Диссертация (1141533), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Оптимизация процесса горения достаточно широко рассмотрена в литературе с точки зрения конструктивного исполнения котлов. Приподаче топлива в топку котла для повышения эффективности смешивания топливной смеси и оптимизации формирования факела используют горелки различныхконструкций, обеспечивающих физическое воздействие на процесс формированияфакела.
После сгорания топлива, теплота через тепловоспринимающие поверхности котла и экономайзер передаётся теплоносителю, поступающему в систему теплоснабжения или теплообменные аппараты, обеспечивающие теплосъём для потребителей. Большинство современных котельных находится на уровне оптимизации,обеспечивающем эффективную теплопередачу теплоты при поддержании оптимальной температуры дымовых газов, но упуская при этом скрытую теплоту конденсации водяных паров, находящихся в дымовых газах, в угоду эксплуатационнойпростоте использования технологической схемы котельной.14Утилизация теплоты уходящих дымовых газов, по своей значимости, занимает особое место в экономии топлива. В работе [3] отмечено, что уходящие газыв газифицированных котельных несут в себе около 20% резервов экономии топлива, из которых 4-5% теряется с явной теплотой уходящих газов и 10-13% со скрытой теплотой парообразования.Первые установки с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания положили начало целой серии разработок подобных теплообменников.Создано несколько типов установок для нагрева воды путем контакта ее сдымовыми газами.
Аронов И.З. в работе [4] отмечает, что экономия природногогаза в таких установках составляет около 7 - 12 %. При контактном нагреве водыпродуктами сгорания возможны процессы двух видов:- испаряется вода, увлажняя продукты сгорания- конденсируется водяной пар, осушая уходящие газы.В работе [5] предлагается для расширения возможностей применения контактных установок присоединять их к потребителям через промежуточные теплообменники, в которых воду, насыщенную углекислотой, использовать для нагревачистой воды, а охлажденную воду направлять для повторного нагрева. Включениев схему промежуточного теплообменника и использование его в дальнейшем какнагреватель холодной воды применяется на весьма небольшом количестве установок, в частности, в технологических схемах небольших промышленных предприятий и на коммунальных объектах [6].
Вода не может быть использована в системахгорячего водоснабжения и отопления без дополнительного подогрева.Аронов И.З. и Шанин В.П. [7] провели анализ работы контактных теплообменников на ТЭС и дали оценку экономичности их использования в качестве подогревателей сетевой воды. В этой же работе отмечено, что при открытом водоразборе без промежуточных теплообменников применение их эффективнее, так какнагрев воды при этом способе возможен до температуры 50-55°С.15Несмотря на высокую эффективность работы контактных водонагревателейи экономайзеров, использование нагретой в них воды связано с большими трудностями, так как предельная температура нагрева воды в этих установках ограниченатемпературой мокрого термометра продуктов сгорания, а следовательно, ограничено и число потребителей воды такой температуры.
Вода, нагретая в этих установках до 50°-70°С, является агрессивной, остаточное содержание в ней кислородадостигает 2-3 мг/л, углекислоты 50-70 мг/л.Для уменьшения остаточного содержания кислорода, углекислоты и повышения температуры нагреваемой воды создана группа установок. В аппаратеФНКВ-1М производится догрев воды в поверхностном водонагревателе, расположенном вокруг топки, до температуры 99-100°С. При нагреве до температуры 6070°С вода по качеству мало отличается от вырабатываемой в установках типа КВТи экономайзерах и может подаваться на горячее водоснабжение.
В этом случае, работа аппарата наиболее экономична. Из работы [8] можно сделать вывод, что концентрация углекислоты зависит от режимных факторов, поэтому и возможностьстабилизации воды также крайне ограничена. В процессе нагрева воды продуктамисгорания с последующим обескислороживанием её приведет к норме по углекислоте и к удорожанию установки за счет дополнительных капитальных вложений вдегазатор. Получение воды со стабильно низким содержанием кислорода при снижении её агрессивности путём применения дегазаторов и декарбонизаторов не далоположительных результатов.
Нагретая морская вода в установках погружного горения, с целью увеличения нефтеоотдачи, закачивается в пласт. Этот опыт не далвысокой эффективности, так как повысилось содержание углекислоты и кислородав нагретой воде и возросла скорость коррозии [8].Из созданных за рубежом и рассмотренных в ряде работ [9], [10], [11], [12]различных водогрейных установок с поверхностью нагрева, имеющей температуруниже точки росы и конденсацией водяного пара из продуктов сгорания на этой поверхности можно выделить две группы.
Первая - самостоятельные поверхностные16экономайзеры с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания, присоединяемые к действующим водогрейным котлам. Вторая группа - специализированныеводогрейные котлы с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания на поверхности нагрева, которая конструктивно объединена с топочным устройством.Теплообмен проходит в камерах различной конструкции – каскадно-дисковой, форсуночной, насадочной, форсуночно-насадочной и барботажно-ударной.При исследовании контактных теплообменников, наряду с достоинствами,выявлены и недостатки. В камерах контактно-дискового типа при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении - низкий коэффициент теплоотдачи.
В камерах форсуночного типа резко падает коэффициент теплоотдачи при незначительном падении избыточного давления воды или засорении форсунок. Применениеконтактных камер с барботажем дымовых газов ограничено большим гидравлическим сопротивлением. При самом высоком коэффициенте теплопередачи в насадочных камерах самое высокое гидравлическое сопротивление.В системах, где предусматривается контактный водонагреватель, гравитационная замкнутость нарушена, требуется установка циркуляционного насоса, чтоведет к увеличению расхода электроэнергии.Применение теплообменников с охлаждением продуктов сгорания до температуры ниже точки росы, с сохранением преимуществ контактных установок ирасширением области использования нагретой воды не получило широкого распространения, так как известные и описанные в литературе разработки и существующие конструкции водогрейных установок не обеспечивают снижение вредных выбросов с продуктами сгорания.Рассматривая основные способы утилизации теплоты продуктов сгорания,Прохоров С.Г.
в работе [13] отметил, что частичный возврат теплоты уходящих газов в котлоагрегат при помощи рекуператоров и регенераторов не является в полной мере утилизацией в соответствии с принятым определением «вторичные энергоресурсы» (ВЭР). Для максимального использования энтальпии уходящих дымовых газов, которая составляет значительную часть низшей теплоты сгорания, как17показано в работе [6], необходимо охладить продукты сгорания ниже температурыточки росы, которая соответствует 50-60°.
При этом утилизируется и явная, и скрытая теплота. При снижении температуры продуктов сгорания поднимается актуальная проблема рассеивания вредных выбросов для соблюдения наземных предельнодопустимых концентраций. Рассматривая вопрос снижения вредных выбросов,стоит обратиться к воздействию электрического поля на факел пламени в топке котельной. При ряде исследований отмечалось значительное снижении выбросов[14], [15] оксидов углерода и оксидов азота при низких затратах электрическойэнергии, поддерживающей электрическое поле, воздействующее на факел.Несмотря на значительно накопленный опыт в решении этих вопросов, недостаточно внимания уделяется установкам, в которых происходит охлаждениепродуктов сгорания до температуры ниже точки росы, и электрическому полю, воздействующему на факел в топке.
Благодаря использованию теплоты, выделяемойпри конденсации водяного пара и располагаемой теплоты продуктов сгорания, поотношению к низшей теплоте сгорания природного газа, использование потенциала может быть доведено до 105 %, что соответствует примерно 95% по отношениюк высшей теплоте сгорания. Внедрение электродов для моделирования электрического поля, при этом, позволит снизить вредные выбросы в окружающую среду,образовавшиеся при снижении температуры продуктов сгорания, а также скомпенсировать снижение рассеивания при понижении температуры.При нагреве воды контактным способом особое внимание уделяется процессу сжигания природного газа, так как химическая неполнота сгорания негативноотражается на качестве нагреваемой воды. Возможность повышения полноты сгорания топлива за счёт оптимизации горелок уже находится на высоком уровне.Дальнейшая механическая оптимизация смешивания топливно-воздушной смесине позволяет существенно снизить уровень вредных выбросов, а вследствие этогоповысить качество нагреваемой воды в контактных теплообменниках, повыситьполноту сгорания газового топлива.
Механическая оптимизация перемешиваниятопливно-воздушной смеси не влияет на качественный состав продуктов сгорания,18что отражается на качестве конденсата после теплообменника. Проблему углекислоты при снижении температуры уходящих газов ниже температуры точки росыпредлагается решить путём активного воздействия электрического поля на факелпламени в горелке, тем самым снизив концентрацию СО в уходящих газах. Опробованных и работающих промышленных генераторов электрического поля с внедрением электродов в топку ещё не встречается, тем не менее, исследования зарубежных учёных указывают на эффективное снижение оксида углерода при сжигании топлива. Так в исследованиях [14] собрана установка с кольцевым электродомвокруг факела пламени семиотверстной заземлённой горелки Бунзена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
