GrabDuck

Можно ли повысить экономичность водогрейных котлов? (Окончание) - cтраница 2

:

Целью конструктивного расчета КУ является определение количества получаемой теплоты и необходимой площади поверхности теплообменных труб.

Расчеты проведены для различных температурных графиков теплосети (110, 120, 130, 140 и 150/70 °С) с последовательной схемой присоединения теплообменников ГВС с учетом типового соотношения расчетных нагрузок отопления и ГВС 4:1. Результаты этих расчетов в виде зависимостей температуры сетевой воды на выходе из теплообменника ГВС первой ступени от тепловой нагрузки котла показаны на рис. 3. Из графиков видно, что область эффективного конденсационного режима использования теплоутилизатора, соответствующая температуре нагрева воды ниже точки росы газов (55 °С), расширяется с повышением расчетной температуры сетевой воды. Соответственно увеличивается производительность теплоутилизатора.

Результаты расчета основных показателей работы теплоутилизатора приведены в таблице.

Таблица. Зависимость показателей работы теплоутилизатора от величины отопительной нагрузки и расчетной температуры сетевой воды

Показатели Максимальная расчетная температура сетевой воды Относительная нагрузка отопления
1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
1. Тепловая нагрузка котла, ГДж/ч 8,38 7,07 63,8 5,68 5,02 4,58 3,68
2. Расход уходящих газов, кг/ч 3239 2734 2436 2136 1877 1697 1365
3. Расход сетевой воды, м3 150

130

110

20

26,7

40

4. Температура обратной сетевой воды после охлаждения в теплообменнике ГВС первой ступени (t2), °С 150

130

110

50

54,5

57,5

45

48

52

42

44,5

49

38

41

46

35,5

38

43

32

35,5

43

29

35,5

43

5. Энтальпия насыщенной смеси при t2, КДж/кг 150

130

110

–*

–*

–*

202

240

374

178

197

333

145

170

297

129

145

267

107

129

267

92

129

267

6. Тепловая энергия, полученная в теплоутилизаторе, ГДж/ч 150

130

110

0,25

0,25

0,25

0,52

0,48

0,342

0,587

0,54

0,404

0,585

0,53

0,431

0,544

0,514

0,435

0,524

0,492

0,435

0,524

0,492

0,435

7. Температура воды после теплоутилизатора, °С 150

130

110

53,3

56,8

57

51,2

52

54

49

49,3

51,4

45

45,8

48,6

42

42,6

45,6

38,7

39,9

45,6

38,7

39,9

45,6

8. Прирост КПД котла за счет применения теплоутилизатора, % 150

130

110

3,3

3,3

3,3

7,38

6,5

4,8

9,2

8

6,3

10,1

9

7,5

10,8

9,9

8,65

11,3

10,2

8,6

11,3

10,2

8,6

* Режим работы без конденсации водяных паров

Примечание: поверхность нагрева КУ – 20,5 м2; поверхность нагрева котла – 65 м2

Отношение поверхности нагрева КУ (25 м2) к поверхности нагрева котла (65 м2) составило ~30%; в чугунных экономайзерах ВТИ, устанавливаемых за паровыми котлами, это отношение близко к 100%

Пример расчета

Теплопроизводительность котла в точке излома: Q=(0, 41×0,8+0,2)×8,38×10 = 4,42×10 кДж/ч

Расход горючего газа: В = 4,42×10/40,1×10×0,95=117 м/ч

Расход уходящих газов: Gсг=117×13,8 =1601 кг/ч,

сетевой воды: Gс=8,38×10/4,19×(130–70)=33330 кг/ч

Примем, что энтальпия газов на выходе утилизатора ∆iyx=iyx–(i”+∆i), где i” – энтальпия насыщенной парогазовой смеси при температуре сетевой воды на входе в утилизатор, являющаяся теоретическим пределом охлаждения газов, ∆i превышение энтальпии охлажденных газов по отношению к теоретическому пределу.

Температура сетевой воды на выходе утилизатора из уравнения теплового баланса 33330×4,19×(tк–35,5)=1601×(499–198), откуда tк=3,45+3,55=38,95 °С

Теплопроизводительность: Q=33,33×10×3,45=481,8×10 кДж /ч.

Разность энтальпий между теплоносителями: на входе в утилизатор 499–153=346 кДж/кг, на выходе принята 70 кДж/ч, средняя разность по упрощенной среднелогарифмической формуле 346–70/ln(346)/70=180 кДж/кг (при расчете по точной формуле ∆iср=214 кДж/кг).

Поверхность нагрева F=481,8×10/180×150=17,8 м, плотность теплового потока q=481,8×10/17,8 =27×10 кДж/м×ч=7,5 кВт/м (у чугунных экономайзеров ВТИ, устанавливаемых за паровыми котлами q=12000– 13000 кДж /м×ч. Прирост КПД котла ∆η = 0,482×100/4,42=10,9%.

Расчет показателей при максимальной нагрузке отопления.

Расход продуктов сгорания Ģ=8,38×10/ 40,1×10×0,95×13,8=3260 кг/ч

δτ=0,25×(130–70)×15=70–5=55 °С, что совпадает с точкой росы газов =56 °С,утилизатор работает в режиме без конденсации паров. Температуру охлажденных газов на выходе утилизатора определим из соотношения: Q=3260×(180–tух)=150×17,8× [(180–tк)+(tух–40)×0,5]. Примем tк= 45 °С, тогда подбором tух=101 °С.

Q=3260×(180–101)=257500 кДж/ч. Прирост КПД ∆η=0,2575 10 100/8.38 10=3,07%

б, в ) при тепловой нагрузке с конденсационным режимом Q=0,5 и 0,6

б) Q=0,5δτ=7 °С

Q=(0,5×0,8+0,2) ×8,38×10=5,03×10 кДж /ч.

Gсг=5,03×10×13,8 40,1×10×0,95 =1830 кг/ч =140+70=210 кДж/кг

Q=1830(499–210)=528000 кДж /ч.

∆η = 0,528×10×100/5,03×10=10,5%

∆i= 490–171=319 кДж /кг; ∆ i=70 кДж/кг; ∆iср=169 кДж/кг

F=0,528×10/150×169=20,7 м.

в) Q=0,6×δτ=4,3 °С

Q=( 0,6×0,8+0,2)×8,38×10=5,7×10 кДж/ч

Gсг=5,7×10/13,8×40,1×10×0,95= 2075 кг/ч

i=161+70=231 кДж/кг

Q=2075×(499×231)=556000 кДж/ч×кг; ∆η=0556×10×100/=9,7%

∆i=499–19=308 кДж/кг; ∆i=70 кДж/кг; ∆iср=157 кДж/кг

F=0,556×10/150×157=23,6 м

На рис. 4 показана зависимость температуры обратной воды из системы отопления t2, после охлаждения в теплообменнике ГВС первой ступени t’2, температуры точки росы уходящих газов tр в течение отопительного сезона.

На рис. 5 показана зависимость прироста КПД котла Dh и отношения среднемесячной мощности к максимальной расчетной мощности Q по месяцам отопительного сезона.

Порядок расчета может быть пояснен следующим образом.

Известными являются расход утилизируемых газов Gсг, начальная температура tух, влагосодержание хух, начальная температура нагреваемой воды tв1. Для вычисления величины ∆iср требуется знать расход воды Gв и ее конечную температуру tвк.

Задаются значения конечной энтальпии газов iyx’=iв”+∆), где iв” – энтальпия насыщенной парогазовой смеси при начальной температуре воды по таблице водяного пара [3]), ∆ – превышение энтальпии газов по отношению к теоретически минимальному значению. Далее определяют производительность КУ Q=G (iух–iух’), выбирают значения tк и рассчитывают Gв=Q/с(tк-tхв). По формуле определяют ∆iср. Наконец рассчитывают необходимую поверхность труб.

На рис. 6 показано изображение процесса в Id – диаграмме. Точки 1, 2 соответствуют начальному и конечному состоянию газов, точки 3, 4 тоже нагреваемой воды. Энтальпия в точке 2 превышает энтальпию в точке 3 на величину ∆.

На рис. 7показана зависимость тех же энтальпий от температуры воды tв. Значения энтальпий, соответствующих температуре воды берутся из таблицы [3].

Заключение

Представленные выше расчеты относятся к режимам близким к предельному охлаждению уходящих газов котла, при которых их температура снижается до 40-45 °С, а влагосодержание уменьшается в 2-3 раза.

Уменьшение выбросов влаги в атмосферу является положительным фактором, но низкая температура дымовых газов ухудшает условия рассеивания вредных выбросов. Кроме того, глубокое охлаждение газов требует значительные площади поверхности теплообмена. Оптимальным решением в этой ситуации может стать некоторое ограничение степени охлаждения газов с уменьшением производительности теплоутилизатора и, соответственно, снижением экономии тепловой энергии.

Таким образом, использование теплоты уходящих газов газифицированных котлов в КУ может повысить КПД котлов при предельно глубоком охлаждении газов на 9-10%. Оптимальная температура охлаждения газов и, соответственно, экономия тепловой энергии и прирост КПД выбираются по технико-экономическим соображениям.

Литература

1. Бухаркин Е.Н. О технико-экономической целесообразности применения конденсационных теплоутилизаторов в водогрейных котельных // Промышленная энергетика. 1995, № 6. С. 24-27.

2. Бухаркин Е.Н. Конструкции конденсационных экономайзеров для газовых котлов // Промышленная энергетика. 1993, № 2. С. 36-41.

3. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). М.: Энергия, 1973.

4. Хоблер Тадеуш. Теплопередача и теплообменники. Л.: Госхимиздат, 1961. С. 377-379.

5. Карпис Е.Е. Исследование и расчет процессов тепломассопереноса при обработке воздуха водой в форсуночных каналах / Сборник трудов НИИСТ и АС. 1960, № 6.

6. Карпис Е.Е. Отношение Льюиса для политропических процессов / Сборник трудов НИИСТ и АС. 1963, № 15.

7. Кудинов А.А., Антонов В.А., Алексеев Ю.Н. Анализ эффективности применения теплоутилизатора за паровым котлом ДЕ 1О-14ГМ // Промышленная энергетика. 1997, № 4.

8. Баскаков А.П., Мунц В.А., Филипповский Н.Ф. Анализ возможностей глубокого охлаждения продуктов сгорания котельных установок // Промышленная энергетика. 2009, № 10.

9. Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные контактные водонагреватели. М.: Стройиздат, 1988, 378 с.

10. Кудинов А.А. Повышение эффективности котлов // Промышленная энергетика. 1997, № 8.

11. Бухаркин Е.Н. К методике теплового расчета конденсационных утилизаторов за котлами // Теплоэнергетика. 1997, № 2.

12. Бухаркин Е.Н. Тепловой расчет конденсационных гладкотрубных утилизаторов за котлами // Промышленная энергетика. 1995, № 11.