Диссертация (1141533), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Повышенный уровень кислотности PH конденсата варьируется от 3,5 до 4,5,что мешает использовать её в качестве подпиточной воды и, тем самым, повыситьКПД использования установки. Конденсат, выпадающий из продуктов горения, содержит примерно следующее количество примесей мг/л: СО2 – 100; N2-11;О2 -3; H2 – 0,75; СН4-0,85; СО-1,0; NOx-0.05.103Из перечисленных газов водород и азот являются физиологически инертными.
Кислород для человека не вреден. Метан и углекислый газ действуют наркотически, но их токсические концентрации значительно выше тех, которые имеютместо в продуктах сгорания, более того, газы растворены в воде. Поэтому, заслуживает внимания лишь содержание в воде окиси углерода, а также окислов азота,но отравление ими возможно только через дыхательные пути. Таким образом, естьвсе основания считать, что непосредственный контакт воды с продуктами сгоранияприродного газа не делает её токсичной, но тем не менее поднимает её коррозионную активность.При активации внешнего электрического поля объём конденсата увеличился на 34,5%, что хорошо согласуется с предположением [107] об увеличенииводородного горения, в результате которого при сжигании водорода образуетсявода.
С увеличением выпадения конденсата увеличилась и теплота, выделяемая вконденсационном теплообменнике. Понижение температуры на выходе из экономайзера произошло по причине повышения влажности продуктов сгорания. Химический состав выпадающего конденсата так же претерпел изменения и хорошо согласуется с исследованиями снижения вредных выбросов в факеле пламени приналожении внешнего электрического поля. Примеси в конденсате составили:СО2 – 34; N2-5; О2 -8; H2 – 0,1; СН4-0,15; СО, NOx - ниже порога обнаружения.
Рhсреды стал менее кислотным и поднялся до значения 6-6,5, что уже допускает использование конденсата в качестве подпиточной воды.4.7. Использование теплоты продуктов сгорания в теплообменникеРассмотрим процесс охлаждения дымовых газов в I-d диаграмме (Рисунок29) при стационарной работе конденсационного теплообменника без наложенияэлектрического поля.Точка 1. Температура продуктов сгорания при входе в утилизатор t1=140°C,влагосодержание d1=115 г/кг, энтальпия I1=459 кДж/кг, φ1=16%.104Принимаем, что охлаждение продуктов сгорания в утилизационной установке происходит до t=40°C. Построим в I-d - диаграмме процесс охлаждения дымовых газов от t=140°C до температуры t=40°C.Участок 1-2 - охлаждение продуктов сгорания до температуры точки росыtт.р.=55°C.Получим во второй точке следующие параметры:t2=55°C; d2=l 15 г/кг с.г; φ2= 100%.I2=376,83 кДж/кг.В этом процессе дымовые газы отдают свою теплоту при охлаждении,ΔIсух=I1-I2=82,2 кДж/кг.(68)Так как дымовые газы содержат водяной пар, то при дальнейшем их охлаждении за счет конденсации водяных паров происходит дополнительное выделение теплоты на участке 2 -3.Участок 2 - 3 - конденсация водяных паров.Параметры в точке 3:Т3=40°С; d3=48 г/кг с.г; φз=100%,I3=40 ккал/кг, 167,35 кДж/кг.Выделение теплоты при конденсации:ΔIконд= I2-I3= 209,4 кДж/кг.(69)Итого, сумма выделяемой теплоты из уходящих газов составила:∑ = ΔIсух + ΔIконд = 82,2 + 209,4 = 291,6кДж/кг.(70)При подаче напряжения на электрод происходит изменение состава продуктов сгорания на выходе из котла.
Для расчёта теплоты, получаемой при этом в конденсационном теплообменнике, учтём следующие изменения состава дымовых газов: снижение температуры до 121°С на входе в конденсационный теплообменик ивлажность продуктов сгорания 21%.Точка 4. Температура продуктов сгорания при входе в утилизатор t4=131°C,влагосодержание d1=157 г/кг, энтальпия I1=562 кДж/кг, φ1=21%.Принимаем, что охлаждение продуктов сгорания в утилизационной установке происходит так же до t=40°C.
Построим в I-d - диаграмме процесс охлаждения дымовых газов от t=131°C до температуры t=40°C.105Участок 1-2 - охлаждение продуктов сгорания до температуры точки росыtт.р.=55°C.Получим во второй точке следующие параметры:t2=60°C; d2=l 57 г/кг с.г; φ2= 100%.I2=473 кДж/кг.В этом процессе дымовые газы отдают свою теплоту при охлаждении,ΔIсух=I1-I2=89 кДж/кг.(71)Так как дымовые газы содержат водяной пар, то при дальнейшем их охлаждении за счет конденсации водяных паров происходит дополнительное выделение теплоты на участке 2 -3.Участок 2 - 3 - конденсация водяных паров.Параметры в точке 3:Т3=40°С; d3=48 г/кг с.г; φз=100%,I3=40 ккал/кг, 167,35 кДж/кг.Выделение теплоты при конденсации:ΔIконд= I2-I3= 305,65 кДж/кг.(72)Итого, сумма выделяемой теплоты из уходящих газов составила:∑ = ΔIсух + ΔIконд = 89 + 305,65 = 394,65 кДж/кг.(73)Подсчитаем прирост теплоты от более влажных дымовых газов с наложением электрического поля:ΔI=394,65-291,6=103,05(74)Затем происходит смешивание 55% уходящих дымовых газов с температурой 140°С или 131% с температурой 40°С до необходимой температуры уходящихдымовых газов для удаления через дымовую трубу.Дополнительное аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплоутилизатором, преодолевается за счет уменьшения объема продуктов сгорания вследствие снижения их температуры, увеличения объемной массы и выпадения частиконденсата из водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания.
Благодаря компактности, теплоутилизатор можно устанавливать в действующих котельных, в которых, как правило, недостаточно места для размещения контактных экономайзеров.106Рисунок 29 - Построение термодинамических процессов в конденсационном теплооб-меннике на диаграмме дымовых газов опытнопромышленной установки с до-бавлением напряжения на электроды расположенные в топке котельной1074.8.
Экономическая оценкаКак было подтверждено в предыдущих главах, воздействие электрическогополя на факел пламени повышает эффективность использования газового топлива,вследствие чего происходит экономия топливных ресурсов. Определим экономический эффект от внедрения установки воздействия электрического поля на факелпламени в котельную с тремя котлами ДКВР-10/13.Экономический эффект от внедрения электродов в топку котельной выражен тремя направлениями:1.прямая экономия от повышения теплоотдачи к тепловоспринимающимповерхностям топки.
Снижение энергии активации;2.получение дополнительной прибыли котельной за счёт повышениямаксимальной мощности. Превышение номинальной мощности позволяет обслуживать большее число потребителей с 1 котла и получать прибыль за отоплениеновых потребителей;3.снижение платы за вредные выбросы.Для расчёта примем следующие допущения:мощность котлов и потребление топлива за год примем одинаковымдля всех трёх установленных котлов;стоимость установки воздействия электрического поля на факел пла-мени примем укрупнённо, и при доработке режима оптимизации возможно существенно сократить стоимость изделия;низшая теплота сгорания топлива принята постоянной на протяжениивсего года, без учёта корректировок, предоставляемым котельной от поставщикагазового топлива;работу котельной принимаем равномерной на протяжении отопитель-ного сезона с коэффициентом полезного действия в соответствии с режимнымикартами.1084.8.1.
Экономия топливаВ данных расчётах участвует суммарный эффект от внедрения электродов втопку котла. Рассмотренные вопросы в предыдущих главах отражают предположительные механизмы экспериментально подтверждённых эффектов по повышениютепловыделения в топке котельной при внедрении высоковольтных электродов взону горения факела пламени. Повышение теплоотдачи к тепловоспринимающимповерхностям топки проявляется за счёт изменения температуры факела и повышения передачи теплоты излучением. Повышение тепловыделения от топлива втопке связано со снижением энергии активации за счёт присутствия отрицательныхэлектронов поля в топочном объёме.
Энергия диссоциации О-2 (393,7 кДж/моль)значительно меньше, чем у O+2 (642,8 кДж/моль) [108], подвижность О-2 большеподвижности О+2 , что увеличивает рекомбинацию ионов и снижает энергию активации химических реакций горения. Перечисленные факторы снижают расход собственной тепловой энергии факела на разложение молекул топлива, и высвободившаяся дополнительная тепловая энергия повышает КПД котла [107] Кроме этого,снижение коэффициента избытка воздуха ниже единицы позволяет снизить количество нагреваемого топливом воздуха, что приводит к повышению тепловогонапряжения в топке и уменьшению потерь теплоты с уходящими дымовыми газамив силу снижения их количества.
Для экономической оценки внедрения электрического поля отрицательной напряжённости в топку котла примем комплексный показатель всех вышеперечисленных эффектов, влияющих на выработку теплотыусреднённо в 6.7% экономии топливных ресурсов при различных режимах эксплуатации котельной. Подсчитаем экономию котельной за 1 отопительный сезон.Пересчитаем годовую экономию на отопительный сезон в соответствии склиматологическими данными для Нижнего Новгорода [100].Исходные данные для расчетов:- количество топлива, потреблённого котлом за отопительный сезон – 2015 тыс.м3/год; 5,2 руб. стоимость 1 м3 газа.Количества теплоты, отпущенной потребителям за год:109год = ∙ н ∙ (75)где: – объем использованного газа в котельной 2 015 000 м3;н – низшая теплота сгорания газового топлива, принятая 36 Мдж/м3; – КПД котлоагрегата;год = 2015000 ∙ 36 ∙ 0,89 = 64560,6 ГДж.(76)Средняя экономия при введении электрического поля в топку составила 6,7% ( израсчёта разных режимов работы), что эквивалентно экономии выработки теплоты:эконом.год = год ∙ Р,(77)где Р – процент экономии выработки теплоты 6,7%.эконом.год = 64560,6 ∙ 6,7% = 4325,56 ГДж(78)Произведём пересчёт в натуральном и денежном эквиваленте:эконом.год = 2015000 ∙ 6,7% = 135005 м3 ⁄год(79)Сэконом.год = 135005 ∙ 6,7 = 702026 руб.⁄год(80)4.8.2.
Доход с подключенных потребителейТекущие условия оплаты теплоты потребителями предусматривают 2 видаставок: ставка за потреблённую тепловую энергию, а также ставка за содержаниетепловой мощности. Внедрение электродов для генерации электрического поля втопку котельной позволяет повысить вырабатываемую мощность на 12 % выше номинальной за счёт изменения формы факела пламени и интенсификации прохождения химической реакции. Данное изменение позволит взять большее число потребителей без существенной реконструкции котельной.
Мощность котла ДКВР10/13 в соответствии с режимными картами составляет 9,94 Гкалл/час. Ставка за110содержание тепловой мощности по данным ОАО «Теплоэнерго» [109], в среднем,за отопительный период в течение 2017 года составляет 260,9 тыс. руб. в месяц/Гкал/ч.Произведём расчёт дополнительной прибыли от платы потребителей за мощность,доступную после внедрения электрического поля в топку котла. Дополнительнаямощность, доступная потребителям, составляет 12%:доп = 9,94 ∙ 12% = 1,19 Гкалл(81)Оплата в месяц от потребителей за мощность составит:Сдоп.месяц. = 1,19 ∙ 260,9 = 311,2 тыс. руб(82)Средняя продолжительность отопительного сезона по данным Климатологии[клим.] составляет 215 суток, пересчитаем прибыль за год использования при условии наличия новых потребителей на вырабатываемую мощность:доп ∙ Сдоп.месяц.
∙ ⁄30 = 1.19 ∙ 311,2 ∙ 215⁄30 = 2654 тыс. руб.(83)4.8.3. Снижение платы за вредные выбросыДействующим законодательством РФ предусмотрена плата за негативное воздействие на окружающую среду (НВОС). Необходимость платы за негативное воздействие на окружающую среду предусмотрена Федеральным законом от 10.01.2002№ 7-ФЗ "Об охране окружающей среды". Этот закон устанавливает, что негативноевоздействие на окружающую среду является платным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
