Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Энергетика
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 320
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
Дополнительное профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-011155-1
ISBN-онлайн: 978-5-16-103236-7
Артикул: 382300.09.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Рассмотрены вопросы энергосбережения в теплоэнергетических установках. Представлены результаты экспериментальных исследований, математические модели тепло- и массообменных процессов, методики теплотехнических расчетов теплообменников различного назначения. Обобщены данные экспериментально-теоретических разработок в области создания новых тепловых схем котельных установок, конструкций вращающихся регенеративных воздухоподогревателей и вакуумных деаэраторов, совершенствования тепломеханического оборудования паротурбинных ТЭС.
Предназначена для преподавателей, аспирантов и студентов теплоэнергетических специальностей вузов, будет полезна инженерно-техническим работникам энергетической промышленности.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.01: Теплоэнергетика и теплотехника
- ВО - Магистратура
- 13.04.01: Теплоэнергетика и теплотехника
ГРНТИ:
Только для владельцев печатной версии книги: чтобы получить доступ к дополнительным материалам, пожалуйста, введите последнее слово на странице №167 Вашего печатного экземпляра.
Ввести кодовое слово
ошибка
-
Приложения.pdf
Скопировать запись
Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения, 2024, 382300.10.01
Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения, 2021, 382300.07.01
Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения, 2020, 382300.05.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Москва ИНФРА-М 202ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В КОТЕЛЬНЫХ В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ ТЭС УСТАНОВКАХ ТЭС И СИСТЕМ И СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß À.À. ÊÓÄÈÍÎÂ, Ñ.Ê. ÇÈÃÀÍØÈÍÀ À.À. ÊÓÄÈÍÎÂ, Ñ.Ê. ÇÈÃÀÍØÈÍÀ
Кудинов А.А. Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения : монография / А.А. Кудинов, С.К. Зиганшина. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 320 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/ 11565. ISBN 978-5-16-011155-1 (print) ISBN 978-5-16-103236-7 (online) Рассмотрены вопросы энергосбережения в теплоэнергетических уста новках. Представлены результаты экспериментальных исследований, математические модели тепло- и массообменных процессов, методики теплотехнических расчетов теплообменников различного назначения. Обобщены данные экспериментально-теоретических разработок в области создания новых тепловых схем котельных установок, конструкций вращающихся регенеративных воздухоподогревателей и вакуумных деаэраторов, совершенствования тепломеханического оборудования паротурбинных ТЭС. Предназначена для преподавателей, аспирантов и студентов теплоэнер гетических специальностей вузов, будет полезна инженерно-техническим работникам энергетической промышленности. УДК 621.1(075.4) ББК 31.38 УДК 621.1(075.4) ББК 31.38 К88 ISBN 978-5-16-011155-1 (print) ISBN 978-5-16-103236-7 (online) К88 Подписано в печать 14.01.2023. Формат 6090/16. Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 20,0. ППТ20. Заказ № 00000 ТК 382300-1971047-250615 ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1 Р е ц е н з е н т ы: А.И. Щелоков — зав. кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» Самарского государственного технического университета, д-р техн. наук, профессор; А.Г. Салов — профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» Самарского государственного архитектурно-строительного университета, д-р техн. наук, доцент © Кудинов А.А., Зиганшина С.К., 2016 Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 Материалы, отмеченные знаком , доступны в электронно-библиотечной системе Znanium
ВВЕДЕНИЕ Развитие энергетики в настоящее время характеризуется значи тельно возросшей стоимостью органического топлива и других природных ресурсов, а также постоянно возрастающими трудностями охраны окружающей среды от воздействия энергоустановок, ТЭС и промышленных предприятий. Для снижения себестоимости тепловой и электрической энергии особое внимание уделяется малозатратным технологиям, которые могут быть внедрены в кратчайшие сроки. К ним относятся технологии повышения экономичности котельных установок и тепломеханического оборудования ТЭС и систем теплоснабжения путем использования вторичных энергоресурсов. Содержание монографии изложено в 10 главах, скомпонованных в 3-х частях. В 1 и 2 главах приводится обзор состояния проблемы в области энергосбережения в котельных установках за счет глубокого охлаждения газов, утилизации воды непрерывной продувки барабанных котлов и повышения экономичности ТЭС. Дано описание конструкций конденсационных теплоутилизаторов (КТ) различного типа. В 3 и 4 главах представлены результаты натурных испытаний КТ, выполненного на базе биметаллического калорифера КСк-4-11 и установленного за котлом ДЕ-10-14 ГМ Ульяновской ТЭЦ-3. Приведены математические модели тепло- и массообменных процессов, при охлаждении уходящих газов ниже точки росы. Получены критериальное уравнение теплоотдачи в КТ поверхностного типа и аналитические зависимости, позволяющие устанавливать условия надежной защиты наружных газоходов и дымовых труб от гидратной коррозии методом байпасирования части неохлажденных продуктов сгорания. Приведены методики тепловых расчетов конденсационных теплоутилизаторов поверхностного и контактного типов. Результаты разработок внедрены на Ульяновской ТЭЦ-3. В 5 и 6 главах рассматриваются задачи повышения эффективности использования топлива в котельных установках за счет использования вторичных энергоресурсов. Представлены методики расчетов расхода 3
конденсата водяных паров из продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы, потерь с непрерывной продувкой барабанных котлов, обобщены результаты обследований паровых котлов ООО “Самараоргсинтез”, энергетических котлов Безымянской ТЭЦ и Саранской ТЭЦ-2. В 7, 8 и 9 главах описаны способы повышения экономичности ТЭС путем использования теплоты вентилируемого воздуха дымовых труб и отработавшего в турбине пара, приведены результаты реконструкции и натурных испытаний вакуумного деаэратора ДВ-800 на Самарской ТЭЦ, разработок и внедрения вакуумно-кавитационного деаэратора на центральной отопительной котельной Самарской ГРЭС. В 10 главе описаны результаты разработок в области создания эф фективных теплообменных поверхностей и конструкций вращающихся РВП, устанавливаемых за энергетическими котлами. Теоретические разработки, представленные в монографии, выпол нены авторами самостоятельно. Экспериментальные исследования КТ поверхностного типа на Ульяновской ТЭЦ-3 выполнены совместно с главным инженером В.А. Антоновым и начальником ПТО Ю.Н. Алексеевым. Реконструкция вакуумного деаэратора ДВ-800 на Самарской ТЭЦ проводилась совместно с начальником КТЦ Ю.С. Панамаревым и инженером Д.В. Кожиным. Авторы выражают им свою глубокую признательность. Обследования тепломеханического оборудования ТЭЦ Волжской ТГК и ОАО “Мордовэнерго” были произведены при выполнении плановых НИР СамГТУ в соответствии с Программой энергетических обследований предприятий РАО “ЕЭС России”. Настоящее издание разработано на кафедре «Тепловые электрические станции» Самарского государственного технического университета. Авторы будут благодарны за критические замечания и пожелания, которые просим направлять по адресу: 127282, Москва, Полярная ул., 31В, стр. 1, ООО “Издательство ИНФРА-М”.
Часть I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ Глава 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 1.1. Состояние проблемы в области энергосбережения в котельных установках за счет использования теплоты уходящих газов Газифицированные котельные имеют сравнительно высокие тех нико-экономические показатели в связи с отсутствием при сжигании природного газа потерь теплоты в результате механической неполноты сгорания, близостью к нулю химической неполноты сгорания и весьма небольшой потерей теплоты в окружающую среду. Потери теплоты с уходящими газами значительны и в котлах без хвостовых поверхностей могут достигать 25%. При номинальной нагрузке газомазутных паровых котлов типа ДЕ температура уходящих продуктов сгорания за экономайзером при работе на газе составляет 140–160 С, а на мазуте – 170–190 С. У водогрейных газомазутных котлов эта температура еще выше: соответственно 140–190 и 180–230 С. Снижение температуры уходящих газов – главный путь повышения использования топлива. В связи с этим все большее распространение получают конденса ционные теплоутилизаторы (КТ) контактного и поверхностного типов, позволяющие охлаждать уходящие дымовые газы ниже точки росы и дополнительно полезно использовать скрытую теплоту конденсации содержащихся в продуктах сгорания водяных паров [5, 162]. Точка росы продуктов сгорания природного газа при ух α = 1,25– 1,35 равна 55,3–54 С. Эффективность применения КТ для утилизации теплоты продук тов сгорания природного газа объясняется повышенным содержанием в них водяных паров и высоким качеством выделяющегося из продуктов сгорания конденсата (обессоленной воды). Этот конденсат после дегазации (удаления растворенных в нем СО2 и О2) может использоваться в качестве питательной воды котлов и (или) подпиточ 5
ной воды системы теплоснабжения [5, 8, 22, 24, 154]. Это направление научных исследований является приоритетным в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации № 1715-р от 13 ноября 2009 г. Известно, что контактные (смесительные) теплообменники широ ко применяются в промышленности и энергетике (скруббера, абсорбционные и ректификационные колонны, градирни и др.). Их широкое распространение объясняется простотой конструкции, малым расходом металла, относительно высокой интенсивностью теплообмена. По конструктивным особенностям контактные теплоутилизаторы можно разделить на три основные группы: насадочные, полые и типа КТАН (контактный теплообменник с активной насадкой). Принципиальные схемы этих теплообменников представлены на рис. 1.1. В насадочном теплообменнике уходящие газы нагревают жид кость, стекающую по насадке (рис. 1.1, а). Теплоутилизаторы такого типа получили наибольшее распространение на практике. Основным элементом, определяющим интенсивность процессов тепло- и массообмена в таком аппарате, является теплообменная насадка, в качестве которой чаще всего используется засыпка из керамических колец Рашига. В этих теплообменниках дымовые газы и жидкость, как правило, движутся противотоком. Общим преимуществом насадочных контактных теплообменников является простота изготовления и высокая тепловая эффективность. К недостаткам можно отнести: 1) возможность нагревания воды только до температуры мокрого Рис. 1.1. Схемы контактных теплообменников: а – с насадкой; б – без насадки; в – с “активной” насадкой (КТАН); 1 – каплеуловитель; 2 – ороситель; 3 – теплообменная насадка; 4 – поддон; 5 – насос а б в 2 3 1 2 5 5 1 2 3 4 4 4 1 5 6
термометра, примерно равной температуре кипения воды при парциальном давлении паров в дымовых газах; 2) высокое аэродинамическое сопротивление (300–1700 Па); 3) существенную зависимость аэродинамического сопротивления от плотности орошения, что усложняет эксплуатацию этих теплообменных аппаратов при работе в переменных режимах; 4) небольшую предельную скорость движения газов (1–2,5 м/с), обусловливающую увеличение габаритов; 5) высокую вероятность влагоуноса, усложняющую эксплуата цию газоходов, дымососов и дымовых труб. Меньшее распространение получили полые контактные теплооб менные аппараты (рис. 1.1, б), в которых основным элементом, обеспечивающим развитую поверхность контакта газов с жидкостью, являются форсунки механического распыливания или другие оросители. От характеристик и расположения последних зависят дисперсность, равномерность распространения и, в конечном счете, интенсивность процессов тепло- и массообмена. Полые контактные теплообменники отличаются от насадочных следующими преимуществами: 1) простотой конструкции (отсутствием насадки); 2) низким аэродинамическим сопротивлением (не более 100–200 Па), слабо зависящим от плотности орошения; 3) более высокими скоростями газов (2,5–3 м/с). Полые контактные теплообменники не находят широкого приме нения в качестве утилизаторов теплоты уходящих газов из-за их низкой тепловой эффективности, обусловленной малым временем контакта теплоносителей. Контактные теплообменники с активной насадкой (КТАНы) (рис. 1.1, в) разработаны позднее насадочных и полых контактных теплообменников. Основное отличие КТАНа от обычного теплообменника с насадкой заключается в том, что исходная вода подогревается уходящими газами в активной насадке – пучке труб диаметром 20–30 мм, который орошается циркулирующей водой. Тепловая эффективность таких аппаратов зависит от интенсивности процессов тепло- и массообмена между газами и орошающей жидкостью, а также от интенсивности процесса теплообмена между орошающей жидкостью и жидкостью, проходящей в трубном пучке. 7
Анализ публикаций показывает, что КТАНы сочетают как пре имущества, так и недостатки насадочных и полых контактных теплообменников. К преимуществам можно отнести: 1) повышение скорости движения газов (до 6–10 м/с); 2) относительно низкое аэродинамическое сопротивление (300– 700 Па); 3) отсутствие контакта газов с нагреваемой водой, что снимает ограничения по ее качеству. Вместе с тем КТАНы имеют следующие недостатки: 1) не обеспечивают нагревание жидкости до температуры выше температуры мокрого термометра; 2) холодная вода, орошающая змеевик, в верхней зоне охлаждает нагреваемую воду; 3) уступают теплообменникам с насадкой по коэффициенту ис пользования тепла уходящих газов; 4) в этих теплообменниках имеется вероятность влагоуноса ды мовыми газами. Краткий обзор научных работ по разработке и внедрению кон тактных экономайзеров с пассивной насадкой приведен в [5]. В частности отмечено, что еще в 1929 г. профессор А.К. Сильницкий предложил и осуществил установку контактного водяного экономайзера. Позднее разработкой контактных экономайзеров занимались сотрудники Ленинградской конторы Оргэнерго Л.С. Горович, Б.Н. Николаевский и др. Профессор Г.К. Филоненко предложил в 1938 г. конструкцию контактного теплоутилизатора для сушильных установок. Однако предложенные в то время конструкции теплоутилизато ров-экономайзеров работали на продуктах сгорания твердого топлива и не получили распространения из-за плохого качества получаемой воды (до 1939 г. в СССР природный газ почти не добывался). В послевоенные годы вопросами теории взаимодействия уходя щих дымовых газов и воды занимался доцент института энергетики БССР Г.Б. Пекелис. Применительно к промышленным установкам М.Б. Равичем пред ложена весьма перспективная и уже в течение многих лет внедряемая на предприятиях схема комплексного ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания, предусматривающая в качестве последней ступени глубокое охлаждение дымовых газов в контактных экономайзерах. 8
Систематическая работа по конструированию контактных эконо майзеров, их исследованию и внедрению с 1957 г. осуществляется в научно-исследовательском институте санитарной техники и оборудования зданий и сооружений (НИИСТ) г. Киева. В период с 1957-1960 гг. НИИСТ разработал конструкцию экономайзера, проверил ее в полупромышленных условиях (Киевский пивзавод № 1) и на опытнопромышленной установке (Соломенский банно-прачечный комбинат г. Киева). Позднее контактные экономайзеры были запроектированы и внедрены НИИСТ на ряде предприятий УССР, работы проводились под руководством профессора Б.Н. Лобаева и к.т.н. И.З. Аронова. В период 1961-1965 гг. Промэнерго запроектированы и сооруже ны установки экономайзеров на ряде предприятий г. Москвы (Тишино-Сокольнической красильно-отделочной фабрике, Электроламповом заводе, Кунцевской ткацко-отделочной фабрике, Краснохолмском камвольном комбинате). Глубокое охлаждение продуктов сгорания природного газа в промышленных топливоиспользующих установках и особенно в энергетике – наиболее эффективный путь экономии газа. Именно это направление начало усиленно развиваться в странах Западной Европы и США в начале 70-х годов, когда в зарубежных странах начался топливный кризис. На XIII конгрессе МИРЭК (г. Ленинград, 1987 г.) глубокое охлаждение продуктов сгорания признано одним из наиболее важных энергосберегающих методов. Конструкции, принцип работы, методика расчета и результаты эксплуатации контактных теплоутилизаторов с пассивной насадкой полно описаны в работе И.З. Аронова [5]. Однако в настоящее время созданы новые конструкции контактных теплообменников различного назначения, разработаны схемы и типовые проекты их установки, внедряются конструкции блочных контактно-поверхностных экономайзеров, контактных теплообменников с активной насадкой и компактных конденсационных поверхностных теплоутилизаторов для глубокого охлаждения дымовых газов ниже точки росы. В связи с этим проанализируем и сопоставим преимущества и недостатки контактных, контактно-поверхностных и поверхностных конденсационных теплообменников (экономайзеров), определим наиболее рациональные области их применения. Контактные экономайзеры, установленные за энергетическими 9
котлами, прошли более детальные испытания, чем экономайзеры в промышленных котельных [5]. В 1978 г. службой наладки Мосэнерго совместно с персоналом Московской ГЭС-I были проведены испытания наиболее крупного контактного экономайзера, установленного за котлами № 6 и № 7 [186]. Средняя температура дымовых газов на входе в экономайзер равнялась 150–160 С, а на выходе из него – 40–50 С, температура газов в дымовой трубе поддерживалась на уровне 95–110 С. Максимальная теплопроизводительность экономайзера, составляющая 8 Гкал/ч, была достигнута при начальной температуре воды 2 С и конечной 38 С. Экономайзер был установлен на напорной стороне дымососа. С целью увеличения тяги повышалась частота вращения дымососа с 730 до 960 об/мин при соответствующей реконструкции двигателя. Затраты на установку экономайзера на Московской ГЭС-I окупились за 4 месяца. Испытания экономайзеров на Первоуральской ТЭЦ показали, что с увеличением нагрузки котла теплопроизводительность экономайзера растет, особенно если при этом сохраняется неизменным соотношение паропроизводительности котла и расхода воды на экономайзер. Так, с увеличением паровой нагрузки котла с 50 до 70 т/ч, т.е. на 40%, теплопроизводительность экономайзера возросла с 2,6 до 4,7 Гкал/ч, т.е. на 80% [5]. В экономайзерах Первоуральской ТЭЦ использованы насадки из керамических колец Рашига типа КК 80808 мм, правильно уложенные рядами, высота слоя колец – 2,0–2,5 м. Аэродинамическое сопротивление экономайзеров составляло от 110 до 180 мм вод. ст., при этом не потребовалось замены дымососов. Теплотехнические испытания экономайзера на Челябинской ГРЭС проводились Челябэнерго в разное время года. Было установлено, что снижение температуры воды на входе в экономайзер приводит к заметному повышению его теплопроизводительности в результате снижения температуры и влагосодержания уходящих газов. Теплопроизводительность экономайзера возрастает с увеличением нагрузки котла. Результаты теплотехнических испытаний контактных экономай зеров на Бердичевской электростанции и на ТЭЦ одного из промышленных предприятий Украины приведены в [5]. Было установлено, что при использовании кольцевых насадок КК 25253 мм аэроди 10
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти