q - расход тепловой энергии в паре, ГДж; пмк, пкт, Птс - КПД местной котельной, котельной ТЭЦ, тепловых сетей; у -коэффициент расхода тепла на теплофикацию (у и 0,42^0,82).

(2.15)

Где Qow, QTm - расчетная тепловая нагрузка отборов теплофикационных турбин, ТЭЦ.

Примеры решения задач

Пример 2.1.

Условие

Определите годовые суммарные потери условного топлива без использования тепловой энер­гии продувочной воды в котельной. Паропроизводительность котельной DK = 48т/ч, давление насы­щенного пара Pn = 1,3 МПа, температура исходной воды, поступающей в котельную tue = 10°C, годовое

Число часов использования паропроизводительности котельной т = 6500 ч, пПР = 0,73. Сухой остаток

Химически очищенной воды Sx = 515 мг/кг, суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизво­дительности котельной Пк = 0,41. В качестве сепарационного устройства используются внутрибара - банные циклоны.

Решение

Исходя из условия задачи по Приложению 7 определяем расчетный сухой остаток котловой воды SKe = 4 000 мг/кг, затем по 2.12 определяем величину продувки pn:

515 • 0,41

Рп =----------------- 100% = 6,059

4000 — 515

По таблицам свойств водяного насыщенного пара находим значение энтальпии при Pn = 1,3 МПа: hn = 814,7 кДж/кг.

Годовые потери условного топлива без использования тепловой энергии продувочной воды, согласно 2.11 составляют:

, 48 • 6500 • 6,059 • (814,7 —10 • 4,19) ДВ = ------------------------- —^---- —- = 682,3 т у. т./год

100 • 29,33 • 103 • 0,73

Пример 2.2.

Условие

Оцените среднегодовую экономию топлива в действующей промышленной котельной, тепло - производительность которой Q=240 ГДж/ч, за счет снижения температуры уходящих газов t^ с 190°C до 140°C. Топливо - мазут (Орн=39,8 МДж/кг), сжигание топлива производится при q3 = 0, температура воздуха, подаваемого в котельный агрегат ^=20°С, максимальная температура дымовых газов tmax = 2060°С. с' = 0,83, k = 0,78, n = 0,9. Состав продуктов сгорания мазута: СО2 =10%, CO = 0,8%, CH4 = 0,05%, H2 = 0,06%. Годовое число часов использования паропроизводительности котельной т = 4200 ч.

Решение.

Согласно Приложению 7

Величина потерь q1 определяется по формуле 2.2 и составляет при температуре уходящих га­зов t^' = 190°C:

' 190 — 20

Q =---------------- [0,83 + (1,58 — 1) 0 . 9 • 0 . 78] 100 = 10,23%

2060 L v ' J

То же при t^' = 140°C:

" 140 — 20 r / ч

Q1 =---------------- [0,83 + (1,58 — 1) 0 . 9 • 0 . 78] 100 = 7,22%

1 2060

Низшая теплота сгорания 1 м сухих продуктов сгорания определяется по 2.5 и равна: QpC2 = [30,2 • 0,8 + 25,8 • 0,06 + 85,5 • 0,05]' 4,19 = 29,98 кДж/м3

Тепловые потери от химической неполноты сгорания топлива q2 оцениваются по формуле 2.4:

= 2998 058 = % 4061,4

Исходя из определения КПД брутто:

' 4

При V' = 190°C Па = 100% — ^ q = 100 —10,23 —1,17 —1,5 = 87%

1

"4

При 1ух ''= 140°C Па = 100% — ^ q = 100 — 7,22 —1,17 —1,5 = 90%

1

Согласно 2.6 определим годовую экономию топлива от изменения температуры уходящих га­зов, а следовательно и КПД брутто котельной:

1

D(hn - hne )•

ПбР

Чка J

AB = ■

Нр

QH Q

= 9596 т мазута В условном топливе годовая экономия энергии составит:

С Л

3 1 1 240-103•4200•

240• 103 • 4200•[------------

_____________ V87 90J

39,8

Пбр ка J

= 13025 т у. т.

Пример 2.3

Энергосбережение при редуцировании давления пара

Нижеприведенные расчеты парового эжектора позволяют для конкретных расходов пара и пе­репадов давления определить энергосберегающий эффект. Схема использования повышенного давления пара

Коэффициенты, рекомендуемые на основе экспериментальных данных (Е. Я. Соколов, В. М. Бродянский «Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения»): ф2 = 0.95; ф2 = 0.975; ф3 = 0.9; ф4 = 0.925.

Коэффициент скорости рабочего потока:

Kj = (р1 • <р2 • = 0.834

Коэффициент скорости инжектируемого потока:

К2 = (2 • (3 • (4 = 0.812

Кр = 1.3; Rp = 463; Тр = tp+273 = 493.41 К; Ар = 0;

Тн = tH+273 = 373 К; Ан =0;

Относительные температуры рабочего и инжектируемого потоков:

■л; = 1

+1 г кн-1 >

V кн +[3] у

Температуры торможения при параметрах рабочего и инжектируемого потоков:

Т

Тт == 493.41 К;

Тр

Т

Ттн = = 373 К;

Тн

Критическая скорость рабочего и инжектируемого потока:

АкрР =

= 508.18 —

^ ■JRн ■ Ттн = 428.065 — 1 с

КН + 1

Промежуточные коэффициенты:

4в= Окр^ = 0.842

Акрр

1

= 1.187

4ё

P

Прн = = 0.125

Рр

Лрн = 1.87 (Определяется по Прн по таблицам газодинамических функций при к=1.13)

Проверяем, нет ли области значений qc3 в которой работа компрессора невозможна

Рр ■ qpс

(qc3<

Рс ґ

Кн-1

= 0.578

V кн +1 у

Пр& = Пнкр ■ Прн = 0.072

Qos = 0.38 (По таблицам газодинамических функций)

= 1.013 (Поскольку 0<qc3<1 то при любых значениях будет выполняться условие

Рр ■ чрс qc3<— .)

Рс

Далее проводим расчет для ряда значений: Приведенная массовая скорость смешанного потока в сечении 3:

Относительное давление смешанного потока в сечении 3: -1

1 - Кн

Кн +1

Коэффициент инжекции при втором предельном режиме: рн 1 рн 1

Ипр2 =

QH2 =

Рн_ 1 + ипр 2 ■ 4ё _ Р J_

Рс qc3 Рр qpH Относительное давление инжектируемого потока в сечении 2:

К

1 - Кн

Кн +1

Промежуточные коэффициенты:

Пс3 - Р Р„

К 3 = 1 + (ръ

К

Пнкр ■ Лс3 ■ qpн Пс3-Пс2

К 3 = 1 + (ръ

Рн кн ■ Пнкр ■ Лс3 ■ qн2

Коэффициент инжекции парового эжектора:

Приведенный расчет (рис. 8.2.3) показывает, что за счет инжекции вторичного пара можно сни­зить расход рабочего пара при заданных исходных данных на 2.8 - 17.8%.

Ис. 3.4..3

Примечание: максимально допустимый коэффициент инжекции находится в точке пересечения графиков (0.14), что обеспечивает при заданных условиях экономию 14% рабочего пара.

Зависимость коэффициента инжекции от приведенной

Скорости

Предельный коэффициент инжекции •Коэффициент инжекции

Задачи

Задача 2.1. В тепловой схеме ТЭЦ для использования тепловой энергии непрерывной продувки установлен сепаратор и теплообменник. Оцените годовую экономию условного топлива от использо­вания тепловой энергии продувочной воды. Паропроизводительность йк = 50 т/ч, давление насыщен­ного пара Рп = 4 МПа, температура исходной воды, поступающей в котельную = 15°C, годовое чис­ло часов использования работы ТЭЦ т = 5000 ч, сухой остаток химически очищенной воды Эх = 400 мг/кг, суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной Пк = 0,32.

Пбр

Котел имеет двухступенчатую схему испарения с выносным циклоном, 1ка = 0,81. Энтальпия сепари­рованного пара Исв = 2700 кДж/кг, температура сепарированной воды 1сп = 60°C.

Задача 2.2. Оцените экономию условного топлива при замещении пара, полученного от собствен­ной котельной, паром, отпускаемым с ТЭЦ. Замещаемая тепловая нагрузка 30 ГДж/ч, расчетная теп­ловая нагрузка отборов теплофикационных турбин 6 МВт, расчетная тепловая нагрузка ТЭЦ 67 ГДж/ч, КПД местной котельной 70%, котельной ТЭЦ 85%, тепловых сетей 95%.

Задача 2.3

Определить экономию тепловой энергии при выполнении возврата конденсата с отопления меха­носборочного корпуса, использующего 1700 кг/час насыщенного пара давлением Р1=1,5 ата. Продол­жительность отопительного периода 470 часов.

Задача 2.4

Определить экономию тепловой энергии при использовании тепла продувочной воды для сле­дующих условий:

Установлено три котла ДКВР-6,5-13 общей паропроизводительностью Дк=27т/час, пар насыщен­ный, сухой остаток химически очищенной воды Эх=525мг/кг, суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной Пк=0,36, расчетный сухой остаток котловой воды, прини­маемой по табл. 22 Эк. в=3000 мг/кг.

Задача 2.5

Из дымовой трубы промышленной котельной выбрасываются дымовые газы с температурой 2000С. Предложите для повышения энергетической эффективности котельной энергосберегающую схему. Покажите возможности оценки потенциала энергосбережения.

Задача 2.6

Предложите энергосберегающую схему для повышения энергетической эффективности промыш­ленной котельной, имеющей закрытую систему сбора конденсата. Покажите возможности оценки по­тенциала энергосбережения.

Задача 2.7

Предложите энергосберегающую схему применения паровых эжекторов для утилизации теплоты конденсата на промышленных предприятиях. Покажите возможности оценки потенциала энергосбере­жения.

Задача 2.8

Определите экономию условного топлива при уменьшении температуры уходящих газов от 190°С до 130 °С для котла, работающего на природном газе при следующих условиях: теплопроизводитель- ность котельной 50 МВт, КПД котла брутто пкбр = 79%, q3 = 2,1%, объем дымовых газов Уух = 11,2 м3, удельная теплоемкость дымовых газов Сух = 1,34 кДж/кг*К.

Задача 2.9

Вычислите КПД котельного агрегата брутто при следующих исходных данных: теплопроизводи- тельность котельной 200 ГДж/ч, годовое число часов работы котельной 3500 ч, топливо-природный газ (Онр = 35,7 МДж/кг), годовой расход топлива 3000 т.

Задача 2.10

Оцените годовую экономию условного топлива при повышении КПД котельной, работающей на мазу­те. Нагрузка котла 0,3 кг/с, давление в барабане котла 1,2 МПа. КПД брутто котельного агрегата в результате энергосберегающих мероприятий увеличился от 0,77 до 0,89.