Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
Повышение энергоэффективности в котельных и тепловых сетях
При ведении технологических процессов при производстве и транспортировке тепловой энергии для повышения энергоэффективности необходимо проанализировать варианты по энергосбережению.
Снижение потерь теплоты с уходящими газами
Основными потерями в котельных установках являются потери с теплотой отходящих газов [1]. Потери теплоты с уходящими газами (q2) в котлах без хвостовых поверхностей, работающих с a¹aопт, могут достигать 25%. Мероприятия, способствующие уменьшению потерь q2, следующие.
1. Установка водяного питательного поверхностного экономайзера (экономайзера и воздухоподогревателя) – экономия газа 4-7%, теплофикационного – 6-9%, контактного – 10-15% в зависимости от температуры уходящих газов.
Запишем выражение для потерь теплоты с уходящими газами в упрощенном виде (без учета теплоты вносимой холодным воздухом)
(1)
и рассчитаем изменение потерь при увеличении (уменьшении) температуры уходящих газов на ∆ tух
. (2)
Для природного газа V0 ≈ 9,7 м3/м3; 
м3/м3; 
МДж/м3. При средней теплоемкости продуктов сгорания сг = 1,5 кДж/м3 и коэффициенте избытка воздуха a=1,2 отношение 
. Таким образом увеличение (уменьшение) температуры уходящих газов на 20ºС приводит к изменению КПД на 1%. При больших избытках воздуха влияние изменения температуры уходящих газов более существенно.
|
|
|
2. Работа котлоагрегата с оптимальным коэффициентом избытка воздуха a = aопт. Для повышения энергоэффективности необходимо проанализировать условия и способы сжигания топлива. Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке выше оптимального приводит к снижению температуры в топке и уменьшению температурного напора, кроме того, увеличивается расход электроэнергии на привод вентилятора и дымососа. Из выражения (2) следует, что при изменении коэффициента избытка воздуха на ∆a потери теплоты с уходящими газами меняются на величину:
. (3)
При температуре уходящих газов в диапазоне 120-170 ºС увеличение ∆a на 0,1 приводит к увеличению q2 на 0,5-0,7 %.
3. Увеличение плотности газоходов приводит к уменьшению присосов воздуха по тракту котла. Увеличение присосов воздуха по газовому тракту котел – дымосос на 10% приводит к перерасходу газа на 0,5 %, повышению расхода электроэнергии на привод дымососа на 4-5%.
Рассмотрим эффективность установки воздухоподогревателей.
|
|
|
Котлы марки КВГМ, как правило, не укомплектованы воздухоподогревателями, что обусловливает в некоторых случаях повышенное значение температуры уходящих газов. Расчетное значение температуры уходящих газов у котла КВГМ-180 составляет 175°С.
Ориентировочный срок окупаемости проекта при установке за котлом воздухоподогревателя рассчитывается следующим образом. При известных значениях расхода топлива В1, температуры уходящих газов tух, коэффициенте избытка воздуха aух и КПД котлоагрегата h рассчитывают значения потерь теплоты с уходящими газами
. (4)
При установке воздухоподогревателя за котлом температура газов снизится до значения 
. При этом уменьшатся потери теплоты с уходящими газами до значения
(5)
и возрастет КПД котельного агрегата
. (6)
Это приводит к снижению расхода топлива:
(7)
что позволяет рассчитать годовую экономию топлива как
|
|
|
, (8)
где h – число часов работы котлоагрегата в течение года; Цт – стоимость природного газа.
Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, определятся выражением
. (9)
Площадь поверхности теплообмена определится из выражения
, (10)
где температурный напор рассчитывается как
, (11)
а коэффициент теплопередачи - по критериальным формулам при предварительно заданной скорости движения газа и воздуха в диапазоне 7 -15 м/с. После определения площади поверхности теплообмена уточняются конструктивные характеристики воздухоподогревателя, а именно: число труб, длина, шаги между трубами - и уточняется значение коэффициента теплопередачи. Обычно воздухоподогреватель изготавливают из труб 40×1,5, шаги между трубами при шахматном их расположении составляют 40-45 мм и 45-60 мм. Для котлов малой мощности используют трубы меньшего диаметра. После уточнения конструктивных характеристик: общего числа труб n, поперечного и продольных шагов, свободного сечения для прохода газа и воздуха - уточняют значения скоростей газа и воздуха. Затем определяют уточненное значение площади поверхности воздухоподогревателя F и его длину 
. При известной массе металла 
и стоимости одного килограмма металла Цм ориентировочные затраты на изготовление и монтаж воздухоподогревателя составят Звп≈2МЦм. На рис. 1 представлены расчеты годовой экономии топлива и затраты на монтаж воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180 при различной температуре уходящих газов. Уменьшение температуры продуктов сгорания вплоть до 110°С окупается практически за один год Звп ≈ Эт. При охлаждении продуктов сгорания до более низких температур возникают дополнительные затраты, связанные с обеспечением надежной работы дымовой трубы.
|
|
|
Рис. 1. Годовая экономия топлива и затраты на монтаж
воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180
Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
Они должны быть сведены к нулю за счет правильного выбора горелок, качества изготовления и монтажа, проведения наладки работы горелок и топочных туннелей.
3. Потери теплоты в окружающую среду
Для снижения расхода газа из-за потерь теплоты в окружающую среду следует тщательно выполнять и поддерживать в исправном состоянии ограждения котла, изоляции оборудования, трубопроводов, задвижек, фланцев и т.д.; при этом температура на поверхности обмуровки не должна превышать 55°С при температуре окружающего воздуха 25°С.
4. Работа котельной установки в режиме пониженного давления
Работа котельной установки в режиме пониженного давления характеризуется следующим:
а) уменьшение давления пара в барабане котла приводит к снижению степени сухости пара, особенно существенно при рк £ 0,5рн. Кроме того, увеличение влажности пара может приводить к гидравлическим ударам в сетях и паропотребляющем оборудовании, увеличению времени технологических процессов, а в некоторых процессах и к браку продукции;
б) снижение давления пара и уменьшение температуры насыщения увеличивает температурный напор и приводит к более глубокому охлаждению продуктов сгорания, что несколько повышает КПД котла.
5. Температура питательной воды t в
Она оказывает существенное влияние на экономичность работы котлоагрегатов. Для котлов с рн=14 кгс/см2 увеличение температуры воды на входе в барабан котла tв.б на каждые 10°С дает экономию газа на 1,7-2,2 % при условии сохранения постоянного значения КПД за счет дополнительных мероприятий. Расход природного газа на выработку пара может быть рассчитан из уравнения прямого баланса котлоагрегата
, (12)
где D – паропроизводительность котельной; i ¢¢ и iпв – энтальпии насыщенного пара и питательной воды.
При температуре питательной воды 105-110ºС, КПД, равном 90%, и энтальпии насыщенного пара при давлении 14 кгс/см2, равной 2788 кДж/кг, расход природного газа на выработку одной тонны пара составит 
м3/т. Повышение температуры питательной воды (при условии сохранения постоянных значений давления пара, производительности и КПД) можно оценить из уравнения прямого баланса котла (183)
. (13)
Увеличение температуры питательной воды на 10ºС приводит к уменьшению удельного расхода газа на 
м3/т, или на (1,5/70)100 % ≈ 2 %.
Но увеличение температуры питательной воды приводит к увеличению температуры уходящих газов, особенно когда экономайзер является последней по ходу газов поверхностью, что приводит к снижению КПД. Потому положительный эффект от повышения температуры питательной воды может быть достигнут только при одновременном проведении мероприятий по снижению температуры уходящих газов. Так, например увеличение температуры питательной воды и установка теплофикационного экономайзера за паровым котлом дает суммарный положительный эффект.
Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 103; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!