Эффективность применения систем газового лучистого обогрева на промышленных предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективность применения систем газового лучистого обогрева на промышленных предприятиях

В.Г. Хромченков, заведующий лабораторией,

Е.В. Кутепов, студент, кафедра ПТС МЭИ (ТУ);

А.Ю. Фролов, главный энергетик,

А.И. Батарагин, ведущий специалист

ОАО «Машиностроительный завод «Авангард», г. Москва

Обогрев производственных помещений большого объема промышленных предприятий представляет определенные трудности. Работа системы отопления таких помещений осложнена необходимостью нагрева большого объема воздуха, как правило, за счет использования систем воздушного отопления, а также конвективных нагревателей. В качестве последних обычно используют регистры из гладких труб, расположенные по периметру отапливаемого помещения. Расположенные вдоль стен регистры не могут сколь-нибудь заметно нагреть воздух внутри помещения, тем более до расчетных температур, а использование воздушного отопления крайне неэффективно. Недостатком подобного обогрева помещений является то, что при конвективном отоплении тепловой комфорт обеспечивается нагретым воздухом, поступающим от установок воздушного отопления и других конвективных устройств, который сразу поднимается вверх. Это приводит к тому, что объем помещения начинает обогреваться воздухом сверху вниз, при этом под кровлей величина температуры воздуха самая большая в помещении, достигающая 30°С и выше, что с учетом невысоких теплоизоляционных свойств крыши приводит к большим потерям тепла. При этом, как правило, у поверхности пола наблюдаются некомфортные условия для работы людей, зачастую с температурами воздуха ниже расчетных значений.

В результате увеличенного воздухообмена при использовании конвективных нагревателей, за счет так называемого каминного эффекта, потребление тепла для обеспечения требуемой температуры воздуха внутри помещения увеличивается.

Отмеченные выше недостатки отсутствуют при использовании систем газового лучистого отопления (ГЛО). В подобных установках, расположенных, как правило, под потолком помещения, вследствие направленного излучения тепловой энергии в нижнюю его зону и передачи тепла непосредственно обогреваемым поверхностям, а не воздуху, отсутствует необходимость увеличения мощности установки в расчете на высоту помещения. Отсутствие застоя теплого воздуха в районе кровли способствует уменьшению тепловых потерь помещения. Кроме этого, в помещениях, отапливаемых приборами лучистого отопления, температура воздуха может быть заметно (на 3-5°С) ниже расчетной температуры, в то время как поверхности стен и оборудования имеют температуру выше, что в целом дает то же ощущение комфорта для людей в помещении.

Опыт использования систем ГЛО

На ОАО «Машиностроительный завод «Авангард» в 2006 г. в соответствии с Программой по энергосбережению предприятия была установлена система инфракрасного лучистого обогрева в трех производственных цехах № 11, 14 и 17. Объем производственных помещений данных цехов составляет 387 тыс. м3.

Было смонтировано 54 шт. ГЛО (трех типоразмеров) производства одной из американских фирм с двухступенчатой системой горения и соответственно расходом газа на одну горелку 2,35 м³/ч и при полном горении 4,7 м3/ч. Расчетный коэффициент использования топлива (КИТ) - 91%.

Лучистые обогреватели поставляются фирмой-изготовителем с автоматикой безопасности и регулирования. Автоматика безопасности обеспечивает прекращение подачи газа при:

¦ повышении давления газа перед горелками;

¦ погасании факела горелки;

¦ загазованности помещения CH4;

¦ загазованности помещения CO.

Данная система за время эксплуатации зарекомендовала себя положительно. В помещениях цехов автоматически поддерживается комфортная температура 18-20 ОС.

При работе горелочного устройства его мощность не меняется. Поддержание заданной температуры воздуха на рабочих местах осуществляется включением/отключением горелки по команде термостата помещения. Датчики температуры установлены в рабочей зоне на высоте 1,8 м.

С учетом положительного опыта эксплуатации системы газового лучистого отопления производственных помещений данных цехов, в первом полугодии 2007 г. была закончена работа по монтажу второй очереди системы ГЛО в корпусах завода. Всего в 6 производственных помещениях различного назначения было смонтировано 56 газовых инфракрасных обогревателей (двух типоразмеров) того же производителя, что и ранее, с расходом газа на одну горелку 5,5 м3/ч.

Учет расхода газа на лучистые обогреватели осуществляется тремя газовыми счетчиками:

¦ один счетчик фиксирует потребление природного газа цехом № 14;

¦ второй - суммарное потребление цехами № 11 и 17;

¦ третий счетчик - суммарное потребление всех лучистых обогревателей второй очереди.

Потребление топлива. На рис. 1 представлен график потребления природного газа системой лучистого отопления цехом № 14, суммарно цехами № 11 и 17, а также суммарное потребление топлива помещениями, обогреваемыми ГЛО второй очереди. Данные представлены за два месяца работы системы ГЛО в 2009 г. Из рисунка хорошо видно одновременное изменение потребления топлива в разных цехах, вызванное работой системы автоматики, которая в целом правильно реагирует на изменение температуры наружного, а следовательно, и внутреннего воздуха.

Для более подробного анализа работы системы автоматики, в качестве примера, на рис. 2 представлены данные по изменению суточного потребления топлива цехом № 14 в зависимости от среднесуточного значения температуры наружного воздуха. Графики получены по данным за 2009 г Представленные зависимости подтверждают удовлетворительную работу систем автоматического регулирования температуры воздуха внутри помещений путем изменения расхода природного газа на лучистые обогреватели.

Заметный разброс точек (при одинаковой температуре наружного воздуха, потребление топлива может отличаться на 30% и более) связан, вероятно, с рядом факторов. Во-первых, график построен в зависимости от температуры наружного воздуха t^, а автоматика реагирует на изменение температуры внутреннего воздуха tgH, поддерживая заданное значение. С учетом термического сопротивления внешней оболочки зданий, изменение t^ не сразу сказывается на изменении t^. Тем более, что температура наружного воздуха может изменяться и довольно резко в течение суток как в одну, так и в другую сторону. Вторым существенным фактором может быть человеческий, и связан он с изменением заданного для работы автоматики значения температуры воздуха внутри помещений. Данное значение температуры t^ может также изменяться как в сторону увеличения (во время работы), так и снижения после завершения рабочей смены (дежурное отопление). Третьим фактором является то, что данные по потреблению природного газа, которые фиксировались ежедневно, записывались в разное время суток. Все эти факторы способствуют разбросу точек на указанной зависимости.

Экономия топлива при использовании системы ГЛО. Большой интерес представляет определение экономии топлива в результате модернизации системы отопления с применением ГЛО. В связи с практической невозможностью прямого сравнения потребления топлива в случае использования ГЛО и при применении воздушного отопления (с обеспечением условий сопоставимости, в том числе и одинаковой степени комфортности), проведем сравнение фактического потребления тепла топлива помещениями указанных цехов после модернизации с их расчетными значениями за каждый месяц отопительного периода 2009 г

То есть необходимо определить, сколько тепла должен потребить один цех (цех № 14) или группа цехов (цеха № 11 и 17, а также цеха второй очереди) при известной среднемесячной температуре наружного воздуха для обеспечения заданного значения температуры воздуха внутри цеха, и сравнить эти значения с фактическим потреблением тепла ими при использовании ГЛО. При этом не учитывается, каким образом это расчетное количество тепловой энергии будет обеспечивать требуемую температуру воздуха внутри цеха, как это тепло обеспечит комфортные условия работы сотрудников. С учетом отмеченных выше недостатков воздушного отопления, можно сказать, что в случае его применения, фактическое потребление тепла данными помещениями, при условии достижения расчетной внутренней температуры воздуха равной 18 ОС, будет существенно превышать расчетные его значения. Соответственно, возможная величина экономии топлива, полученная в результате применения ГЛО, будет значительно выше.

Фактическое потребление тепла помещениями указанных цехов определяется на основании имеющихся данных по потреблению природного газа системой ГЛО для этих помещений с учетом КИТ установленных систем лучистого отопления.

Расчетное ежемесячное значение расхода тепла на отопление цехов определяется по известной расчетной отопительной нагрузке Qp каждого цеха или группы цехов в зависимости от температуры наружного воздуха в данном месяце ti (см. таблицу):

Qр=qр.[(tвн-ti)/(tвн-tнв)].ф (Гкал),

где qр - расчетная отопительная нагрузка, Гкал/ч; tвн - температура внутреннего воздуха, ОC; tнв - расчетная температура наружного воздуха, ОC; ti - фактическая температура наружного воздуха, ОC; ф - продолжительность периода потребления теп-ла в данном месяце, ч.

Таблица 1

Среднемесячные температуры отопительного периода 2009 г.

лучистый обогреватель производственный

При проведении расчетов также принималось:

¦ расчетная тепловая нагрузка: цеха № 14 -

0,95 Гкал/ч; цехов № 11 и № 17 - 4,5 Гкал/ч; цехов второй очереди - 4,3 Гкал/ч;

¦ расчетная внутренняя температура воздуха равняется 18 ОС;

¦ расчетная температура наружного воздуха равна -26 ОС;

¦ коэффициент использования топлива ГЛО по данным монтажной организации - 91%;

¦ калорийность природного газа принималась по данным сертификата на топл иво за каждый месяц;

¦ КИТ-нетто заводской котельной составляет 0,86.

На рис. 3 представлены результаты проведенных расчетов. Анализ полученных результатов показал, что расчетное потребление тепла цехами в различные месяцы 2009 г. превышает фактическое потребление тепловой энергии при использовании системы ГЛО: для цеха № 14 в 6,9-8,5 раза (при среднем значении за этот период 7,7 раз); для цехов № 11 и 17 в 7-7,7 раза (при среднем значении 7,3 раза), а для цехов второй очереди превышение составляет 8,7-10 раз (при среднем значении 9,2 раза). С учетом КИТ котельной, превышение расчетного потребления природного газа по сравнению с фактическим его значением еще более значительно (рис. 4).

При проведении расчетов считалось, что снижение производства тепловой энергии котельной из-за перевода части цехов на ГЛО не привело к снижению потерь тепла при транспорте теплоносителя от котельной до цехов, т.к. длины трубопроводов и их диаметры не изменились. В будущем, в случае перекладки паропроводов с уменьшением их диаметров из- за снижения расхода пара и возможно протяженности трубопроводов при расчете эффективности внедрения ГЛО необходимо учесть это снижение потерь тепловой энергии при транспорте пара.

Удельные показатели. Очевидно, что потребление тепла отапливаемыми помещениями, в том числе, зависит от их объема и температуры наружного воздуха, точнее разности температур (tвн-tнв). Для сравнения работы систем ГЛО, установленных в разных цехах, исключим влияние данных факторов, разделив фактическое потребление тепла цехами в каждом месяце на расчетную тепловую нагрузку и указанную разность температур в этом месяце. Таким образом, мы определим удельное потребление тепла помещениями в расчете на единицу расчетной нагрузки системы отопления данного цеха [или группы цехов), приходящееся на градус разности температур внутреннего и наружного воздуха в данном месяце. Для помещений с одинаковыми значениями термического сопротивления конструктивной обопочки зданий, полученные значения удельного потребления тепла должны быть примерно одинаковыми и не зависеть от времени года и объема отапливаемых помещений цеха.

Полученные значения удельного относительного потребления тепловой энергии в отопительном периоде в 2009 г представлены в графическом виде на рис. 5. Как видно из рисунка, величина удельного относительного потребления тепла в рассматриваемом временном диапазоне меняется в сравнительно небольших пределах. Так, для цеха № 14 она составляет 2,1 1/°С, для цехов № 11 и № 17 - 2,2 1/°С, а для цехов второй очереди - 1,8 1°С. Относительно небольшие колебания значений по месяцам связаны, вероятно, с тем, что температура внутреннего воздуха принималась постоянной - 18°С, в то время как значения расхода топлива и температуры наружного воздуха определялись по фактическим данным газового счетчика и метеослужбы. В действительности она могла меняться в том числе с учетом человеческого фактора (установка заданного значения температуры t^ как в сторону увеличения с целью повышения комфортности, так и снижения с целью экономии тепла в нерабочее время).

Повышение комфортности. Анализируя работу системы ГЛО в 2007-2009 гг., следует отметить, что температура воздуха внутри цехов существенно (на несколько градусов) повысилась, достигнув установленных комфортных значений 18-20 ОС. До работы системы лучистого отопления эта температура (по отзывам работников цеха и руководства энергослужбы) в отопительный период была существенно ниже.

Анализ работы системы ГЛО ряда производственных помещений на ОАО «Машиностроительный завод «Авангард» в 2007-2009 гг. подтвердил высокую эффективность его использования и показал следующее.

1. Для отопления производственных помещений большого объема применение системы ГЛО имеет целый ряд преимуществ, в том числе эксплуатационных, перед традиционными системами воздушного отопления.

2. Экономию тепловой энергии, полученную в результате использования ГЛО, удобно определять в сравнении с расчетным потреблением тепла данным помещением в рассматриваемом временном отрезке (месяц, отопительный период и т.д.). С учетом недостатков традиционного воздушного отопления, связанных с организацией процесса обогрева помещений, полученное значение экономии будет несколько занижено по сравнению с фактической величиной экономии, даже без учета потерь при генерации тепла на источнике тепла и его транспорта до отапливаемых помещений предприятия.

3. Внедрение системы ГЛО на предприятии привело к большой экономии тепловой энергии для тех помещений, в которых она была установлена. В 2009 г. экономия составила 18476,6 Гкал по сравнению с расчетным потреблением. При этом коэффициент превышения расчетного потребления тепла над фактическим его значением составил 8,1. С учетом КИТ котельной экономия природного газа за этот период составила 2723 тыс. м3. Коэффициент превышения расчетного потребления топлива над фактическим его значением соответственно увеличился до 8,6. Реальная экономия топлива при использовании ГЛО будет еще больше с учетом: недостатков воздушного отопления, отмеченных выше; того, что температура воздуха внутри помещений до модернизации системы отопления была существенно ниже расчетного значения (18°С).

4. Для оценки эффективности работы системы ГЛО предложено определение удельного относительного потребления тепла, что позволяет проводить сравнение работы отопительных систем разных помещений вне зависимости от абсолютных значений потребленной ими тепловой энергии. В зависимости от термического сопротивления конструктивной оболочки зданий, полученная средняя величина удельного относительного потребления тепла цехами, в которых установлены ГЛО, колеблется в пределах 1,8ч2,1 1/^ОC. Использование значений удельного относительного потребления тепла позволит также проводить предварительные расчеты потребного количества тепла при проектировании систем ГЛО.

5. Внедрение ГЛО позволило существенно повысить уровень комфортности в данных помещениях. Температура воздуха в них существенно (на несколько градусов) повысилась, достигнув расчетных значений 18-20^ОС.

Размещено на Allbest.ru