автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование системы теплоснабжения г. Сексард и модернизация ее оборудования с целью повышения эффективности

РГ6 од

. „ . ■ .БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

/ И О И j

ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКЩШЯ

На правах рукописи

Петер Янош

УДК 696.34:621.165

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Г.СЕКСАРД И МОДЕРНИЗАЦИЯ ЕЕ ОСОРУДОВАШ1Я С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

05.14.04 - Промишлешшя теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1993

СскЫа ъшю чена на кафедре "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника "Белорусской Государственной Политехнической Акнш.шп

НаучниИ руководитель:- кандидат технических наук, доцент Романюк В.П. йцщналыше оппоненты:- доктор технических наук,

профессор Еокун И.А. - кандидат технических наук, доцент Назаров В.И.

Ьед.ущая организация:- Белорусский Тенлоэнергети -ческий Институт.

',:цш1и с.сн.-шитс» " ^ " /1993 г.в на заседании 1-[1нш1илизироьаш1ого совета К.056.02.09.при Белорусской Государст ьениой Политехнической Академии по адресу:

У.7.1. Минск нр.Ф.0корины,65,ауд.201 .корп.2.

с диссер1ацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской Поли-]^хш1ческой Академии

-пян

Автореферат разослан 1993.г.

Учений секретарь специализированного совета К.056.02.09 доктор технических наук,профессор ^ Качан.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:Вопросы экономии топлива приобрели в настоящее время исключительно важное народнохозяйственное значение. В Венгрии около 40% потребляемого топлива приходится на. удовлетворение нужд теплоснабжения .Поэтому снижение" эксплуатационных затрат получило чрезвычайно большое значение. В центральных отопительных котельных потери с отходящими дымовыми газами составляют 10-12%. Дальнейшее снижение температуры уходящих газов пут. ем увеличения хвостовых поверхностей нагрева котлов неприемлемо из-за резкого роста их металлоемкости. Поставленную задачу можно решить дальнейшей утилизацией тепла с помощью пластинчатых теплообменников, которые компактны и позволяют увеличить утилизацию тепла за счет конденсации водян ых паров в уходящих дымовых газах .Технико-экономические показатели таких теплообменников: высокая тепловая эффективность,малая металлоемкость,низкий срок окупаемости - соответствуют современными требованиями, предъявляемым к утилизационным установкам.

Другие способы снижения энергетических затрат, например, оптимизация работа параллельно включенного оборудования котельных на базе современных средств вычислительной тэхлжи, обеспечением лучших условий сжигания топлива за счет модернизации конструкции топки и горелочных устройств и т.д.

Комплексная реализация перечисленных выше методов снижения эксплуатационник затртг позволяет добиться заметного результата.

Все это соз. ает серьезные предпосылки для исследования работы оборудований: центрального теплоснабжения городов. Цель работы: исследование оборудования системы теплоснабжения города Сексарда (Венгрия) и разработка новых методов для повышения ее эффективности и экономичности.На основе анализа потоков энергобалансов системы и ее составных элементов найти те точки системы, где потери наивысшие, дать предложения по их снижению. Найти новый метод для утилизации тепла и повышения номинальной тепловой мощности водогрейного котла 1ТГВМ-30М, работающего с плоскофакельными горелками на природном газе. Научная новизна: на основе анализа экспериментальных данных работы плоскодакельных горелок получены зависимости между скоростями первичного воздуха и природного газа, что позволило дать предложения по улучшению работы горелок. По результатам исследований работы этих горелок,нетипичных для водогрейных котлов, предложено разделить топочную камеру водогрейного котла ПТВМ-ЗОМ. Это позволило понизить температуру уходящих газов котла и, вместе с тем, привело к повышений тепловой мощности оборудования. Проведенные дальнейшие исследования при разных мощностях котла показали реальность и надежность этого способа экономии тепла. Показано, что данный способ имеет преимущество перед известными способами увеличения тепловбй мощности котла, например, за счет увеличения конвективных поверхностей нагрева. Практическая ценность: найдены новые соотношения скоростей первичного воздуха и природного газа снижающие коэффициент избытка

воздуха. Найдены новые пути увеличения тепловой мощности водогрейного котла ПТВМ-ЗОМ на' 27%, что позволило снять дефицит генерирующей мощности системы отопления города Сексард на ближайшие 5 лет при бурном росте потребления. Все это. в комплексе с другими решениями по изменению структуры системы отопления и динамическому распределению нагрузки между параллельно работающим ее оборудованием на основе автоматизированной системы управления, созданной автором, позволило снизить потери в системе на 3%. Срок окупаемости составил 1,5 года. Автор зашщает:

1.Теоретический анализ тепловой схемы теплового централа города Сексарда.

2.Результаты экспериментального исследования работы плоскофакельных горелок на природном газе. Оптимальное соотношение скоростей природного газа и первичного воздуха,подаваемых в горелку.

3.Способ и результаты повыиения тепловой мощности водогрейного котла с топкой типа котла ПТВМ-ЗОМ.

4 .Сравнение способов повышения те": ловых мощностей водогрейных котлов с повышением поверхностей нагрева в топке и в хвостовой' части оборудования.

5.Комплекс мероприятий по изменению.структуры системы отопления города Сексард.

6.Систему динамического распределения нагрузок между параллельно работающем оборудованием котельной.

Апробация работы: основные результаты диссертационной работы

доложены на международных и венгерских конференциях, внедрены на практике и эксплуатируются в течение 3 лет в системе отопления "ш^юБг крт" города Сексардо.

Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в з-х работах.

Стуктура и осгем работы: диссертационная работа изложена в 2-х томах. Первый том содержит 90 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 6 таблиц. Второй том является приложением и содержит 108 страниц, 34 рисунка и 2 таблицы. Список литературы состоит из 63 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕР. .АННЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала актуальность проблемы снижения экономических затрат в энергетике Венгрии, в том числе в системе центрального теплоснабжения, в первую очередь, с применением новых методов снижения тепловых потерь. В кратком описании дана характеристика системы центрального отопления города Сексарда(Венгрия).

С повышением цены основного топлива (мазута и природного газа) за последние годы в 5 раз, условия работы центральных отопительных котельных стали хуже.Поставлена задача анализа тепловой схемы с целью выявления узлов максимальных тепловых потерь. В анализе тепловой схемы оборудования по результатам тепловых расчетов определены те точки системы,где тепловые потери наивыс-

шие, даны предложения по их снижению. К неблагополучным узлам относятся:

1. Водогрейный котел ПТВМ-ЗОМ работающий на природном газе, огнетехнический к.п.д. - 89,4%, к.п.д. котла - В8,6%. Небольшая разница двух к.п.д. указывает на определяющую роль потерь с уходящими газами(УГ).

2.Паровой котел типа нок12/12. р-ботает на природном газе с средней производительностью 10 т/ч. Имеет пароперегреватель после первой конвективной части. Температура УГ за котлом 225 С; Потеря тепла с УГ.- 9,5% является наибольшей в структуре энергобаланса.

3.Паровый котел типа о1в20/12-240 работает на природном газе.Производительность котла 14 т/ч .Пароперегреватель расположен после двух топочных труб.Температура УГ-в перед и после воздухоподогревателя 224 С и НО С.

4.Сетевые подогреватели.По анализу работы системы пароводянных теплообменников показано, что при их равномерной нагрузке получаем наилвысший к.п.д, системы.

Первая глава посвящена анализу исследований основных методов экономии топлива в области теплоснабжения. Известно три основных метода экономии топлива: I. Использовэ-ще вторичных энергоресурсов (ВЗР). 2.Оптимизация работа энергетических систем. 3.Улучшение конструкции оборудования, используемого в теплоэнергетической системе. Наиболее широко распространен первый метод и неоправданно (.шло. пли

сегодняшнего положения дел, реализуются другие два способа. В тепловой системе города Сексарда, рис.1, для улучшения ее работы'реализуются все три способа следующим образом:

- подключением воздухоподогревателя к водогрейному котлу ПТВМ ЗОМ, позволяет экономить 9841 ГДж/год.Срок окупаемости этого мероприятия 2 года. . .

- подключением системы оборудований испаритель -теплообменник к паровым котлам.Тепловые потери сбросных вод (щелочной воды и шлама) снижаются на 87%, благодаря чему в 1991-м году сэкономлено 20115 ГДж/год.Срсп: окупаемости - 2 месяца.

подключением к паровым котлам утилизационного пластинчатого теплообменника для использования низкопотенциального тепла УГ. Это дает

0эк=°1+0кошГ 35622 +19835 Ш " 55457 Ш'

что составляет 56,7®. Срок окупаемости 1,1 год.

- оптимизацией работы паровых котлов за счет динамического распределения нагрузки с помощью вычислительной машины. Это ^ает экономию топлива - 7662 ГДж/год.

- изменением конструкции оборудования, в частности, конструкции водогрейных котлов.

РыоН Тепловая схема включения системы яотелышх -ПИТ:Е!одя "

Паровая котельная

а

деавратО!

120 ы вая

-чз.

м

тепло-осжешп

. тон, к. ЮЕлазиад. дола. >

».сЗроов» воды

& Г—Ц ГГ к * 4

хеш. ^ I ц] хокг ; »

КЗ?

хокг

II

ПШЗ

окон!

-0<О

гаев

№

хода

Х0К4

I

'Т 1 < "V I4*

у ДТТХ^

на соботв;н^ к тем.о, й-5

к потраб£

/

в каналиэ

Откдаитвльпая котельная пар

'х—{хн-

м Г'М-Р/ -

вар

к потребителях

с«тев;»ода — * — - - конденсат

1-5 теплоовм;отопления 6- во* о паровой подашхой 7- кпсосы

9

Главная задача определить влияние новой конструкции топки на передачу тепла с излучением в топке.

В кзрвой главе анализируется состояние вопроса, исследуется структура энергобаланса системы теплоснабжения города Сексарда. Ставится задача определения наилучших условий для сжигания природного газа(ПГ) с помощью плоскофакельных горелок, рис.2, возможностей автоматизации их работы в системе АСУ, изменение конструкции топки и определение ее влияниа на к.п.д.водогрейного котла.

Во второй главе даны описание проведения эксперимента и результаты исследования работы плоскофакельных горелок. Эксперименты проведены на котле ПТВМ -30М £ ходе его эксплуатации. Определено, что при плоскофакельных горелках,работающих на ПГ, где подача воздуха ведется в две ступени, содержание кислорода в УГ не снижается ниже значения Б % по общему.

В ходе эксперимента уменьшали до полного закрытия подачу вторичного воздуха, изменяли угол наклона лопаток первичного воздуха. Определялись скорости ЛГ и воздуха для каждой нагрузки, имевшей место в ходе эксперимента. Установлено:

-при нормальных условиях(заводской вариант) отношение скоростей ПГ и вт-го воздуха с увеличением нагрузки резко увеличивается; -для условий ■ использования плоскофакельных горелок определены соотношения скоростей ПГ и первичного воздуха, их влияния на условия сжигания. В третьей главг приведен анализ экспериментальных данных.Показано,

.и

3400

60

1=7.

А 1 \Л 651 Ц У 1 У I Ы

п ^

ч—I

Вторичный воздух

газовые горелки

КА57

N¿125

200

200

Размеры сечения вторичного воздала

а; 60*65 шш Ъ; 35*35 тт *

с; 25»65 тгп

З.*560 * 3400

Ряс; 2» • Расдодстеняе плоскойакедьяшг горелок в котле ПТШ-ЗОЦ;

что для норма.условий име т место резкое увеличение отношения скоростей ПГ и воздуха. Это ухудшает условия горения. В ходе эксперимента выявлено, что с увеличением угла лопаток первичного- воздуха (снижение турбулентности)смешение воздуха с ПГ резко ухудшилось. Появляется .СО и увеличивается его содержание. С увеличением нагрузки картина резко ухудшается. Определено,что с увеличением диаметра отверстия выхода ПГ с 5 до 6 мм .скорость ПГ при всех нагрузках не превышает максимально рекомендуемого значения 50 м/с. Отношение скоростей ПГ и воздуха при любых нагрузках одинакова, что стабилизирует условия горения. С другой стороны, регулирование подачи вторичного воздуха, необходимость которого доказана в ходе эксперимента в связи с модернизацией, позволяет осуществить автоматический пуск и работу горелок под управлением вычислительной машины. На основании анализа рекомендуется:

- снизить скорость ПГ с увеличением диаметра отверстия его подачи до 6 мм.При коэффициенте избытка первичного воздуха а=0,9 для всех нагрузок отношение скоростей остается 0,93;

- усилить турбулентность газов путем увеличения расхода потока содержащего окислитель для чего предлагается:

-. ввести рециркуляцию УГ; предвключить к котлу гвзотурбинную. установку (ГГУ). При этом отношение скоростей ПГ и потока, несущего первичный окислитель, остается близким к выше определенному оптимальному значению и равно 0,95.

На рис.3-6 приведены схемы и результаты исследований.

Phos 3

Расподояениа rasoeiix горелок в толке котла ПТШ^ЗОМ»

Ut°

S3

хЧчЧЧЧЧЧЧЧЧЧ кЧчЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ-

.^bmt.MííiíK-jj___apobUi._i«f/ií!

3

•I

-21_

■ï

МЧ\ЧЧ\\ЧЧ\\\^ jSNNSSSW

piioí

"^Ъсположекиа пучков груЯ между ряданя горелок;

13

Р*о;в

Отношввяе скорости природного гава и воадуха на входе топки!

Скорость

/отваротиИ ПГ-а 5 мм; жо|фф;наб;а: 1-го вовд. 0;9 /

В четвертой главе предлагается новая конструкция топочной камеры . Между рядами горелок располагаются экраны,подключенные к водянной системе котла.Лучевоспринимаодая поверхность увеличивается с 193 м2 на 310,8 м2.Конфигурация и размеры топочного объема изменяются. Проведен анализ работы котла ПТВМ -30М с новой конструкцией топки, который позволил установить следующее:

1.Тепло, передаваемое излучением увеличивается на 18%, мощность котла увеличивается на 28й, рис.7..

2.Средняя температура ДГ на выходе топки снижается с 814 С до 655 С.

3.Температура УГ на выходе котла уменьшается с 224 С до 125,5 С.

4.К.п.д. котла увеличивается с 88,6% до 92,4%, рис.8. Очевидно, что теплотехнические параметры котла с разделенной топкой выше, чем с обычной топкой при одинаковой мощности.

К.п.д.новой конструкции остается так™ же высоким при выявленном возможном повышении мощности. Срок окупаемости около 1,1 года.На рис.9 и в таблице I приведены результаты расчет в экономии в результате модернизации. Главное преимущество новой конструкции топки - повышение экономичности и увеличение мощности котла.

В этой же главе проводится сравнение двух вариантов модернизации водогрейного котла с целью увеличения мощности за счет конвективных поверхностей и за счет лучевоспринимагацих поверхностей. Показано что увеличение конвективных поверхностей требуется в три раза большим. Капиталовложения при этом увеличиваются в 4 раза.

Иаыенениа тепловой мощности водогрейного котда типа ПТВМ-ЗОМ /перед и пооде реконструкции/

Ш «1

(О' «

19

ш.юх

100Х

пт

см

ж

им

Обозначения: СМ- при средней мощности

НГ.1— при номинальной кощности Ш,!~ при иаксиыальнсй мощности

Н

(З.ИХ

Уп

ИШ

см нм мм

Рио.8 Иеиепапие кт:^ водогрейного котла типа ГПШ-ЗСГ.1 /перед к поола реконструкции/ 16

г

10

9

Рио; 6-,«Экономия тепла аа год при раевдх способов в^сплуатации

котла ПГОМ -ЗОМ.

Таблица.! '.Экономические показатели способов эксплуатация

котла ПТВМ -ЗОМ.

При вконом. (возд.подогр-) При разделения топки

I. МП Капиталовложение (Гдж.ед.) 5,0 (19753) 5,0 (19763)

2. Экономия тепла ГДж/год 9845 18399

3. Срок окупаемости год 2,0 1,07

17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Показана необходимость использования новых методов для улучшения работы, увеличения к.п.д. системы теплоснабжения: -оптимизация работы системы за счет динамического распределения нагрузок между параллельго работают™ оборудованием.Для условий • системы отопления г.Сексард это дает экономию 1,7% годового'Потребления топлива;

-углубление утилизации ВЭР использованием теплоты конденсации водяных паров УГ, частичным изменением структуры позволяет улучшить к.п.д. системы на 1,3%; -улучшение конструкции оборудования системы.

2.Исследована работа плоскофакельных горелок конструкции доктора Переди Карой.Установлены наилучшее значение коэффициента избытка первичного воздуха, равное 0,9, соотношение скоростей природного газа и первичного воздуха, близкое к 0,93, первичного

и вторичного воздуха.Это позволило автоматизировать работу горелок, снизить содержание кислорода в уходящих газах с 10% до 5%.

3.Эффективным способом повышения мощности водогрейных котлов является увеличение лучистой составляющей теплообмена (примерно на 18%) за счет установки в Топке дополнительных экранов в виде ширм (лучевоспрИнимаюцая поверхность растет на 60%).В итоге увеличивается на 27% мощность котла, снижаются почти в два раза потери с уходящими газами, что приводит к росту к.п.д. с 88,6 до 92,4%.Капиталовложения, необходимые для ликвидации дефицита мощности, снижаются в 4 раза в сравнении с модернизацией котлов и

увеличения их мощности за счет конвективной части поверхности нагрева, что особенно важно в условиях высоких банковских процентных ставок за кредиты.

4.Внедрение АСУ ТП котельной, осуществляющей автоматизированный пуск, останов котлоагрегатов, динамическое распределение нагрузки между котлами на базе персональной ЭВМ РС-АТ/386 с использованием характеристик котлоагрегатов, полученных в данной работе, учитывающих различные факторы, позволяет экономить до 2% топлива, снизить численность персонала на порядок.

5.Изменение структуры котельной введением утилизационных тепло-обменных аппаратов, в том числе и поверхностных теплообменников, позволяющих использовать теплоту конденсации водяных паров, понижая температуру уходящих газов до 40 градусов С,дает повышение к.п.д. до 2% при сроке окупаемости работ до I года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ.

1,Peter Janos: S^amitogepes adatgyujto rendszer Szekszardon.

Система собирателей измерительных данных вычислительными

машинами.Miskolc.Tavho ronferertcia 1991.с.103-116.

2,Peter JanosrGazdasagos kazanuzemeltetes S2ekszardon.

Экономическая работа паровых котлов в СексарДе.

Energiagazdalkodas,журнал Энергохозяйство 3/1993. С.102-106.

3,Peter Janos:Riserleti tapasztalatok kombusztoros foldgazegovel.

Опыты эксперимента с плоскофакелькыми горелками на природном газе. Семинария по технике сжигания.Мишкольс 1993. с.29-38.