Повышение эффективности теплоэнергетических систем. Повышение эффективности теплоэнергетических установок и систем. Курс лекций Повышение эффективности теплоэнергетических установок и систем Выполнили Смирнов Д. А. Блинов Е. С
 Скачать 0.98 Mb.
|
21Повышение эффективности работы источников теплотыРассмотрим тепловой баланс котельного агрегата. Тепловым балансом называется равенство между количеством теплоты, внесенным в котельный агрегат и количеством теплоты, которое затрачено на производство пара, воды и покрытие тепловых потерь. На основании расчета теплового баланса ведут проектирование, испытание, наладку и реконструкцию котла. При этом вычисляется необходимый расход топлива, а также кпд котла. Тепловой баланс вычисляют для располагаемой теплоты (по низшей теплоте сгорания топлива), т.е. теплота, которая выделяется при сжигании одного килограмма с учетом теплоты парообразования r, т.е. учитывается количество тепла, идущее на использование влаги. Если r используется для отдачи тепла в поверхностях нагрева котла, то кпд значительно повышается.
где q1 – полезно используемая теплота, %; q2 – потери с уходящими газами, %; q3 – потери от химической неполноты сгорания, %; q4 – потери от механического недожога, %; q5 – потери от наружного охлаждения котла, %; q6 – потери с теплом шлаков, %. Для парового котлоагрегата Q1 определяется по формуле
где D – паропроизводительность котла, кг/с; B – расход топлива, кг/с; iп, iв – энтальпии пара и воды соответственно, кДж/кг. С учетом продувки формула примет вид
где Dпр – расход на продувку, кг/с. Расход топлива определяется по следующему выражению
Потери тепла с уходящими газами возникают из-за того, что газы выбрасываю в атмосферу с температурой выше температуры окружающей среды. При этом температура воздуха, который подается как окислитель равна температуре окружающей среды. Параметры уходящих газов определяют да экономайзера и перед дымососом ил трубой. Определяют температуру уходящих газов, а также концентрацию кислорода, концентрацию углекислого газа, окислов азота. Если режим горения не отлажен, то появляются продукты недожога (окись углерода и окиси азота), что наносит вред окружающей среде. По концентрации кислорода, а также двуокиси углерода определяют коэффициент избытка воздуха на выходе из котла, сравнивают его с нормативным и делают вывод о присосах воздуха через поверхности нагрева или обмуровку котла. Поскольку котел работает под разрежением, то присосы будут присутствовать. Борьба с присосами является одной из эффективных мер. Потери теплоты с уходящими газами вычисляются по испытаниям
где Vух – объем уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха , м3/кг; Vo – теоретический объем воздуха, требующийся для сгорания единицы топлива, м3/кг. Ниже точки росы температуру уходящих газов понижать нельзя. Чем ниже температура уходящих газов, тем больше кпд котельного агрегата. Потери теплоты от химического недожога возникают от плохого смешения топлива с окислителем. Определяют данный вид потерь по формуле
где Кр – коэффициент, связанный с сжиганием углерода и серы; CO – концентрация окиси углерода; RO2 – концентрация трехатомных газов. Потери теплоты от механического недожога находят по следующему выражению
Чтобы избавиться от данных потерь перед трубами устанавливают скрубберы, электрофильтры, которые улавливают продукты уноса. Для камерных топок процент потерь составляет 0,55,0 %. Для слоевых топок 12,0 %. Расход топлива водогрейного котла определяют по выражению
Чаще всего вычисляется коэффициент кпд котельной. На практике требуется знать методику расчета правильного распределения нагрузок между котлами. Экономическое распределение между котлами производится с помощью следующих методов: методом поддержания наибольшего кпд котла, при котором производится последовательная загрузка наиболее экономичных котлов до полной производительности, а затем менее экономичных; методом загрузки котлов пропорционально их номинальной производительности. Котлы, которые имеют одинаковую производительность, загружены поровну; методом равенства относительных приростов расхода топлива, наиболее экономичные котлы имеют расход меньший топлива. Если известны число часов работы каждого котла (эту информацию можно взять из оперативного журнала, который ведет оператор каждого из котлов), а также можно вычислить паропроизводительность или теплопроизводительность в зависимости от расхода газа. Далее требуется посчитать число часов работы на характерных нагрузках для каждого котла. Вычисляется среднечасовая производительность
Вычисляется средневзвешенный кпд каждого из котлов
Далее рассчитывается средневзвешенный кпд котельной, учитывая работу каждого котла. Таким образом, регулируя число часов работы каждого из котлов с меньшим и с большим кпд мы можем приблизиться к оптимальному режиму работы самой котельной. Рассмотрим тепловую схему получения теплоты и электричества, а также основные кпд, характеризующие эффективность ее работы. Для тепловых схем производства теплоты и электричества составляются материальные и энергетические балансы. Материальные – это расходы воды, пара. Энергетический баланс – расходы тела. Балансы составляются для каждой узловой точки схемы, для каждого элемента схемы. Балансы записываются с учетом кпд и с учетом коэффициентов использования теплоты. Балансы рассчитываются для максимального зимнего режима, а также для типичных летних режимов. Схема отражает сложившиеся традиционные способы получения, распределения и использования теплоты. Эта схема ТЭЦ, убрав из нее часть блоков, а именно, тепловые сети и их потребителей, получим схему котельной, которая может быть установлена любом промпредприятии. Такая схема характерна для КЭС. Если в этой схеме убрать конденсатор и генератор с паровой турбиной, то получим районную котельную промышленного отопительного типа. Если же убрать отопление из оставшейся схемы, то получим схему промышленного типа. Если убрать блоки, отвечающие за пар на технологию, то котельная будет отопительного типа. Наша задача заключается в анализе любой тепловой схемы и выделении в ней блоков: отопительного блока, промышленного блока, блока электрической станции, блока деаэрации, блока ХВО и других. TS-диаграмма цикла Ренкина для перегретого пара  Принципиально такая тепловая схема термодинамически в TS-диаграмме изображается циклом Ренкина для перегретого пара. Цикл Ренкина как бы условной отмечен максимально возможным коэффициентом использования энергии, но его характеристики хуже, чем характеристики цикла Карно. Цикл Карно имеет максимальный кпд преобразования теплоты в работу, но он не осуществляется из-за того. что на современном уровне развития машиностроения нужно имеет огромные компрессоры, огромные турбины, такие большие, что они не выдерживают по прочности и по удельным потокам энергии, которые должны проходить через поверхности. Существуют в настоящее время топливные элементы, которые преобразуют энергию топлива сразу в электрическую энергию. Это принцип превращения теплоты в работу, который в настоящее время в виду технических ограничений не может дать тех мощностей, которые возможны при использовании цикла Ренкина. В настоящее время появились новые торсионные технологии преобразования энергии. Принцип этих технологий основан на использовании кривизны пространства и принятия нового технологического термодинамического принципа открытых систем.В TS-диаграмме зображен термодинамический цикл получения и использования тепла и электричества при условии, что тепло уже выделено. Q1 – нагрев воды; Q2 – выделенное тепло, идущее на превращение воды в пар; Q3 – перегрев пара; Q4 – тепло выделено и идет в окружающую среду; L – совершение работы. Энергетический баланс имеет вид
|
,
, кДж/кг
, кДж/кг
, кг/с
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кг/с
, т/ч
, %