Энергосбережение в теплоэнергетике

       

где, - действительный расход воздуха на 1 кг топлива, м³/кг;

       - расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с.

 м³/с

Расход  теплоты (Q_i, кВт), необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха:

,                                                                                  

где - объемная изобарная теплоемкость воздуха; кДж/нм^3.К (принимается );

– разность температур, ^оC, рассчитываемая по формуле:

 

При внешнем  воздухозаборе:

                                                                                                    

При внутреннем воздухозаборе:                                                                                       

где t_i - температура воздуха при внешнем или внутреннем воздухозаборе (принимается по заданию), ^оС;

         t_о – начальная температура воздуха, принимаемая для расчета, ^оС (составляет t_о=0^оС)

Расход  теплоты (Q_i, кВт), необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха:

При внешнем  воздухозаборе:

  кВт   

При внутреннем воздухозаборе:                                                                                       

  кВт

Расход  топлива (B_i, кг/с (нм³/с)), с учетом подогрева (или недогрева) его при внешнем (или внутреннем) воздухозаборе

,                                                                                       

где  - номинальная тепловая мощность, кВт;

               - расход теплоты, необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха, кВт;

- теплота сгорания на рабочую массу, кДж/кг;

 - КПД котла.

При внешнем  воздухозаборе:

  кг/с

При внутреннем воздухозаборе:                                                                                                                                                                                   

  кг/с

Секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной - ∆B_i, рассчитывается по формуле:

,                                                                                       

где - расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с;

       -  расход топлива, с учетом подогрева (или недогрева) его при внешнем (или внутреннем) воздухозаборе, кг/с.

При внешнем  воздухозаборе:

  кг/с                                                                                              

При внутреннем воздухозаборе:

  кг/с                                                                                              

Экономия  топлива (∆b_i, кг/ГДж или нм³/ГДж) в расчете на I ГДж отпускаемой теплоты котельной

,                                                                                    

                  где  -  секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной кг/с;

                  - номинальная тепловая мощность, кВт;

При внешнем  воздухозаборе:

                                                                                              

При внутреннем воздухозаборе:

Экономия  топлива за отопительный период (∆B_оп, кг или нм³):

,                                                                                

где - секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной кг/с;

 - продолжительность отопительного периода (для Великих Лук ).

При внешнем  воздухозаборе:

  кг                                                                                          

При внутреннем воздухозаборе:

  кг                                                                                          

Вывод: при  внутреннем воздухозаборе наблюдается эффект энергосбережения, экономия топлива составляет 220,5кг.

Контрольное задание №2

Определить  экономию топлива котельными установками  за счет предельно возможной регенерации  тепла уходящих газов (для тех  же котлов).

За номинальный  режим работы принять t_ух1=160-190°С. Экономия топлива возможна за счет снижения температуры уходящих газов. Используя низкотемпературные теплообменники можно снизить температуру газов до значений t_ух2=110-130°С, а в газовых котельных при применении контактных теплообменников до 80°С.

За счет регенерации потери тепла с уходящими  газами при сжигании (В кг/с (нм³/с)) топлива уменьшаются на величину - DQ_ух, определяемую по формуле

,                                              

где   V^о_г – объем дымовых газов (таблица 5);

         С^/_г – средняя объемная теплоемкость дымовых газов (кДж/нм^3.К), состоящих из СО₂, N₂, H₂O, определяемая из выражения:

,                                                                                          

С учетом состава продуктов сгорания формула запишется в раскрытом виде:

,         

где   – объемы составляющих продуктов сгорания (м³/кг или м³/н^.м³), входящие в состав дымовых газов на 1 кг (н^.м³) сгоревшего топлива и зависящие от исходного состава топлива (таблица 4);

         - объемные теплоемкости газов,  кДж/нм^3.К

         - теоретический объем воздуха, м³/кг или м³/н^.м³;

         - теплоемкость воздуха, кДж/нм^3.К.

 

Расход  топлива на котел (B^р, кг/с или нм³/с) с применением регенерации уходящих газов вычисляется из выражения

 

где Q – номинальная тепловая мощность котла, кВт (таблица 2);

- теплота сгорания на рабочую массу, кДж/кг;

 - КПД котла.

 кг/с                                                                                          

Экономия топлива за счет регенерации (∆B, кг/с или нм³/с) рассчитывается по формуле:

 

где - расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с;

- расход топлива на котел, кг/с.

 кг/с                                                                 

Экономия  топлива за отопительный период (∆B_оп, кг или нм³):

  ,                                                     

где - экономия топлива за счет регенерации, кг/с; - продолжительность отопительного периода (для Великих Лук ).

 

Таблица 4 - Объемы воздуха и продуктов сгорания на 1 кг твердого (жидкого) или I нм³ газообразного топлива при a=1

Вид топлива	Показатели
Природный газ
Березовский	9,74	1,04	7,70	2,18	10,92

Таблица 5 - Средние объемные теплоемкости газов и воздуха, кДж/нм^3.К

t, oC
0	1,5998	1,2946	1,4943	1,3189
100	1,7003	1,2959	1,5052	1,3243
200	1,7874	1,2996	1,5224	1,3319

 

Вывод: При номинальном режиме работы с температурой уходящих газов и экономия топлива составляет .

 

3. Определение экономии энергоресурсов за счет поддержания теплопроводов в нормативном техническом состоянии.

По техническим  требованиям температура теплоносителя (воды) в магистральных сетях не должна понижаться более, чем на I К/км. По данным замеров, проведенных на теплотрассе г.Новосокольники температура теплоносителя снижается на 1К за каждые 200 метров.

Для магистрали ТЭЦ г.Новосокольники  определить экономию тепла и топлива при нормальном техническом состоянии изоляции по сравнению с реально имеющейся в г.Новосокольники за один час работы. Вид топлива принять из таблицы 2 (в соответствии с вариантом).

Исходные данные для расчета:     

- расстояние от ТЭЦ до теплового пункта по теплотрассе: l=3 км;

- диаметр теплопровода: d=420 мм;

- скорость воды: v_вод = 1,07м/с;

- температура воды: t_в=150°С.

Потери  тепла (DQ_н, кВт) при нормальном состоянии теплоизоляции составят за 1 сек. по всей магистрали в кВт    

 

где   Q_вод - массовый расход воды, кг/с;

         C_в - массовая изобарная теплоемкость воды, C_в=4,19 кДж/кг^.К;

        l - длина магистрали, м;

         Dt_н - нормативное снижение температуры теплоносителя, К/м

Площадь поперечного сечения потока:

где - диаметр теплопровода, м

Массовый  расход воды:

где  - скорость воды, м/с;

- плотность воды при  , кг/м³;

       - поперечное сечение магистрали, м²;

Действительные  потери теплоты (DQ_д, кВт):

  кВт                                                                                    

где  Dt_д - действительное снижение температуры теплоносителя в теплопроводе на I м его длины, К/м

Перерасход  тепла (DQ_п, кВт) составит:

  кВт                                                                                          

Экономия  топлива за 1 час работы котельной (∆B, кг/ч или нм³/ч)

  кг/ч                                                                                            

Экономия  топлива за отопительный период (∆B_оп, кг или нм³):

  кг                                                                                              

Вывод:  Для магистрали ТЭЦ г.Новосокольники   экономия тепла и топлива при нормальном техническом состоянии изоляции по сравнению с реально имеющейся в г.Новосокольники за один час работы составит соответственно 765,1 кг/ч. 

4. Снижение расхода энергоносителей при работе высокотемпературных сушилок типа АВМ за счет утилизации тепла уходящих газов.

Высокотемпературные сушилки типа АВМ, работающие без  регенерации тепла, имеют низкий к.п.д. (до 35 %), температура уходящих газов t_ух³150°С. Высушенный продукт (витаминная мука, полнорационные брикетированные корма, зерно (фураж) и др. продукты) имеют при выгрузке из сушилки высокую температуру и выносят значительное количество теплоты. Утилизация низкопотенциальной тепловой энергии за счет снижения температуры отработавших газов и охлаждения продукта в теплообменной камере позволяет повысить коэффициент использования тепловой энергии. Снижение показателя t_ух возможно в рекуперативных теплообменниках до t_ух³100°С.

Контрольное задание

Определить  экономию тепловой энергии и энергоносителя на 1т полученной продукции за счет утилизации тепла уходящих газов. Утилизированная теплота возвращается в топку с подогретым воздухом, за счет чего снижается расход топлива. Температуру воздуха принять 15-25°С. Основные данные по высокотемпературным сушилкам типа АВМ представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Варианты индивидуальных заданий по расчету снижения расхода энергоносителей при работе высокотемпературных сушилок типа АВМ за счет утилизации тепла уходящих газов