CC BY
0
2.Борисов, В.В. Компьютерная поддержка сложных организационно-технических систем / В.В. Борисов. -М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 196 с.
3.Бржозовский, Б. М. Диагностика и надежность автоматизированных систем / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, А.Г. Схиртладзе. - М.: ООО "ТНТ", 2013. - 352 с.
4. Бржозовский, Б. М. Диагностика и надежность автоматизированных систем / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, А.Г. Схиртладзе. - М.: ТНТ, 2013. - 352 с.
5. Викторова, В.С. Модели и методы расчета надежности технических систем / В.С. Викторова. -Москва: Гостехиздат, 2016. - 842 с.
© Павлов М.А., Фомов Д.В., 2024
УДК 621.182
Сивцева С.Е.
Магистрант
Научный руководитель: Нефёдова М.А. кафедра теплогазоснабжения и вентиляции, факультет инженерной экологии и городского хозяйства, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
г. Санкт-Петербург
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ОТ КАСКАДНОЙ КОТЕЛЬНОЙ НА БАЗЕ КОНДЕНСАЦИОННЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ
Аннотация
Каскадная котельная является эффективным и экономически выгодным выбором на обеспечение энергии в различных отраслях промышленности и бытовых нужд. В данной статье мы рассматриваем выбросы конденсационных котлов и водогрейных котлов.
Ключевые слова
схема компоновки, котельная, водогрейный котел, конденсационный котел, каскадная схема,
каскад котлов, энергосбережение.
В настоящее время каскадные котлы широко используются в промышленности и коммунальном хозяйстве для обеспечения энергетических нужд, использование каскадных решений все чаще становится не вынужденной мерой, а наиболее технически и экономически целесообразным выбором.
Основной целью является анализ вредных выбросов каскадных котельных на конденсационных и водогрейных котлах. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
• Обзор каскадной компоновки котельной;
• Обзор котлов: водогрейный и конденсационный;
• Сравнительный анализ вредных выбросов из котлов: водогрейном и конденсационном.
Каскадная компоновка котельной
Каскадные котельные - это современные системы отопления, которые позволяют использовать несколько котлов, сетей, для обеспечения энергоснабжения. Каскадная компоновка котельных агрегатов представляет собой систему котлов (двух или более), соединенных гидравлическим и электрическим подключением, объединенных одной системой управления и работающих для обеспечения нагрева
теплоносителя для одного и того же оборудования, общая мощность которого покрывает необходимое потребление тепла на объекте [1]. Каскадные котлы работают на различных видах топлива, таких как газ, дизельное топливо, твердые топливные материалы.[10]
Принцип работы каскадной котельной построен на последовательном и синхронном подключении нескольких котлов (Рисунок 1). Существует один основной котел и при необходимости подключается дополнительный котел, чтобы получить требуемую мощность. Общая мощность каскадной котельной варьируется от требуемых теплопотерь объекта до минимальной номинальной мощности одного каскадного котла. [4] [10]
Рисунок 1 - Каскадное подключение котлов
При этом каскадные котельные могут быть оборудованы как водогрейными, так и конденсационными котлами, в зависимости от конкретных условий и экологии. Водогрейные котлы работают на нагревании воды, которая циркулирует по системе отопления, а конденсационные котлы позволяют эффективно использовать тепловую энергию горючего за счет использования теплоты, выделяющейся при конденсации водяных паров в дымовых газах. [9] [10]
Водогрейные котлы
Водогрейные котлы являются одними из наиболее распространённых систем отопления, которые используются для обогрева воды. Они представляют собой устройства, которые нагревают воду и циркулируют ее по системе отопления. [4]
Стандартная компоновка водогрейных котлов:
■ Котел: Основным компонентом водогрейного котла является сам котел, который обычно изготавливается из прочных материалов, таких как нержавеющая сталь или чугун. Котел имеет встроенную камеру сгорания, где происходит сгорание топлива.
■ Теплообменник: Котел также оснащен теплообменником, который отвечает за передачу тепла от дымовых газов к воде. Теплообменник обычно имеет спиральную или пластинчатую конструкцию, обеспечивающую эффективную передачу тепла.
■ Резервуар для горячей воды: Водогрейные котлы также могут быть оснащены резервуаром для горячей воды, который хранит нагретую воду для использования в бытовых целях, таких как горячий душ или использование горячей воды в бытовых приборах.
■ Регуляторы и системы управления: Водогрейные котлы обычно оснащены различными регуляторами и системами управления, которые позволяют контролировать и оптимизировать работу котла для достижения максимальной эффективности.
Принцип работы водогрейных котлов:
> Сгорание топлива: Водогрейные котлы работают на основе сгорания топлива внутри камеры сгорания. Топливо, такое как природный газ, мазут или дизельное топливо, подается в камеру сгорания, где происходит смешение с воздухом и затем осуществляется сгорание.
> Передача тепла: В процессе сгорания выделяется тепло, которое передается через теплообменник воде, циркулирующей в системе отопления. Теплообменник обеспечивает эффективную передачу тепла от дымовых газов к воде, нагревая ее.
> Циркуляция воды: Нагретая вода циркулирует по системе отопления, передавая тепло в помещения. Обычно в системе отопления присутствуют насосы, которые обеспечивают циркуляцию воды.
> Поддержание температуры: Регуляторы и системы управления контролируют работу котла и поддерживают заданную температуру воды в системе отопления. Это позволяет обеспечить комфортное отопление и эффективное использование топлива.
Принцип работы водогрейных котлов основан на нагреве воды и циркуляции ее по системе отопления для обогрева помещений. Водогрейные котлы обладают простой и надежной конструкцией, что делает их широко распространенными и популярными в системах отопления. Они обеспечивают надежное и эффективное отопление, а также могут быть использованы для обеспечения горячей воды в бытовых целях.
Конденсационные котлы
Конденсационные котлы являются одними из самых эффективных систем отопления, которые используются для обогрева воды. Они представляют собой сложные устройства, способные эффективно использовать тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, образующихся в результате сгорания топлива. [11]
Стандартная компоновка конденсационных котлов:
■ Котел. Основным компонентом конденсационного котла является сам котел, который обычно изготавливается из прочных материалов, таких как нержавеющая сталь или чугун. Котел имеет встроенную камеру сгорания, где происходит сгорание топлива.
■ Теплообменник. Котел также оснащен теплообменником, который отвечает за передачу тепла от дымовых газов к воде. Теплообменник обычно имеет спиральную или пластинчатую конструкцию, обеспечивающую эффективную передачу тепла.
■ Дымоход. Дымоход предназначен для вывода дымовых газов из котла. В конденсационных котлах дымоходы обычно имеют специальные конструкции, чтобы максимально использовать тепло, содержащееся в дымовых газах.
■ Регуляторы и системы управления. Конденсационные котлы обычно оснащены различными регуляторами и системами управления, которые позволяют контролировать и оптимизировать работу котла для достижения максимальной эффективности.
Принцип работы конденсационных котлов:
> Сгорание топлива. Конденсационные котлы работают на основе сгорания топлива внутри камеры сгорания. Топливо, такое как природный газ или жидкое топливо, подается в камеру сгорания, где происходит смешение с воздухом и затем осуществляется сгорание.
> Выделение дымовых газов. В процессе сгорания образуются дымовые газы, которые содержат тепло. Дымовые газы проходят через теплообменник, где тепло передается воде, циркулирующей в системе отопления.
> Конденсация водяных паров: Одной из особенностей конденсационных котлов является использование тепла, выделяющегося при конденсации водяных паров, образующихся в результате сгорания топлива. Водяные пары в дымовых газах конденсируются на поверхности теплообменника, освобождая дополнительное тепло и повышая эффективность котла.
> Отвод дымовых газов. После прохождения через теплообменник, дымовые газы выводятся
через дымоход. В конденсационных котлах дымовые газы могут иметь более низкую температуру и содержать больше водяных паров, поэтому дымоходы обычно имеют специальные конструкции для предотвращения образования конденсата и эффективного использования тепла.
Принцип работы конденсационных котлов основан на использовании тепла, выделяющегося при конденсации водяных паров, что позволяет им достичь более высокой эффективности по сравнению с другими типами котлов. Это позволяет снизить потребление топлива и выбросы дымовых газов, делая конденсационные котлы более экологически чистыми и экономичными в использовании.
Выбросы дымовых газов с водогрейных и конденсационных котлов
Водогрейные и конденсационные котлы являются популярными и эффективными системами отопления, использующими горение топлива для обогрева воды. Однако они также являются источником выбросов дымовых газов, которые могут оказывать негативное влияние на окружающую среду и здоровье людей. В этом разделе мы рассмотрим основные типы выбросов дымовых газов, а также некоторые методы снижения их воздействия.
Основные компоненты дымовых газов:
Углекислый газ (СО2). Основным продуктом сгорания топлива является углекислый газ, который является главным вкладчиком в парниковый эффект и изменение климата.
Оксиды азота ^Ох). Образуются при высоких температурах горения и вносят вклад в формирование смога и кислотных дождей.
Окиси азота обладают высокой токсичностью, угнетают дыхательную функцию. 90% оксидов азота, выбрасываемых из труб котельной, приходится на монооксид.
Под термином «оксид азота» формула NOx объединяет в себе три вещества:
- N0 (одноокись азота, монооксид азота);
- N02 (двуокись азота, диоксид азота).
Угарный газ (СО). Безцветный и запаха газ, который является ядовитым и может быть опасным при высоких концентрациях.
Двуокись серы вызывает у человека кашель, хрипы, дискомфорт в горле, а в высоких концентрациях — судороги. Треокись (ангидрид) реагирует с водяными паром с образованием токсичной серной кислоты.
Бенз(а)пирен является продуктом неполного сгорания топлива и имеет тенденцию накапливаться в организме, увеличивая вероятность развития новообразований в организме.
Выбросы дымовых газов от водогрейных котлов:
о Водогрейные котлы работают на основе сгорания топлива внутри камеры сгорания. В процессе сгорания образуются дымовые газы, которые затем выводятся через дымоход.
о Одним из основных способов снижения выбросов дымовых газов от водогрейных котлов является использование эффективных систем очистки дымовых газов, таких как фильтры и катализаторы, которые могут улавливать и обрабатывать вредные компоненты.
Выбросы дымовых газов от конденсационных котлов:
о Конденсационные котлы используют тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, образующихся в результате сгорания топлива. Это позволяет им достичь более высокой эффективности по сравнению с водогрейными котлами.
о Однако конденсационные котлы могут быть источником выбросов оксидов азота ^Ох) из-за высоких температур горения. Для снижения выбросов N0x могут применяться различные технологии, включая использование специальных сгорания и систем очистки.
Методы снижения выбросов дымовых газов:
оУлучшение эффективности сгорания. Современные котлы обладают более эффективными системами сгорания, которые позволяют снизить выбросы дымовых газов.
o Использование систем очистки. Установка фильтров и катализаторов может помочь улавливать и обрабатывать вредные компоненты дымовых газов перед их выбросом в атмосферу.
o Регулярное техническое обслуживание. Регулярная проверка и обслуживание котлов помогает поддерживать их работоспособность и эффективность, что в свою очередь может снизить выбросы дымовых газов.
Важно отметить, что снижение выбросов дымовых газов является важным аспектом экологической ответственности и может способствовать более чистой и здоровой окружающей среде. Поэтому разработка и применение новых технологий для снижения выбросов является актуальной задачей в области отопления.
Сравнение выбросов с конденсационных котлов в каскаде и выбросов с водогрейных котлов в каскаде
Источником выброса являются - дымовые трубы котлов, через которые удаляются продукты сгорания топлива (дымовые газы). Источник выделения - это сам котел с его топочной камерой. Основной выброс вредных веществ происходит в результате сгорания топлива.
Настоящий расчет рассеивания выполнен в соответствии с требованиями [14]. Нормы [14] распространяются на размещение, проектирование, строительство и эксплуатацию вновь строящихся, реконструируемых промышленных объектов и производств, объектов транспорта, связи, сельского хозяйства, энергетики, опытно-экспериментальных производств, объектов коммунального назначения, спорта, торговли, общественного питания и др., являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека.
Расчет произведен в приложении «Эколог УПРЗА 4» и подпрограммой «Котельные малой мощности».[12,13]
Основным топливом для топливопотребляющих агрегатов является природный газ [15].
В расчет взяты значения города Кириши Ленинградской области [16] и значения двух котлов в каскаде: конденсационные - «Baxi Luna Duo-Tec MP 1.70» тепловой мощностью 65,0 кВт каждый; водогрейные - ЛЕМАКС «Премиум» на 70 кВт каждый.
Расчеты предоставлены в виде таблицы 1.
Таблица 1
Объемы выбросов загрязняющих веществ от источников
Загрязняющее вещество Выбросы загрязняющих веществ Наименование источника
Код Наименование г/с т/год
0301 Азота диоксид (Двуокись азота; пероксид азота) 0,001759 0,032068 Лемакс «Премиум-70»
0304 Азот (II) оксид (Азот монооксид) 0,0002858 0,005211
0337 Углерода оксид (Углерод окись; углерод моноокись; угарный газ) 0,0197485 0,360033
0301 Азота диоксид (Двуокись азота; пероксид азота) 0,001759 0,032068 Лемакс «Премиум-70»
0304 Азот (II) оксид (Азот монооксид) 0,0002858 0,005211
0337 Углерода оксид (Углерод окись; углерод моноокись; угарный газ) 0,0197485 0,360033
0301 Азота диоксид (Двуокись азота; пероксид азота) 0,0015454 0,028169 Baxi Luna Duo-Tec MP 1.70
0304 Азот (II) оксид (Азот монооксид) 0,0002511 0,004577
0337 Углерода оксид (Углерод окись; 0,0069822 0,127272
Загрязняющее вещество Выбросы загрязняющих веществ Наименование источника
Код Наименование г/с т/год
углерод моноокись; угарный газ)
0301 Азота диоксид (Двуокись азота; пероксид азота) 0,0015454 0,028169 Baxi Luna Duo-Tec MP 1.70
0304 Азот (II) оксид (Азот монооксид) 0,0002511 0,004577
0337 Углерода оксид (Углерод окись; углерод моноокись; угарный газ) 0,0069822 0,127272
Расчет выбросов в дымовых газах при водогрейных и конденсационных котлах позволяет оценить о том, что конденсационные котлы являются более экологически чистым и эффективным вариантом.
При сравнении выбросов вредных веществ, водогрейные котлы обычно имеют более высокие показатели выбросов, так как они не используют полностью энергию топлива и не осуществляют полный перенос тепла из дымовых газов в воду. В результате этого, дымовые газы, содержащие вредные вещества, выбрасываются в атмосферу.
С другой стороны, конденсационные котлы используют тепло, содержащееся в дымовых газах, и конденсируют его, чтобы передать его воде. Этот процесс позволяет получить дополнительную энергию и снизить выбросы вредных веществ. Конденсационные котлы обычно имеют более высокую эффективность, что означает, что они используют топливо более эффективно и производят меньше выбросов.
Таким образом, основываясь на выбросах вредных веществ, лучше использовать конденсационные котлы. Они не только более экологически чистые, но и более эффективные с точки зрения использования топлива. Однако, при выборе котла необходимо учитывать и другие факторы, такие как стоимость, доступность топлива и требования к системе отопления. Список использованной литературы:
1. Нефёдова, М.А. Разработка методов работы и повышение энергоэффективности газовых котельных малой мощности / ГРАНТ СПбГАСУ // научный руководитель к.т.н., доцент Бирюзова Е.А.- СПб.: СПбГАСУ, 2015. - 100 с.
2. Нефёдова М.А. Анализ требований, предъявляемых к подбору котлоагрегата для каскадных котельных / М.А. Нефёдова // Естественные и технические науки. № 11. М.: ООО «Издательство «Спутник +»», 2015. С. 568-572.
3. Нефёдова М.А. Использование конденсационных котлов в каскадных котельных / Н.А. Щеглова, Е.А. Бирюзова, М.А. Нефёдова // Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего / Сборник материалов V Международной научно-практической конференции (7 апреля 2017 года). Том II. Кемерово: ЗапСибНЦ, 2017. С. 204-206. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29230660/ (дата обращения: 10.04.2022).
4. Нефёдова М.А. Разработка методов работы и повышение энергоэффективности газовых котельных малой мощности / ГРАНТ СПбГАСУ // научный руководитель к.т.н., доцент Бирюзова Е.А. СПб.: СПбГАСУ, 2015. 100 с.
5. О возможности применения каскадных котельных / М. А. Колбин, Р. Г. Мусин, Д. С. Дергачев, Р. И. Вахитова. - Текст: непосредственный // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых (Екатеринбург, 13-16 декабря 2011 г.). - Екатеринбург: УрФУ, 2011. - С. 133-134.
6. СНиП 11-35-76* Котельные установки (с Изменением). М.: Стройиздат, 1977. 51 с.
7. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети. М.: Госстрой, 2003. 36 с.
8. СП 42-104-2000 Проектирование автономных источников теплоснабжения. М.: Госстрой, 2000. 23 с.
9. СП 89.1330.2012 Котельные установки. Актуализированная редакция. М.: Минрегион России, 2012. 93 с.
10. Сивцева, С. Е. КАСКАДНАЯ СХЕМА КОМПОНОВКИ КОТЕЛЬНОЙ: ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ / С. Е. Сивцева // МАТРИЦА НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ. — 2023. — № 4-1/2023. — С. 130-140.
11. Газовые конденсационные котлы: мифы и реальность // Гигаз URL: https://www.gigas.su/ (дата обращения: 19.12.2022).
12. Афанасьев Д.Н. А94 Программа УПРЗА «Эколог» 4 для эколога-разработчика. - Иваново, 2015. - 195с.
13. Разработчики фирмы "Интеграл" Расчеты выбросов загрязняющих веществ в котлах "Котельные малой мощности"/ Разработчики фирмы "Интеграл" — . — Санкт-Петербург: , 2006 — 15 с.
14. СанПиН 2.23.11384-03 Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий. - М.: Госстрой России, 1987. - 71 с.
15. ГОСТ 5542-2014. Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2019. - 13 с.
16. СП 131.13330.2020 Строительная климатология.
©Сивцева С. Е., 2024
УДК 62
Тахиров К.,
Студент,
Международный университет нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева,
Ашхабад, Туркменистан Научный руководитель: Реджепов А.
Старший преподаватель Международный университет нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева,
Ашхабад, Туркменистан
РАЗВИТИЕ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ: ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ
Аннотация
Водородная энергетика - это развивающаяся отрасль, которая использует водород в качестве энергоносителя для производства энергии и обеспечения транспорта. Она позиционируется как один из ключевых путей к достижению целей декарбонизации и устойчивого развития.
Ключевые слова:
водород, водородная энергетика, чистая энергия, электролиз воды, зеленый водород,
парниковый газ, декарбонизация.
В настоящее время вопросы экологии и энергетики становятся все более актуальными. С ростом населения и увеличением потребления ресурсов, необходимо искать новые источники энергии, которые были бы более экологичными и эффективными. Одним из таких источников является водородная энергетика.
