CC BY
32
УДК 621.187:6 Пров. наук. ствроб. Р.О. Навродська -
1нститут техтчно1 теплофяики НАН Украти, м. Кшв
п1двищення ефективност1 теплоутил1зац1йних технолог1й для котельних установок комунально!
теплоенергетики
Проан^зовано cy4acHi TemoyTmi3^mm технологи для газоспоживальних ко-тельних установок комунально! теплоенергетики i виявлено шляхи пiдвищення 1хньо1 ефективностi. Запропоновано вдосконалену технологiю утилiзадil теплоти вщхщних га-зiв i3 використанням комбшовано! теплоутилiзадшноl системи, призначено! для названия зворотно! тепломережно! води i холодно! води системи хiмiчного водоочищення. Дослiджено теплову ефективнiсть nie! системи i визначено рiвнi пiдвищення коефь цieнта використання теплоти палива КВП котельно! установки протягом опалювально-го перюду.
Ключовi слова: опалювальш котельш установки, теплоутилiзадiя, глибоке охоло-дження вiдхiдних газiв, теплова ефективнiсть.
Вступ. Одним i3 шлях1в пiдвищення ефективносп використання палива в комунальнiй теплоенергетищ е утилiзацiя втрат теплоти котельних установок з вiдхiдними газами. Утмзащя цих теплових викидiв шляхом глибокого охо-лодження димових газ1в (нижче ввд температури точки роси водяно! пари, що мiститься в газах), i використанням теплоти конденсацй' ще! пари стримуеться низкою проблем, пов'язаних: з недостатньою ефективнiстю теплоутилiзацiйних систем, зi складнiстю розмiщення функцiональних елементав i з'еднувальних комунiкацiй таких систем у стиснених умовах сучасних котелень, з потребою захисту газовiдвiдних тракпв вiд корозiйного руйнування, спричиненого утво-рюваним пiд час глибокого охолодження газ1в кислим конденсатом з водневим показником Ph =5-6 тощо.
Найпоширешшим напрямом теплоутилiзацií вiдхiдних газ1в водогршних опалювальних котлiв е пiдiгрiвання в теплоутилiзацiйному устаткованнi зворот-но! води системи теплопостачання перед надходженням ц до котла [1-4]. У цьому разi утилiзована теплота використовуеться безпосередньо в котл^ У разi такого традицшного використання утилiзованоí теплоти глибоке охолодження димових газiв реалiзуеться здебшьшого тальки в осiнньо-весняний перiод за ввд-носно незначних навантажень котлоагрегата. За цих умов прирiст ККД котла становить зазвичай 3-6 %. З метою пiдвищення ефективностi використання палива шляхом реалiзацií глибокого охолодження ввдхвдних газ1в упродовж усьо-го опалювального перiоду потрiбно використовувати утилiзовану теплоту та-кож для нагр1вання теплоносiíв бiльш холодних, шж зворотна вода теплово! мереж! Такими теплоносiями можуть слугувати холодна вода системи хгшчне водоочищення (ХВО), вода технолопчних потреб, дуттьове пов^я тощо. У цьому разi в теплоутилiзацiйнiй установцi буде здiйснюватись комбшоване використання утилiзованоí теплоти, а саме: для нагр1вання зворотно! тепломереж-но! води i бiльш холодного теплонот.
Мета роботи - проаналiзувати ефективнiсть теплоутилiзацiйних систем газоспоживальних опалювальних котл1в з комбiнованим використанням утиль зовано! теплоти для нагр1вання води теплово! мережi та системи хгшчне водоочищення.
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраУни
Виклад основного матерiалу. Для реалiзащ! зазначеного комбшовано-го використання утиизовано! теплоти в теплоутиизацшнш схемi пiсля тепло-утиизатора для нагрiвання зворотно! води запропоновано встановлення ще одного теплообмшника для нагрiвання холодно! води, що надходитиме в систему хiмiчне водоочищення. На рис. 1 наведено схему тако! теплоутиизацшно! установки. За вказаного комбшованого використання теплоти буде забезпечуватись пiдвищення i ККД котла (внаслщок пiдiгрiвання зворотно! води) i прирiст його КВП (пiд час на^ванш води для ХВО).
Рис. 1. Принципова схема теплоутилиацШноЬ'установки:
1) котел; 2) теnлоутилiзатор (нагрiвач зворотног води та сирог води);
3) газопiдiгрiвач; 4) димова труба; 5) димосос
У цш схемi обидва водогрiйнi теплоутилiзатори агрегатовано в один корпус для бшьшо! компактностi i зручностi розмiщення у стиснених умовах котельнi. З метою антикорозшного захисту газовiдвiдних трактiв у схемi перед-бачено газопiдiгрiвач, у якому димовi гази пiсля охолодження нижче вiд темпе-ратури точки роси на^ваються на певну величину Д1;, потрiбну для запоб^ан-ня випаденню конденсату в цих трактах [5].
Конденсат, утворений тд час глибокого охолодження димових газiв у теплоутилiзаторi, може корисно використовуватись у котельш або вiдводитись в каналiзацiю через нейтралiзатор з метою дотримання норм скидних стокiв.
Теплова ефективнiсть наведено! теплоутиизацшно! установки ютотно залежить вiд рiвня конденсацп пари з димових газiв. Для визначення цього рiв-ня проведено розрахунковi дослiдження, якi полягали у встановленш залежнос-тi вiд режимних параметрiв котлоагрегатiв та теплоутилiзацiйного устаткування вщносно! величини К, яку визначено за виразом
К _ Х тУ
де Хк, Хту - значення вологовмiсту димових газiв пiсля котла та теплоутиизато-ра вiдповiдно. На рис. 2 наведено даш щодо змiни коефщента К протягом опа-лювального перюду у разi використання утилiзовано! теплоти ттльки для нагрь вання зворотно! води i за комбiнованого !! використання для рiзних норм витра-ти води g на хiмводочищення (1,5 % та 2 % вщ витрати води на котел, що вщпо-вiдае нормам тдживлення теплових мереж).
Данi рис. 3 шюструють результати дослiджень рiвня приросту ККД котла або коефщента використання теплоти палива КВП А^ для запропоновано! теплоутилiзацiйно! установки.
К
1,0
0,8
0,6
0,4
1 3-2 »-3
Д], %
8
6 4
^3
-20
-15
-10
г С
»но ^
-20 -15
-10
5 и
Рис. 2. Залежтсть коефщента К вiд температури навколишнього середо-вища гнс у разi використання утилiзо-ваног теплоти для нагрiвання зворот-ног води (3) i за комбтованого використання теплоти та рЪних норм витрати води на хМчне водоочищення (1, 2); 1 - g = 1,5 %;
2-2 %; 3- без ХВО
Рис. 3. Залежтсть вiд температури навколишнього середовища гнсрiвня приросту ККД котла або коеф^ента використання теплоти палива КВП Д] за використання утилiзованоi теплоти для нагрiвання зворотног води (1), сирог води ХВО (2) i за комбтованого використання теплоти (3) за норми витрати води на хгмводочищення g = 1,5 %
Розрахунки виконано для таких умов: поверхня теплообмшу теплоутиль заторiв компонована iз оребрених бiметалевих труб (сталева основа з алюмь шевим оребренням), розрахункова температура повггря для системи опалення tнпp =-20 °С, 11 температурний перепад ДТ = 70-115 °С, температуру зворотно!' тепломережно!' води прийнято зпдно з тепловим графжом, початкова температура сиро!' води становила 5 °С, кiнцева - 30+40 °С.
Як видно з отриманих результата, сумкне використання двох водог-рiйних теплоутилiзаторiв забезпечуе бшьш глибоке охолодження вдащних га-зiв котла, вищий ршень конденсацií пари i пiдвищення коефщкнта використання теплоти палива КВП котельно!' установки в межах опалювального перiоду на 5,2-9,8 %, а в разi використання утилiзованоí' теплоти тшьки для нагр1вання зво-ротно!' тепломережно!' води ККД котла зростае тшьки на 3,1-6 %. При цьому менше значения приросту ККД (КВП) вщповщае холодному перiоду опалювального сезону, коли температура зворотно!' води > 50 °С, а бiльше -осiнньо-весняному перiоду, у якому температура ^ < 50 °С. Це можна пояс-нюеться тим, що тшьки за < 50 °С у теплоутилiзаторi реалiзуеться глибоке охолодження димових газш iз конденсацiею частини пари, що мктиться в газах, i використання теплоти конденсаци ще!' пари.
Високi показники теплово!' ефективносп комбшовано!' системи вщповь дають збшьшенню загально!' площi теплообмiну агрегатованих в одному корпу-сi двох теплоутилiзаторiв тiльки на 15 %, порiвняно з площею теплоутилiзато-ра, призначеного тiльки для нагршання зворотно!' води. Варто зазначити, що застосування запропоновано!' теплоутилiзацiйноí' технологи з глибоким охоло-
2
0
5
0
5
-5
0
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраХни
дженням димових ra3iB забезпечуе, OKpiM економй' палива, значний екологiчний ефект завдяки зменшенню витрати палива на 5,2-9,8 % та розчиненню в утворе-ному конденсатi окисш вуглецю та азоту.
Виконаш розрахунки економiчноí ефективностi теплоутилiзацiйноí установки з комбiнованим використанням утилiзованоí теплоти показують, що тер-мiн окупностi витрат на ц впровадження для котлiв мало!' та середньо! потуж-ностi в комунальнш сферi не перевищуе 2 ротв. Висновки:
1. Для опалювальних котельних установок запропоновано вдосконалену теп-лоутилiзацiйну технологiю з комбiнованим використанням уташзовано!' теплоти для нагрiвання зворотно1 тепломережно1 води та води системи xiMi4M водоочищення за дотримання умов антикорозшного захисту димо-вих труб.
2. Показано, що використання запропоновано'1 технологи забезпечуе шдви-щення коефiцiента використання теплоти палива КВП котельно'1 установки в межах опалювального перiоду на 5,2-9,8 % i вiдповiдне зменшення шыд-ливих викидiв у навколишне середовище.
Лiтература
1. Фиалко Н.М. Термодинамическая оптимизация и анализ эффективности теплоутилизационной системы котельных агрегатов / Н.М. Фиалко, Ю.В. Шеренковский, А.И. Степанова, Г.А. Пресич, Р.А. Навродская, О.Е. Малецкая, Г.А. Гнедаш // Промышленная теплотехника : сб. науч. тр. - 2012. - Т. 34, № 2. - С. 59-66.
2. Баскаков А.П. Анализ возможностей глубокого охлаждения продуктов сгорания котельных установок / А.П. Баскаков, В.А. Мунц, Н.Ф. Филипповский, О.А. Раков, Е.В. Черепанова // Промышленная энергетика : сб. науч. тр. - 2009. - № 10. - С. 53-58.
3. Кудинов А.А. Охлаждение продуктов сгорания природного газа в конденсационных теплоутилизаторах / А.А. Кудинов, С.К. Зиганшина // Промышленная энергетика : сб. науч. тр. -2010. - № 4. - С. 39-43.
4. Фиалко Н.М. Эффективность применения конденсационных теплоутилизаторов в системах теплоснабжения / Н.М. Фиалко, И.З. Аронов, Р.А. Навродская, Г.А. Пресич // Промышленная теплотехника : сб. науч. тр. - 2003. - Т. 25, № 3. - С. 36-41.
5. Фиалко Н.М. Тепловые методы защиты газоотводящих трактов котельных установок с глибоким охлаждением дымовых газов / Н.М. Фиалко, Р.А. Навродская, С.И. Шевчук, Г.А. Пресич, Г.А. Гнедаш // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии : сб. науч. тр. - Сер.: Технические и естественные науки. - 2014. - № 2(15). - С. 13-17.
Навродская Р.А. Повышение эффективности теплоутилизационных технологий для котельных установок коммунальной теплоэнергетики
Проанализированы современные теплоутилизационные технологии для газопотребляющих котельных установок коммунальной теплоэнергетики и определены пути повышения их тепловой эффективности. Предложена усовершенствованная технология утилизации теплоты отходящих газов с использованием комбинированной теплоутилизационной системы, предназначенной для нагревания обратной теплосетевой воды и холодной воды системы химводоочистки. Проведены исследования тепловой эффективности данной системы и определены уровни повышения коэффициента использования теплоты топлива КИТ котельной установки на протяжении отопительного периода.
Ключевые слова: отопительные котельные установки, теплоутилизация, глубокое охлаждение отходящих газов, тепловая эффективность.
Navrodska R.A. Improving the Efficiency of Heat Utilization Technologies for Municipal Heating Boilers
The analysis of modern heat utilization technologies for gas-working boilers of municipal power system is done. The ways for improving of their effectiveness are found. An advanced technology is proposed for exhaust gas heat utilization using heat utilization combined system for heating backward water of heating network and cold water of chemical water treatment system. A study of the heating efficiency of the system is provided. The levels of factor improvement of utilization of heat fuel of boiler system for heating season are determined.
Keywords: heating boilers, heat utilization, deep cooling of exhaust gases, heat efficiency.
УДК 681.5:004.[8+94] Доц. Д.А. Наговський, канд. техн. наук -
Херсонська державна морська академiя
проблеми автоматичного регулювання напруги суднових синхронних генератор1в
Дослщжено проблеми управления судновими генераторами в перехщних режимах. Розглянуто наявш системи генераци напруги та регулятори. Наочно наведено суд-новий синхронний генератор як об'ект класично! теори автоматичного управлiиия, його принципову схему та модель у пакей програм Simulink Matlab, а також структурну схему системи регулювання напруги змшного струму. Показано закономiрностi процесу управлiния напругою синхронних генератс^в та надано рекомендацп стосовно сшввщ-ношення "точшсть регулювання / стшюсть".
Вступ. Розвиток сучасних морських суден р1зного призначення характе-ризуеться виршенням питань, спрямованих на рацюнальне використання елек-троенерги та застосування оптишзованих режимв роботи енергетичних установок. Основними джерелами електроенергп на судш е дизель-генератори. Наван-таження на електроенергетичну систему судна постшно змшюеться у процес експлуатаци [1]. Спираючись на це, можна констатувати, що перехвдний режим роботи генератор1в займае чималу частку в загальному перюд1 !х роботи. Робота у перех1дному режим зумовлюе провали напруги та шш1 в1дхилення вщ по-казнитв якосп електроенергп, що негативно позначаеться на сташ електрооб-ладнання суден. Тому дослвдження процесу регулювання напруги суднових ге-нератор1в у перехщних режимах роботи е актуальним завданням.
Методи 1 матер1али. Як ввдомо, широке застосування безшдткових гене-ратор1в 1з збудниками 1 випрямлячами, що обертаються, в автономних системах електропостачання зумовлено зростанням потужностей синхронних генерато-р1в, а в1дпов1дно, 1 збшьшенням потр1бних потужностей збудження, як1 залиша-ють 1-1,5 % 1 бшьше в1д потужносп генератор1в [1, 4].
Один з основних недолшв таких систем е шерцшнкть дюдно! системи, яка визначаеться постшною часу збудника 1 може становити 0,3-0,5 с, що ктот-но знижуе ефективнкть регулювання збудження. Потр1бно зазначити, що в сучасних системах генераци як регулятори напруги застосовують транзисторш регулятори. При цьому транзистор працюе в режим ключа. Величина ж струму збудження регулюеться змшою шпаруватосп, тобто сшввщношения вдаритого 1 закритого стану силового транзистора. Спрощену силову схему живлення обмотки збудження збудника (генератора) представлено на рис. 1.
