Диссертация (1141533), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Такими параметрами являются скорости продуктов сгорания и нагреваемой воды иих температуры на выходе из конденсационного теплообменника.Систему использования теплоты продуктов сгорания и теплоты конденсации водяного пара в конденсационном теплообменнике характеризуют термодинамические параметры и теплофизические свойства потоков.Таким образом, технологические параметры нагреваемого и охлаждаемогопотоков теплоносителя определяются, в значительной степени, требованиями взаимной связи системы котел - экономайзер - теплообменник.При постановке задачи оптимизации технологические параметры нагреваемых потоков (давление, температуры на входе в теплообменник нагреваемой воды91и продуктов сгорания) следует считать заданными.
Температура продуктов сгорания на выходе и температура стенки пучка труб ограничены точкой росы согласноусловиям условий оптимального протекания процесса конденсации водяного параиз продуктов сгорания природного газа.Температура продуктов сгорания на входе в конденсационный теплообменник является заданной величиной. Она определена технологической связью системы котел - экономайзер – теплообменник, и равна температуре продуктов сгорания на выходе из экономайзера.Скорости продуктов сгорания и охлаждающей воды задаются в определенных пределах, исходя из условия омывания трубных пучков в конвективных поверхностях нагрева.При рассмотренных условиях, когда заданы технологические параметры ирасход нагреваемого потока, а также задана температура продуктов сгорания навходе в теплообменник, оптимизационная задача решается в два этапа:- выбор компоновочного решения и геометрических характеристик поверхности нагрева;- оптимизация температуры уходящих газов в конденсационном теплообменнике.Решение оптимизационной задачи должно проводиться с условием специфических для рассматриваемого случая технических ограничений, к которым следует отнести наличие определенного сортамента труб, использованных в конструкции котла.
Применение труб малого диаметра, помимо унификации поверхностинагрева, обеспечивает повышение эффективности протекания процессов тепло- имассоотдачи.Использование теплоты конденсации водяного пара и физической теплотыпродуктов сгорания при их охлаждении в конденсационном теплообменнике позволяет повысить надежность и экономичность работы установки, включая мероприятия по охране окружающей среды.92Однако, применение конденсационных теплообменников для нагрева водыприводит к некоторому росту капитальных вложений.Поэтому, при расчете конденсационного теплообменника необходимо выбрать температуру уходящих газов на выходе из него, при которой будет обеспеченминимум приведенных затрат. Наиболее выгодные параметры работы конденсационного теплообменника определяет оптимальное значение tyx.
В общем случае, задача нахождения оптимальной tyx усложняется необходимостью оптимизации конструктивных характеристик поверхности нагрева конденсационного теплообменника. В том случае, когда конструктивные характеристики поверхности нагрева известны, температура уходящих газов за конденсационным теплообменником зависит от скорости продуктов сгорания, и их оптимальное значение получают вариантными расчетами [99].4.2.
Описание установкиРоссийская Федерация – самая большая по площади страна земного шара.Территория нашего государства располагается почти во всех климатических поясах – от субтропического до арктического. Весь север России расположен в арктическом и субарктическом поясах, средняя полоса РФ имеет умеренный климатический пояс. Юг страны находится в субтропиках, но всего лишь 5% территории входят в эту зону. И отопительный сезон на большей части территории страны весьмапродолжительный [100] (в среднем по стране около 250 дней в году).Потребности в отоплении в большинстве случаев реализуются на котельныхустановках преимущественно средней мощности. В соответствии с Федеральнымзаконом «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, ио внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»№ 261-ФЗ от 23.11.2009г [1]., требуется снижение потребления всех энергоресурсов, включая ресурсы, используемые при выработке теплоты.
Котельные, установ-93ленные в жилых зонах городов и поселков обладают совершенно разными характеристиками и находятся в разном техническом состоянии. Повышение энергетической эффективности легче всего производить при проектировании новой котельнойустановки, либо при реконструкции старых котельных с заменой котлоагрегатов.При этом, большая часть эксплуатируемых котельных находиться в эксплуатациис запланированной реконструкцией через десятки лет.
В данной работе рассмотрено одновременно два наиболее эффективных и наименее сложных в установкеметодов повышения энергетической эффективности котельных установок: установка конденсационного теплообменника и воздействие внешнего электрическогополя на факел пламени.Установка конденсационного теплообменника является энергоэффективным решением для большинства котельных установок. Подобрать конденсационный теплообменник можно на базе производимых заводским методом теплообменников КСК. При его установке требуется место для размещения, что не всегда возможно в современных плотных компоновках котельных установок, а также изменение тепловой схемы котельной установки.
Питательная вода должна проходитьчерез конденсационный теплообменник и только после этого попадать в экономайзеры и котёл. Вторым нюансом установки конденсатного теплообменника служитналичие конденсата из продуктов сгорания с частично растворёнными коррозионно-активными веществами. Также, установленный конденсационный теплообменник требует пуско-наладочных работ по регулировке и поддержанию соотношения количества уходящих газов, проходящих через теплообменник и движущихся по байпасу, для поддержания оптимальной температуры дымовых газов навыходе из дымовой трубы и рассеивания вредных выбросов в прикотельной зонезастройки.
Однако, данная экономия топливных ресурсов не достижима при использовании иных методов, даже при строительстве новой котельной установки.Вторым вариантом повышения энергетической эффективности котельнойявляется установка электродов в топке котла с генерацией электрического поля,воздействующего на факел пламени. Положительный опыт был получен Турлайс94Д.П. и Пурмалис М.Я при сжигании мазута и обработке коронным разрядом воздуха подаваемого на горение в топку котлов РК-1,6 и ДЕ-25/14.
В предыдущейглаве были показаны лабораторные эксперименты на факеле различных газов и приразличном виде смешения топлива. В ходе лабораторного исследования подтверждены важные для использования в котельных установках результаты воздействияэлектрического поля на факел пламени: изменение формы факела, повышение температуры ядра факела, снижение уровня вредных выбросов СО, NOx, СО2. Данныедостижения были получены при сжигании газа в близких к условиям горения в котельных установках, но достижение каждого показателя в большинстве случаевпроисходило при конкретных условиях установки кольцевого электрода и формыпламени. Топка котла находится под разряжением для удаления продуктов горенияв нужном объёме, что добавляет требований к прочности закрепления электродов.Также, высокое напряжение, подаваемое на электроды, требует повышенного сопротивления изоляции между расположенными в топке электродами и стенкамикотла.
В лабораторных экспериментах стекание тока происходило на корпус горелки, заземлённой и изолированной от внешних контактов с токопроводящимипредметами. Стенки лабораторной установки были выполнены из кварцевогостекла, являющегося диэлектриком, что исключает вероятность утечки электрического тока вне корпуса горелки. В условиях установки электродов высокой напряжённости в топке котла необходимо исключить стекание токов на конструкционные элементы котла. В стальных трубах тепловоспринимающей поверхности топкипротекает вода, которая является проводником электрического тока. Стекание токана корпус горелки, а также прочих элементов котлоагрегата, не допустимо дляобеспечения стабильной работы котельной установки.
Так же, большинство вспомогательных элементов и арматуры связаны через металлический токопроводящийкорпус с автоматикой котельной установки, которая, при попадании под воздействие высоковольтного потенциала может выйти из строя. Для предотвращениястекания тока на элементы котельной установки необходимо ввести ещё один электрод заземления, расположенный перед фронтом пламени, на противоположной95стороне топки.
Так как пламя является высокоионизированной плазмой, то её диэлектрическая проницаемость во много раз выше диэлектрической проницаемостивоздуха, соответственно заземлённый электрод, расположенный за горелками, ноперед фронтом пламени, будет воспринимать на себя ток от электрода, находящегося под напряжением. При этом, необходимо изолировать тыльную сторону электродов от металлических поверхностей котла, для этого используется применениетугоплавких диэлектрических материалов – керамики или шамотного кирпича.
Вомногих топках котлов стенки близ факела пламени дополнительно обложены шамотным кирпичом, что облегчает монтаж высоковольтных электродов с точки зрения их изоляции от металлических поверхностей котла.Комплексное решение повышения энергетической эффективности состоитв том, что электрическое поле отрицательной напряженности накладывается на факел пламени [101] [102], и размещении конденсационного теплообменника с байпасом на выходе из экономайзера.
Оба решения опробованы на существующей котельной с 3-мя котлами ДКВР-10/13. Подтверждающие акты внедрения приведеныв приложении Б. Конденсационный теплообменник на базе теплообменника КСКуже был установлен в газовоздушном тракте котельной в одном из исследований.Генерация электрического поля производилась на один наиболее нагруженный котёл. Электроды устанавливались в топке с закреплением на шамотном кирпиче.Рассмотрим схему опытно-промышленной установки с внедрением результатов исследований.96Рисунок 26 - Принципиальная схема опытно-промышленной установкина Рисунок 26 изображено: 1 – горелки, подающие топливную смесь; 2 –экономайзер; 3 - теплообменный аппарат; 4 – деаэратор; 5 - аппараты умягчения; 6– дымосос; 7 - дымовая труба; 8 - питательный насос; 9 – шибер; 10 – каплеуловитель; 11 - кольцевой заземлённый электрод; 12 - кольцевой электрод под напряжением; 13 - провод питания электрода под напряжением, экранированный в керамической трубочке; 14 - заземление нулевого электрода.На Рисунок 26 приведен пример комплексного решения энергоэффективного сжигания газа в котле ДКВР-10/13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
