В даний час водогрійні котельні є одними з основних джерел теплопостачання житлово-комунального сектора (ЖКС) та промисловості. Ефективність систем теплопостачання споживачів безпосередньо залежить від ефективності роботи джерел теплоти, які зазвичай мають складну структуру і досить широкий спектр обладнання, що застосовується. На жаль, розробники теплоенергетичних об'єктів, зосереджуючись, переважно, на вдосконаленні основного обладнання та окремих процесів, надають недостатню увагу розробці ефективних теплових схем об'єктів в цілому, хоча сучасний рівень розвитку методів системного аналізу та обчислювальної техніки дозволяє проводити дослідження об'єктів високого ступеня складності [1, 2]. Застосувати дані методи до теплових схем котельних установок, з тим щоб виявити перспективні напрямки щодо їх вдосконалення, є метою представленої роботи.

Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи - Кунеевскій В. В.


Analysis and synthesis of effective therval charts of boiler plant

The method of systems analysis was applied to the operating boiler room in Tuymazi city with the flue-boiler. The perspective directions on the improvement of power objects of a similar structure were defined based on the received results. The complex of energy saving measures is offered. It allows practically to eliminate the expenditures of boiler water on the own needs of boiler room and attain an annual economy of 1,48 toe per year from computation of 104510 GDg heat supplement per year. The combined economic effect of the offered solution made 2,33 million of rub per year.


Область наук:

  • Енергетика і раціональне природокористування

  • Рік видавництва: 2006


    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. проблеми енергетики


    Наукова стаття на тему 'Аналіз і синтез ефективних технологічних схем котельних установок'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз і синтез ефективних технологічних схем котельних установок»

    ?АНАЛІЗ І СИНТЕЗ ЕФЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СХЕМ КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК

    В.В.КУНЕЕВСКІЙ Інститут «ТатНІПІнефть» ВАТ «Татнефть»

    В даний час водогрійні котельні є одними з основних джерел теплопостачання житлово-комунального сектора (ЖКС) та промисловості. Ефективність систем теплопостачання споживачів безпосередньо залежить від ефективності роботи джерел теплоти, які зазвичай мають складну структуру і досить широкий спектр обладнання, що застосовується. На жаль, розробники теплоенергетичних об'єктів, зосереджуючись, переважно, на вдосконаленні основного обладнання та окремих процесів, надають недостатню увагу розробці ефективних теплових схем об'єктів в цілому, хоча сучасний рівень розвитку методів системного аналізу та обчислювальної техніки дозволяє проводити дослідження об'єктів високого ступеня складності [1, 2]. Застосувати дані методи до теплових схем котельних установок, з тим щоб виявити перспективні напрямки щодо їх вдосконалення, є метою представленої роботи.

    Алгоритм проведення досліджень

    Узагальнений алгоритм проведення системних досліджень котельні установки, як складно-структурованого теплоенергетичного об'єкта, включає ряд послідовно виконуваних етапів [3]:

    1) аналіз меж вихідного об'єкта, а також визначення діапазонів допустимих значень його вхідних і вихідних параметрів;

    2) структурний аналіз об'єкта - для виявлення закономірностей внутрішньої організації складно-структурованого об'єкта, а також для визначення слабких зв'язків, розрив яких дозволить зробити його декомпозицію;

    3) створення розрахункової моделі об'єкта;

    4) синтез нового об'єкта;

    5) порівняльний аналіз ефективності діяльності вихідного і синтезованого об'єкта за обраними критеріями.

    Вихідний об'єкт дослідження

    Як об'єкт дослідження обрано типова водогрійна котельня г.Туймази з модульними жаротрубними котлами і вакуумної деаерацією води. Котельня призначена для опалення житлових кварталів і забезпечення навантаження гарячого водопостачання і працює за закритою схемою відпустки теплоти.

    Аналіз внутрішньої структури котельні проводився на основі графоаналітичного методу з побудовою балансової теплотехнологічної схеми котельні (БТТС), яка складалася з інформаційно-балансової схеми і супровідної таблиці із зазначенням параметрів потоків [2, 3]. У БТТС були включені тільки ті вузли, які впливали на

    © В.В. Кунеевскій Проблеми енергетики, 2006, № 3-4

    розглядаються процеси; однотипні елементи, що працюють паралельно або послідовно, представлялися як один елемент. У вихідному об'єкті виявлено наявність 10 контурів. З них один контур 5-якого ступеня складності і 2 контуру третього ступеня складності. 26 елементів з 28 входять в той чи інший контур. На основі цих даних була проведена декомпозиція вихідного об'єкта, введена ієрархія його елементів, визначена оптимальна послідовність їх розрахунку та здійснено аналіз кожного з виділених елементів і всієї системи в цілому за критеріями теплової і термодинамічної ефективності, для чого була розроблена розрахункова модель об'єкта і створено програмне забезпечення.

    Аналіз структури зовнішніх зв'язків вихідного об'єкта виявив наявність транзитних потоків теплової енергії, що було враховано при розрахунку результуючих показників енергетичної та термодинамічної ефективності котельні установки. Тепловий і ексергетичний ККД котельної установки розраховувалися по наступних співвідношеннях [3]:

    Про Про ЕЕГ + Її, -її?--

    Опол. Отранз.

    _ Про - Про ~ УО V про транз. , ()

    ^ Подв Етранз. Її - Е Ок

    I до

    _ Е Еп ° "+ Е Е, -Е Ек '"' "

    Епол. Е транз. г? к

    Пе _------------------------------------------------ --------------------------_-, (2)

    Е - Е транз .

    ^ Подв транз. / Е у - / ^ Е до

    У до

    де г - кількість потоків, підведених до системи; у - кількість потоків ВЕР; до - кількість транзитних потоків.

    Енергетичний ККД вихідного об'єкта виявився на рівні 87,5%, ексергетичний ККД - на рівні 22,8%, що вказує на наявність прихованих резервів щодо вдосконалення теплової схеми котельні.

    Найбільш суттєві статті витрат енергії на власні потреби котельні: підігрів сирої води - 44,9%; підігрів хімічно очищеної води -31,6%; енергозабезпечення контуру деаерації - 18,4%. У структурі енергетичних втрат виділяються втрати з газами, що - 76,6%. Втрати ексергії внаслідок незворотності теплових процесів складають 94,9%, втрати ексергії з димовими газами - 3,7%.

    Проблемою, яка потребує дозволу, стало й те, що встановлені на котельні жаротрубні котли, як показав досвід їх експлуатації, виявилися вкрай чутливі до якості живильної води. За 5 років експлуатації котли практично прийшли в непридатність, так як з плином часу жорсткість циркуляційної води привела до утворення в котлах, теплообмінниках і трубопроводах котельні установки щільних кальцієвих відкладень у вигляді накипу, що створило значне додаткове термічний опір, а температура димових газів піднялася зі 120-140 ° С до 180-200 ° С.

    Таким чином, синтез ефективної теплової схеми котельні установки повинен вестися в напрямку зниження теплових викидів з димовими газами і зменшення витрат енергії у вигляді якісних теплоносіїв на обігрів теплообмінників сирої і хімічно очищеної води, а також на контур деаерації підживлювальної води.

    синтезований об'єкт

    Виходячи з результатів, отриманих на стадії аналітичних досліджень вихідного об'єкта, запропонований комплекс заходів щодо його вдосконалення (рис. 1).

    Мал. 1. Комплекс заходів прийнятого рішення

    Перехід до двухконтурной системі теплопостачання з перекладом жаротрубного котла на харчування пом'якшеної водою створює сприятливі умови для роботи котла, але при цьому найбільш вразливим місцем даної системи стає проміжний теплообмінник (ПТА на рис. 2).

    - КОМ! Миксон

    сира вола

    Мал. 2. Принципова схема синтезованої котельні установки з вакуумної деаерацією підживлювальної води: ВК - жаротрубний водогрійний котел; Д - димосос; Г -грязевік; ПСВ - підігрівач сирої води; ХВО - хімводоочищення; 1111В - підігрівач хімічно очищеної води; Е - ежектор; ОВ - охолоджувач випару; ПТА - проміжний теплообмінник, УГ - ультразвуковий генератор; КПСВ - контактний підігрівач сирої води; 1111В1, 1111В2 - два ступені підігріву хімічно очищеної води; Н1-Н8-насоси; ДК - дозатор комплексонів; Км - компресор ТНУ; Др - дросель

    Для придушення процесів відкладення накипу на поверхнях теплообмінника пропонується використовувати ультразвуковий метод очищення, а також інтенсифікувати трубний пучок. В роботі [5] показано, що найбільш ефективними, з цієї точки зору, є пучки кручених труб в поєднанні з нанесеною по їх поверхні поперечної накаткой. Стабілізація води комплексонами приймається в якості додаткової міри по придушенню солеотложеній в зовнішньому контурі теплової мережі.

    Застосування контактних теплообмінників для утилізації теплоти ВЕР димових газів дозволяє повністю покрити теплове навантаження підігрівача сирої води і більшу частину теплового навантаження підігрівача хімічно очищеної води (до 50 ° С). Догрів підживлювальної води до температури 70 ° С, підтримуваної в зворотній лінії теплової мережі, вимагає установки додаткового теплообмінника-утилізатора ВЕР випару деаератора з використанням теплонасосної установки (ТНУ) парокомпрессионного типу.

    У схемі пропонується застосувати принципово новий метод дегазації підживлювальної води на базі рідинно-газового ежектора. Особливість конструкції такого деаератора [6] дозволяє проводити процес дегазації навіть при температурі 20-30 ° С, але, як показали проведені випробування, найбільшої ефективності пристрій досягає при температурі 65-70 ° С. З метою запобігання контакту обробленої води з атмосферним повітрям пропонується використовувати конструкцію накопичувального бака з мембраною.

    Котельня установка працює наступним чином. Мережева вода повертається споживачем в зворотну лінію з температурою 70 ° С. Пройшовши попередньо очистку в грязьовики Г, вона мережевим насосом Н1 прокачується через проміжний водо-водяний теплообмінний апарат з інтенсифікованим трубним пучком ПТА, де підігрівається до температури 115 ° С. До ПТА підключений високочастотний ультразвуковий генератор для пульсаційної очищення теплообмінних поверхонь від солеотложеній.

    У контурі водогрійного котла ВК циркулює обезсолена вода. Транспортування теплоносія по контуру забезпечується установкою циркуляційного насоса Н6. У зв'язку з тим, що для передачі теплоти в ПТА необхідно підтримувати температурний напір не нижче А1 = 10 ° С, температура знесоленої води в лінії подачі котла підтримується на рівні 125 ° С. Димові гази з температурою 120-140 ° С відводяться з котла на обігрів контактних теплообмінників: підігрівача сирої води КПСВ і підігрівача підживлювальної води першого ступеня ППВ1, після чого скидаються в атмосферу. Забезпечення необхідного напору для транспортування газів проводиться за допомогою димососа Д. Гаряча вода відпускається споживачеві з контуру підігріву мережної води з температурою 115 ° С.

    Сира подпиточной вода, з температурою 5-8 ° С в опалювальний період і 15 ° С в літній період, подпиточной насосом Н3 транспортується в контактний підігрівач сирої води КПСВ, де вона підігрівається до 30-35 ° С, а потім направляється на хімводоочищення (ХВО ). Після ХВО підживлювальної вода підігрівається до температури 45-50 ° С в контактному теплообміннику першої

    ступені ППВ1, що обігрівається димовими газами котла. Потім подпиточной вода прямує на догрів до 70 ° С в теплообмінник ППВ2, який в той же час є конденсатором теплонасосної установки, підключеної до контуру деаерації живильної води з метою утилізації теплоти випару.

    Дегазація води здійснюється в рідинно-газовому деаератори. Вакуум в деаератори підтримується за допомогою ежектора Е, який має ту ж конструкцію, що і деаератор. Теплота випару утилізується за допомогою ТНУ, випарник якої вбудований в збірну ємність циркуляційної води, звідки також здійснюється відведення газів деаерації в атмосферу. Оброблена вода прямує в накопичувальну мембранну ємність-акумулятор живильної води і, у міру потреби, відкачується насосом Н4 на підживлення теплової мережі через зворотну лінію.

    З метою придушення процесів солеотложенія в технологічній системі джерела і підключеної до неї теплової мережі в підживлювальної воду здійснюється подача комплексонів за допомогою дозуючого пристрою ДК.

    Аналіз ефективності синтезованого об'єкта проводився за тим же алгоритмом, що застосовувався до вихідного об'єкту. Незважаючи на те, що кількість елементів, що включаються в систему котельні установки, зросла, в цілому керованість системи підвищилася. У структурі синтезованої установки ідентифіковано 7 контурів, причому знизилося не тільки їх кількість, у порівнянні з вихідним об'єктом, але і ступінь їх складності (1 контур третього ступеня складності і 2 контуру другого ступеня складності). 12 елементів системи з 31 відносяться до розімкненим лінійним послідовностям.

    Аналіз енергетичної і термодинамічної ефективності синтезованого об'єкту показав, що витрати теплових енергоресурсів на власні потреби котельні скоротилися більш, ніж в три рази. Втрати енергії в системі скоротилися майже в два рази переважно за рахунок скорочення теплових викидів в атмосферу. Енергетичний ККД об'єкта піднявся на 5,8% (до 93,3%), так як на ту ж величину зросла частка корисних цільових витрат природного палива на котельні установки. Ексергетичний ККД котельної установки піднявся приблизно на 5% (до 27,8%), так як зменшилися втрати внаслідок незворотності теплових процесів. При цьому собівартість відпускається теплоти знизилася на 4,7%.

    Виходячи з того, що річний відпустку теплоти споживачам від котельні становить 104510 ГДж / рік, пропонований комплекс рішень дає можливість заощадити близько 1,48 тис. Т.у.п. / рік і досягти економічного ефекту в розмірі 2,33 млн. Руб / рік.

    Summary

    The method of systems analysis was applied to the operating boiler room in Tuymazi city with the flue-boiler. The perspective directions on the improvement of power objects of a similar structure were defined based on the received results. The complex of energy saving measures is offered. It allows practically to eliminate the expenditures of boiler water on the own needs of boiler room and attain an annual economy of 1,48 toe per year from computation of 104510 GDg heat supplement per year. The combined economic effect of the offered solution made 2,33 million of rub per year.

    література

    1. Аракелов В.Є., Кремер А.І. Методичні питання економії енергоресурсов.- М .: Вища школа, 1990..

    2. Попирін Л.С. Математичне моделювання та оптимізація теплоенергетичних установок.- М .: Енергія, 1978.

    3. Назмеев Ю.Г. Конахіна І.А. Організація енерготехнологічних комплексів в нафтохімічній промишленності.- М .: Видавництво МЕІ, 2001..

    4. Васильєв А.В., Антропов Г.В., Баженов А.І. та ін. Підвищення надійності жаротрубних водогрійних котлів // Промислова енергетіка.-1998.- №7.- С. 28-32.

    5. Дрейцер Г.А. Дослідження солеотложеній при перебігу води з

    підвищеної карбонатної жорсткістю в каналах з дискретними

    турбулізаторами // Теплоенергетіка.- 1996.- №3.- С. 30-35.

    6. Пат. 2263075 Російська Федерація, МПК 7 С 1 С 02 Р 1/20, Р 22 Б 1/50.

    Пристрій для дегазації гарячої води в системі гарячого

    водопостачання / Кунеевскій В.В., Косс А.В., Пензин Р.А., Гнедочкін Ю.М. -№ 2004125784/15; заяв. 24.08.2004; опубл. 27.10.2005, Бюл. № 30.

    надійшла 15.03.2006


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити