Оценка эффективности утилизации теплоты дымовых газов котельной

Оценка эффективности утилизации теплоты дымовых газов котельной

А.В. Ениватов, И.Н. Артемов, И.А. Савонин

ФГБОУ ВО Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева,

Саранск

Аннотация: В данной статье приведены результаты экспериментального исследования глубокого охлаждения продуктов сгорания природного газа в конденсационном теплообменнике утилизаторе котельной корпуса №12 ФГБОУ ВО МГУ им. Н.П. Огарева. Тепловая схема котельной с утилизатором тепла дымовых газов обеспечивает максимальную продолжительного режима глубокого охлаждения. В результате исследования определены факторы оказывающее наибольшее влияние на эффективность теплообменника-утилизатора.

При кратковременных режимах работы котлоагрегатов в весенним и осеним периодах эффективность составляет более 3 %.

Ключевые слова: горелка, оптимизация режимов горения, теплоутилизатор, тепловая схема котельной, котлоагрегат, дымовые газы, конденсация, теплообменник, когенерационный режим, охлажденные газы.

Оптимизация топливоиспользования в котельной с помощью регенерации тепловой энергии дымовых газов за счет применения поверхностного конденсационного теплоутилизатора предполагает проведение испытаний на действующей котельной при различных режимах и получение экспериментальных зависимостей эффективности теплообменника -утилизатора.

В ходе теоретических исследований и инженерных расчетов получены, и выбраны основные узлы обвязки утилизатора тепла дымовых газов котельной. Тепловая схема котельной с утилизатором тепла дымовых газов смонтирована в соответствии с результатами анализа литературных источников информации, а также опыт эксплуатации котлоагрегатов [1-6].

Автономная котельная, принятая в качестве объекта исследования обеспечивает тепловой энергией на отопительные и ГВС цели учебный корпус №12, ФОК и гаражи ФГБОУ ВО "МГУ им. Н.П. Огарева". Тепловая схема блочная котельная с гидравлически открытым котловым контуром. Часть расчетного расхода теплоносителя с гидрораспределителя через трехходовой смесительный клапан сетевыми насосами подается в систему

и

отопления выше приведенных зданий. Другая часть расчетного расхода теплоносителя с гидрораспределителя через трехходовой смесительный клапан циркуляционным насосом подается в подогреватель горячей воды системы ГВС. Циркуляция контура котел-гидрораспределитель осуществляется котловыми насосами.

Функциональная схема экспериментальной установки показана на рис.1.

Рис. 1. - Функциональная схема экспериментальной установки К1 - котел водогрейный ELLPREX 420, К2 - горелка двухступенчатая RS38tl, КЗ - насос котловой TOP S50/7Dm, К4 - распределитель гидравлический, К5 - насос сетевой отопление DPL 40/130-2.2/2, К6 -теплообменник пластинчатый HH №4-TO 16-27-TL, К7 - насос рециркуляционный ГВС Wilo Star-Z 25/6, К8 - клапан трехходовой смесительный 3F65, К9 - насос сетевой ГВС TOP S 30/10 DM, К10 - кран трехходовой смесительный 3F40, К11 - утилизатор тепла уходящих газов, К12 - насос рециркуляционный, К13 - клапан трехходовой.

Горячая вода согласно тепловой схеме подогревается в пластинчатом теплообменном аппарате теплоносителем подающего трубопровода

поступающего с распределителя гидравлического на трехходовые смесительный клапан системы отопления и ГВС. Теплоноситель от потребителей тепловой энергии на отопительные цели и от подогревателя горячей воды системы ГВС подается по обратному трубопроводу в распределитель гидравлический. Температура теплоносителя после потребителей системы отопления согласно температурному графику. Температура теплоносителя после подогревателя горячей воды может изменятся от температуры теплоносителя в подающем трубопроводе распределителя гидравлического до температуры выше на 5 °С температуры холодной воды подаваемого в подогреватель, что составляет 20-25 °С. В связи с этим в тепловой схеме котельной с утилизатором тепла дымовых газов предусматривается установка трехходового клапана исполняющая функции управления отбора теплоносителя с наименьшей температурой. Это позволит подавать в контур утилизатора теплоты дымовых газов для организации их конденсации теплоноситель с наименьшей температурой не превышающей температуре теплоносителя поступающая от потребителей согласно температурного графика. При этом, чем больше расход горячей воды потребителем на ГВС тем ниже температура и тем выше эффективность утилизатора.

Основным агрегатом входящий в экспериментальную установку являет утилизатор тепла дымовых газов рис. 2. Рекуперативный теплообменный аппарат расчетной мощностью 60-80 кВт выполнен в виде трубы квадратного сечения с размещенными во внутренней полости змеевикового типа теплообменниками-секциями, перегородками, газоходами и завихрителями способствующие интенсификации теплопередачи от газов к стенке трубопроводной поверхности.

Рис. 2. - Общий вид экспериментального теплообменника - утилизатора Результаты экспериментальных исследований параметров (расход, температура) теплоносителя на входе и выходе в утилизатор тепла дымовых газов для режима с минимальными и максимальными параметрами теплоносителя представлены на рис. 3 - 5. График изменения температуры теплоносителя на обратном и подающем трубопроводах на вводе и выходе в утилизатор тепла дымовых газов по двум режимам рис. 3; график динамики расхода теплоносителя через утилизатор тепла дымовых газов рис. 4; график тепловой мощности утилизатора тепла дымовых газов рис. 5. Оценка эффективности реализации проектов по глубокой утилизации тепла дымовых газов необходимо осуществлять при длительной эксплуатации в режимах погодного регулирования работы котельной [7].

N Инженерный вестник Дона, №4 (2018) iYdon.m/ш/magazine/archive/n4y2018/5223

: :   *— —-С"

V

%

--К__

Длительность эксперимента, точек. •—•——♦ на выходе № утилизатора тепла дымовых шов

 • на выходе т утилшагора тепла дымовых газов

•  на входе в утилизатор тепла дымовых газов

Рис. 3. - Температура теплоносителя на входе и выходе утилизатора

тепла дымовых газов

0 1 0 1 5 2 [1 2 5

Длительность эксперимента, точек-.

расход теплоносителя, мЗ/ч, череп утилизатор тепла дымовых гллов

Рис. 4. - Расход теплоносителя через утилизатор тепла дымовых газов

N Инженерный вестник Дона, №4 (2018) iYdon.m/ш/magazine/archive/n4y2018/5223

[ / \ \

/ \ \__ X

у . У V

\ \

\ \ /

V, _У

Продолжительность эксперимента, мин.

• • • • Выработанная в периоде измерения тепловая мощность котельной

• •  Нм|}ц[)

Рис. 5. - Тепловая мощность утилизации тепла дымовых газов Как следует из графика рис. 3 температура теплоносителя на входе и выходе утилизатора тепла дымовых газов в режимах с минимальным и максимальным расходом теплоносителя разного уровня. При работе утилизатора тепла при минимальном расходе и котлоагрегата в режиме поочередного «большого и малого горения» температура теплоносителя на выходе из утилизатора стабилизируется на уровне 40-42 °С при стабильной температуре на входе в утилизатор в 30-32 °С. Температура в среднем за период эксперимента составляет соответственно на входе - 31,92 °С и выходе из УТДГ - 44,03 °С. Разность температур в среднем за период эксперимента составляет 12,11 °С.

При работе утилизатора тепла при максимальном расходе теплоносителя и котлоагрегата в режиме поочередного «большого и малого горения», за период эксперимента, температура теплоносителя на выходе из утилизатора стабильно возрастает с 56,5 °С до 62,5 °С при аналогичном изменении

температуры на входе в УТДГ. Температура в среднем за период эксперимента составляет соответственно на входе - 58,3 °С и выходе из УТДГ - 58,87 °С. Разность температур в среднем за период эксперимента составляет 0,57 °С.

Минимальный и максимальный расход теплоносителя через утилизатор тепла дымовых газов соответственно составляет (среднее значение за период

3 3

измерения) 0,393 м /ч и 2,939 м /ч. Согласно графика представленным на рисунке 4 расход за период измерения стабильна.

При относительно соизмеримой тепловой нагрузки котельной в периодах испытаний и ее работы в поочередном режиме большого и малого горения отбор тепловой энергии в утилизаторе тепла дымовых газов осуществлялся при отличных параметрах теплоносителя на входе. Тепловая мощность утилизации теплоты дымовых газов в среднем за периода измерения соответственно составляют: в первом режиме при минимальных значения расхода и температуры теплоносителя - 5,396 кВт и 1,883 кВт. Средняя тепловая мощность котла в период проведения эксперимента, при расходе

33

газа за периоды измерения 3 м и 4 м составляет соответственно 153,93 кВт и 149,26 кВт. Доля тепловой энергии полученной при измерении в утилизаторе тепла дымовых газов соответственно в режиме с минимальным и максимальным расходом теплоносителя через утилизатор составляет 3,49 % и 1,33 %.

Литература

1. Ениватов А.В., Артемов И.Н., Савонин И.А. Оптимизация тепловой схемы котельной с утилизатором тепла дымовых газов // Инженерный вестник Дона, 2018, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2018/4746.

2. Бойко Е. А., Шпиков А. А. - Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов). В

данное справочное пособие ... котельных агрегатов). - КГТУ, Красноярск, 2003. - 230 с.

3. Артемов И.Н., Ениватов А.В., Артемова Е.А., Лазарев А.А., Лазарев В.А. Эффективность применения в котельных устройства утилизации теплоты уходящих газов на примере котельной № 3 г. Спасска Пензенской области. Международная научно-техническая конференция. «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» Саранск, 2016. С. 164-167.

4. Артемов И.Н., Артемова Е.А. Наиболее полное использование теплоты уходящих газов котлоагрегатов. Международная научно-техническая конференция. «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» 2014. С. 126-129.

5. Лысяков А.И., Артемов И.Н., Ениватов А.И., Зинкин Д.А., Цыцарева Е.И. Анализ отклонений основных параметров работы котлоагрегатов в период эксплуатации. Международная научно-техническая конференция. «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» Саранск: 2013. С. 215-221.

6. Гаряев А.Б. Исследование распределения температур и энтальпий теплоносителей в поверхностных конденсационных утилизаторах / А.Б. Гаряев // Теплоэнергетика. - 2005. №7. С. 55-59.

7. Левцев А.П., Кручинкина О.А., Ениватов А.В. Экспресс-оценка эффективности функционирования систем централизованного теплоснабжения Вестник НИИ гуманитарных наук при Правительстве Республики Мордовия. 2015. № 1 (33). С. 79-88.

8. Ефимов А.Ю., Фролов А. А. Эффективность применения теплоутилизатора тепла дымовых газов на котельных малой мощности // Инженерный вестник Дона, 2018, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4869.

9. Industrial Waste Heat Recovery Industrial Energy Round Table Kathey Ferland Texas Industries of the Future Riyaz Papar, Hudson Technologies Co. September 21, 2006. Hudson Technologies Combustion & Energy systems LTD. рр. 23-29.

10. Panov A.V. Phase-frequency characteristics of capacitive heat exchanger with an active pipe part // Components of scientific and technological progress. № 3(18) 2013. рр. 24-31.

References

1. Enivatov A.V., Artemov I.N., Savonin I.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2018, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2018/4746. 2. Boyko Ye. A., Shpikov A. A. Kotel'nyye ustanovki i parogeneratory [konstruktsionnyye kharakteristiki energeticheskikh kotel'nykh agregatov] [Boiler installations and steam generators]. V dannoye spravochnoye posobiye kotel'nykh agregatov). KGTU, Krasnoyarsk, 2003. 230 p.

3. Artemov I.N., Enivatov A.V., Artemova E.A., Lazarev A.A., Lazarev V.A. Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferenciya. «Energoehffektivnye I resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy» Saransk, 2016. pp. 164-167.

4. Artemov I.N., Artemova E.A. Mezhdunarodnaya nauchno tekhnicheskaya konferenciya. «EHnergoehffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy» 2014. pp. 126 -129.

5. Lysyakov A.I., Artemov I.N., Enivatov A.I., Zinkin D.A., Cycareva E.I. Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferenciya. «EHnergoehffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy» Saransk: 2013. pp. 215-221.

6. Garyayev A.B. Teploenergetika. 2005. №7. pp. 55-59.

7. Levtsev A.P., Kruchinkina O.A., Yenivatov A.V. Vestnik NII gumanitarnykh nauk pri Pravitel'stve Respubliki Mordoviya. 2015. № 1 (33). pp. 79-88.

8. Yefimov A.Y, Frolov A.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4869.

9. Industrial Waste Heat Recovery Industrial Energy RoundTable Kathey Ferland Texas Industries of the Future Riyaz Papar, Hudson Technologies Co. September 21, 2006. Hudson Technologies Combustion & Energy systems LTD. рр 23-29.

10. Panov A.V. Components of scientific and technological progress. № 3(18) 2013. рр. 24-31.