Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

ИСМАТХОДЖАЕВ С.К.,

САМАТОВ М.Х., АЗИЗОВ Ш.А.

В условиях ограниченности топливно-энергетических ресурсов предъявляются высокие требования к проблеме энергосбережения и эффективному использованию потенциала органических видов топлива. Одним из направлений, позволяющим достигнуть указанные цели на тепловых электростанциях (ТЭС), является утилизация теплоты продуктов сгорания энергетических котлов.

В данной работе приводятся расчеты эффективности использования теплоты продуктов сгорания энергетических котлов Ташкентской ТЭС для обеспечения комфортных условий в главном производственном корпусе (машинном зале) станции в осенне-зимний период.

По существующей схеме теплоснабжения подача горячей воды в систему отопления машзала осуществляется от общего коллектора, где собирается горячая вода, подогретая паром из регулируемых отборов турбин энергоблока №11 (давление в отборе 0,24-0,43 МПа) и энергоблока №12 (давление в отборе 0,14-0,43 МПа). Из этого коллектора горячая вода также поставляется в близлежащий поселок для нужд отопления и горячего водоснабжения.

Система отопления главного производственного корпуса эксплуатируется по кольцевой схеме теплоснабжения, недостатком которой является появление транзитных перетоков теплоносителя и необходимость постоянного регулирования их расходов в присоединениях с помощью электромеханических регуляторов. При расчетной температуре наружного воздуха t=-15^оС на отопление всего машинного зала требуется 3,3 Гкал/ч. В зависимости от условий зимы, годовой объем потребности в тепловой энергии может колебаться в пределах от 5,0-6,0 тыс. Гкал или в среднем составляет 5,5 тыс. Гкал в год. Если принять, что на выработку одной Гкал тепла расходуется 170 кг условного топлива, то на нужды отопления машинного зала станция ежегодно в среднем расходует порядка одной тысячи тн условного топлива.

утилизация теплота продукт сгорание

В целях снижения этого объема топлива и повышения энергетической эффективности станции было предложено использовать теплоту продуктов сгорания топлива котлов станции для обеспечения комфортной температуры воздуха главного производственного корпуса в отопительный период. В зависимости от нагрузки энергоблока температура уходящих газов продуктов сгорания колеблется в пределах (140-160) ⁰С. Теплота продуктов сгорания отбирается путем установки в газоходе котла газо-водяного теплообменника-утилизатора тепла (ТО-ТУ) для получения горячей воды, используемой в системе отопления главного производственного корпуса.

Однако компоновка котлов станции не позволяет расположить такой ТО-ТУ на их хвостовой части. Вместе с тем, конструкция газоходов котлов имеет свободное пространство между экономайзером и регенеративными воздухоподогревателями (РВП). В связи с этим было принято решение газо-водяной ТО-ТУ установить перед РВП в газоходах котлоагрегатов №5 и №6. В зависимости от нагрузки котла, температура продуктов сгорания на выходе из экономайзера колеблется в пределах (290-350) ⁰С.

В соответствии с проведенными расчетами были определены основные технические характеристики и параметры ТО-ТУ, которые приведены ниже в таблице

ТО-ТУ размещены в двух из трех газоходов указанных котлоагрегатов. Схема расположения соответствует параллельному току сетевой воды (нагреваемой воды). С целью снижения аэродинамического сопротивления газоходов, ТО-ТУ расположены в двух крайних горизонтальных газоходах котла и на стенках газоходов размещены однопоточным змеевиком по 2-м боковым сторонам и верхней обшивке. Длина труб змеевика составляет 4 м.

Принципиальная схема системы отопления машзала, реализованная с использованием тепла уходящих газов энергоблоков №5 и №6, показана на рисунке. Видно, что горячая вода из ТО-ТУ, установленных на двух крайних газоходах котлоагрегатов №5 и №6 собирается в единый трубопровод, от которого питается система отопления машзала. Отработанная горячая вода вместе с подпиточной водой возвращается в ТО-ТУ. Подача воды в систему осуществляется насосом, производительностью 50 м³/ч и напором 50 м. в. ст.

Рис. Принципиальная схема системы отопления машзалов за счет ТУ

Расчет производительности ТО-ТУ в реальных условиях работы произведен в зависимости от изменения нагрузки энергоблоков. Для этого предварительно необходимо определить площадь сечения трубопровода и среднечасовой расход горячей воды по этому сечению.

Площадь сечения трубопроводов ТО-ТУ определяется по формуле

м² (1)

где: - площадь нагрева трубопроводов одного ТО-ТУ; - внутренний диаметр трубы. Диаметр установленных труб = 0,038 мм, тогда площадь сечения трубопровода ТО-ТУ, установленного на одном из двух газоходов равна = 3,14*0,038²/4 = 0,00113м², на двух ТУ - 0,00226 м².

Среднечасовой расход горячей воды оценивается по формуле

тн/ч (2)

где: - предельная скорость течения нагреваемой воды, м/с; - средняя плотность нагреваемой воды, кг/м². При предельной скорости течения нагреваемой воды в трубопроводах = 2,5 м/с и средней плотности = 975 кг/м², среднечасовой расход нагреваемой воды для двух ТО-ТУ составит

= 2,5*0,00226*975*3600 = 19,9 тн/ч

Производительность ТО-ТУ определяется по следующей формуле

(3)

где: и - среднее значение температуры горячей воды соответственно на выходе и входе ТО-ТУ, рассчитанные по результатам как минимум трех замеров; = 0,9 - коэффициент полезного действия ТО-ТУ.

Для расчетов были проведены соответствующие замеры температуры горячей воды на входе и выходе ТО-ТУ, установленных на правом и левом газоходах котлоагрегата №6. Замеры производились при различных значениях нагрузки котлоагрегата, с включенными и отключенными калориферами, при сжигании чистого природного газа, а также совместном сжигании газа и мазута. Температура теплоносителя замерялась техническими ртутными манометрами на поверхности трубопровода, данные записывались с предварительной поправкой на сопротивление стенки трубы (+5⁰С). Среднее значение температур горячей воды на выходе и входе ТО-ТУ, полученное по результатам трех замеров, а также расчет производительности ТО-ТУ, проведенный по формуле (3), приведены в таблице 1.

Таблица №1

Среднее значение данных замеров температур в котлоагрегате №6 и расчет производительности ТУ

Как видно из таблицы 1, прослеживается прямая зависимость производительности ТО-ТУ от нагрузки энергоблока. При увеличении мощности энергоблока с технического минимума до располагаемой мощности, т. е в 1,82 раза (155/85), производительность ТО-ТУ увеличивается в 1,56 раза (0,64/0,41). Причем, при включенных калориферах производительность ТУ ниже (0,33Гкал/ч), несмотря на то, что при этом нагрузка энергоблока была выше.

Отсюда следует, что ТО-ТУ установленный на одном котлоагрегате, при включенном калорифере и при работы станции в ночные часы (минимальная нагрузка), даже в самые холодные дни отопительного периода может полностью покрыть потребности отопления машзала в зоне расположения одного турбоагрегата (0,275Гкал/ч). При работе энергоблока в режиме максимальной нагрузки даже с включенным калорифером, производительность ТО-ТУ будет достаточна для отопления зоны машзала, охватывающего чуть более двух турбоагрегатов, а в условиях мягкой зимы и трех турбоагрегатов. Тогда, производительность ТО-ТУ, установленных на двух энергоблоках, может обеспечивать теплом отопление зоны машзала, охватывающих от трех до шести турбоагрегатов.

Для оптимального использования тепла ТО-ТУ и обеспечения комфортной температуры воздуха в машзале при изменениях нагрузки энергоблоков, колебания температур наружного воздуха требуется создание системы автоматического управления поддержания температуры воздуха в мащзале в заданных пределах путем регулирования количества нагреваемой воды, протекающей через ТО-ТУ.

Отметим, что в осенне-зимний период на котлах Ташкентской ТЭС совместно сжигаются газ и мазут и в зависимости от нагрузки котлоагрегатов доля мазута сильно колеблется. Известно, что при отборе из газоходов тепла продуктов сгорания температура уходящих газов будет снижаться. Поскольку ТО-ТУ установлен перед РВП, то будет снижаться и температура уходящих газов после РВП. Снижение температуры уходящих газов ниже температуры точки росы дымовых газов будет способствовать развитию коррозионных процессов в холодных пакетах РВП. Такое последствие, связанное с установкой ТО-ТУ, может возникнуть именно в осенне-зимний период, когда станция переходит на сжигание мазута.

С целью анализа возможности развития коррозионных процессов были проведены замеры температуры продуктов сгорания до и после РВП, в зависимости от изменения нагрузки энергоблока и условий, принятых при предыдущих замерах. Усредненные данные по замерам приведены в таблице 2.

Таблица №2

Усредненные данные по замерам температуры продуктов сгорания до и после РВП

В [1] показано, что в зависимости от величины избытка воздуха и нагрузки энергоблока температура точки росы дымовых газов колеблется от 140 ⁰С (при доле мазута в газо-мазутной смеси равной 30%) до 170 ⁰С (при 100% сжигании мазута). Из этого следует, что установка ТО-ТУ перед РВП может способствовать развитию коррозионных процессов. Единственным способом, позволяющим обеспечить поддержание температуры уходящих газов на выходе из РВП выше температуры точки росы при совместном сжигании газа и мазута является регулирование температуры холодного воздуха перед РВП. Вопросы оценки уровня возможной коррозии на холодных пакетах РВП и способы их устранения требуют самостоятельного исследования.

Здесь же отметим, что при 100% сжигании природного газа, установка ТО-ТУ не оказывает влияние на образование коррозии холодных пакетов РВП, так как температура точки росы продуктов сгорания газа не превышает 55 ⁰С.

В заключение отметим, что для реализация предлагаемой схемы комбинированного производства тепловой энергии за счет использования теплоты уходящих газов котлов электростанции в полном объеме, требуется создание системы автоматического поддержания комфортной температуры воздуха в машзале, а также автоматического регулирования температуры холодного воздуха, подаваемого в РВП.

Список литературы