Підвищення енергоефективності парогенераторів малої і середньої потужності в котельних установках м’ясопереробних підприємств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет харчових технологій

National University of Food Technologies

Підвищення енергоефективності парогенераторів малої і середньої потужності в котельних установках м'ясопереробних підприємств

Improving the energy efficiency of steam generators of low and medium power boiler equipment of meat processing plants

В.І. Павелко, С.І. Глиняний (V. Pavelko, S. Hlynianyi)

Abstract

In the article substantiates the expediency of modernization of steam generators of small and medium power, which are used in most industrial boilers of meat processing enterprises in Ukraine. The design and principles of operation of the economizer and air heater for steam generator of DE-25/14 type are presented in this paper. The results of the feasibility of calculating the efficiency of the reconstruction of the tail part of the steam generator DE- 25/14 under service conditions in CHP plants (industrial boilers) of meat processing enterprises are displayed.

Key words: Modernization Efficiency Economizer Air heater

Article history:

Received 04.11.2016 Received in revised form 25.11.2016 Accepted 20.12.2016

Corresponding author: V. Pavelko E-mail: npnuht@ukr.net

Анотація

У статті обґрунтовано доцільність модернізації парогенераторів малої та середньої потужності, якими оснащені промислові котельні більшості м'ясопереробних підприємств України. Описано конструкцію та принцип роботи економайзера-повітропідігрівника для парогенератора типу ДЕ-25/14. Наведено результати техніко-економічного розрахунку ефективності реконструкції хвостової частини парогенератора ДЕ-25/14 в умовах експлуатації його в ТЕЦ (промислових котельнях) м'ясопереробних підприємств.

Ключові слова: модернізація, ефективність, економайзер, повітропідігрівник.

Постановка проблеми. Переважна більшість промислових котелень м'ясопереробних підприємств України оснащена парогенераторами малої та середньої потужності типу ДЕ-25/14, ДКВР-4(6,5)/13 та їх аналогами, які були впроваджені в промисловості щонайменше 30--35 років тому. Тоді, через низькі ціни на первинні енергоносії, насамперед на природний газ, питання енергозбереження не було пріоритетним, а про підвищення енерго-ефективності теплоенергетичного обладнання навіть не йшлося. Сьогодні, в умовах стрімкого підвищення цін на енергоносії, постало питання значного зменшення споживання, передусім природного газу, і підвищення енергетичної ефективності всіх галузей промисловості, в тому числі і м'ясопереробної, де споживання енергоносіїв є значним [1].

Мета статті: розробити методику теплового розрахунку термосифонного економайзера-повітропідігрівника, особливістю якої є необхідність визначення температури проміжного теплоносія і коефіцієнтів тепловіддачі при кипінні та конденсації в порожнині термосифонів, а також здійснити перевірку термосифонів на критичні теплові навантаження.

Підвищення енергоефективності теплоенергетичного обладнання можна здійснити або заміною неекономічного (морально і фізично застарілого) обладнання на сучасне, або модернізацією існуючого обладнання шляхом впровадження енергозберігаючих технологій, зокрема установки сучасних високоефективних теплоутилізаторів викидних потоків теплоти. Оскільки грошові витрати на перший варіант в порівнянні з другим є значно більшим і, очевидно, що в більшості випадків такий варіант не є прийнятним і можливим в умовах сьогодення, вважаємо, що на пріоритет заслуговує другий варіант. Нижче наводимо приклад розробленого нами варіанта реконструкції хвостової частини парогенератора типу ДЕ-25/14 і результати техніко-економічного розрахунку ефективності впровадження енергозберігаючої технології.

На рис. 1 представлені схема установки термосифонного теплообмінника (економайзера-повітропідігрівника) у хвостовій частині парогенератора ДЕ-25/14 та компонувальна схема котла ДЕ-25 з термосифонним економайзером-повітропідігрівником для остаточного підігрівання повітря. парогенератор котельня м'ясопереробний

Термосифонний економайзер-повітропідігрівник працює таким чином: димові гази котельного агрегата омивають зони кипіння 4 термосифонів 1 у газоході 5, передаючи теплоту проміжному теплоносію 3, що кипить усередині. Пара надходить до зони конденсації 10 термосифонів, де конденсується, а теплота конденсації передається живильній воді, що проходить у кільцевих каналах усередині вертикальних труб 8. Частина теплоти від живильної води передається повітрю, що омиває вертикальні труби 8 зовні. При цьому відсутній безпосередній контакт стінки труб, які омиваються холодним повітрям, з димовим газами, що виключає можливість виникнення їх низькотемпературної корозії. Крім того, передача теплоти від димових газів до живильної води здійснюється за допомогою проміжного теплоносія, що дозволяє підвищити температуру стінки термосифона та знизити інтенсивність її руйнування через низькотемпературну корозію.

Рис. 1. Схема установки термосифонного теплообмінника: а) схема установки термосифонного теплообмінника (економайзера-повітропідігрівника) у хвостовій частині парогенератора ДЕ-25/14; б) компонувальна схема котла ДЕ-25 з термосифонним економайзером-повітропідігрівником для остаточного підігрівання повітря

Розроблений термосифонний економайзер-повітропідігрівник відрізняється від традиційних конструкцій надійністю роботи завдяки:

- автономності роботи кожного термосифона, які не зв'язані між собою, а отже, руйнування стінки термосифона -- це лише часткова відмова, яка не призводить до повної відмови пристрою;

- відсутності згинів труб, де найчастіше відбувається інтенсивний знос їх стінок, що не тільки підвищує надійність конструкції пристрою, але й зменшує трудомісткість його виготовлення;

- відсутності безпосереднього контакту стінки труб, які омиваються холодним повітрям, з димовими газами, що виключає можливість виникнення її низькотемпературної корозії;

- застосуванню проміжного теплоносія, що дозволяє підвищити температуру стінки термосифона та знизити інтенсивність її корозійного руйнування внаслідок низькотемпературної корозії;

- встановленню термосифонів у трубній дошці за допомогою роз'ємних з'єднань, що дозволяє легко виконувати їх заміну;

- консольного в одній точці кріплення термосифонів у трубній дошці, що дає змогу виключити термічні напруження внаслідок їх температурних розширень.

Крім того, забезпечується зменшення масогабаритних показників за рахунок об'єднання в одному пристрої двох функцій: підігрівання повітря і живильної води та можливості застосування оребрених поверхонь нагріву, а також підвищення ККД котла внаслідок виключення присосів повітря до газоходу.

Термосифонний економайзер-повітропідігрівник може бути використаний для підігрівання повітря як остаточного, так і попереднього для захисту основного повітропідігрівника (замість парового калорифера) та живильної води в котельних агрегатах малої потужності.

Тепловий розрахунок термосифонного економайзера-повітропідігрівника виконується як конструктивний з метою визначення його поверхонь нагріву в зонах кипіння та конденсації термосифонів, а також поверхні для нагріву повітря, що забезпечують зниження температури димових газів до прийнятої при складанні теплового балансу котла. Вибираються тип пучка, діаметр термосифонів, довжини зон кипіння та конденсації, кількість термосифонів у ряді та кількість рядів, поперечний і поздовжній кроки. При цьому швидкість димових газів має знаходитися у межах 6...8 м/с, а при спалюванні багатозольних палив для запобігання занесенню золою поверхні нагріву швидкість газів слід підвищити до 9.10 м/с. Рекомендується вибирати шаховий пучок при спалюванні газоподібного палива, а коридорний -- для мазуту та багатозольних твердих палив для забезпечення можливості ефективного очищення. Правильність компонування поверхонь нагріву перевіряється аеродинамічним розрахунком термосифонного економайзера-повітропідігрівника: опір пучка термосифонів у зоні кипіння не має перевищувати 400 Па, а поверхні для нагріву повітря 300 Па.

Довжина термосифонів розробленого економайзера-повітропідігрівника складає 5 м: зони кипіння термосифонів 3,6 м, зони конденсації 1,4 м, а відношення довжини термосифонів до їх діаметра l/d = 156. З метою перевірки працездатності й теплової ефективності термосифонів великої довжини з l/d > 100 в режимних умовах, характерних для низькотемпературних поверхонь нагріву котлів малої потужності (максимальна температура димових газів 420 °С), виконані експериментальні дослідження. Робоча ділянка термосифона виготовлена з труби діаметром 32^2 мм (матеріал ст. 20) з декількох частин довжиною 2 м кожна, з'єднаних між собою, що дозволяло змінювати її довжину від 2 до 6 м. При цьому довжина зони конденсації складала 1,3 м. Термосифон сприймав теплоту від гарячого повітря, температура якого змінювалася від 150 до 420 °С, а швидкість -- від 8 до 10 м/с. Конденсаційна зона термосифона охолоджувалася водою, швидкість якої була в межах 0,3...0,5 м/с, а температура 10...60 ° С. Ступінь заповнення термосифонів складав 25%. Отримано результати досліджень у вигляді залежності теплової потужності, що передається термосифоном, від температури повітря на вході для різних режимів охолодження зони конденсації (температур води їв). Аналіз результатів показав, що в досліджуваному інтервалі геометричних і режимних параметрів термосифони зберігають працездатність, а їх теплова потужність змінюється від 1,4 до 5,9 кВт.

Результати і обговорення. В табл. 1 наведені вихідні дані і деякі результати теплового розрахунку термосифонного економайзера-повітропідігрівника.

Таблиця 1. Результати теплового розрахунку термосифонного економайзера-повітропідігрівника для котельного агрегата ДЕ-25

Метою проведення техніко-економічного розрахунку було визначення економічної доцільності реконструкції хвостової частини парогенератора ДЕ-25/14 шляхом порівняння вигод, що очікуються (реальні грошові потоки) з витратами, які є загальною сумою інвестиційних витрат, необхідних для реалізації проекту.

Основою визначення вигод від реконструкції є економія палива (природного газу), яка, як показують наші розрахунки, становить 40 тис. м³ на рік. У вартісному вираженні це буде складати 272 760 грн на рік, де 6 819 -- вартість 1000 м³ газу, прийнята в розрахунках. Результати розрахунків загальної суми інвестиційних витрат, а також розрахунку оціночних показників, індексів дохідності та рентабельності проекту зведені в табл. 2.

Таблиця 2. Показники ефективності проекту

Висновки

1. Доведена ефективність реконструкції хвостової частини парогенератора ДЕ-25/14 шляхом заміни існуючих водяного економайзера і повітропідігрівника на комбінований термосифонний економайзер-повітропідігрівник.

2. Впровадження в парогенераторах малої та середньої потужності промислових котелень м'ясопереробних підприємств термосифонних економайзерів-повітропідігрівників дає змогу суттєво підвищити їх енергоефективність і зменшити витрату паливно-енергетичних ресурсів на вироблення й відпуск теплової енергії споживачам.

Література

1. Павелко В.І. Теплозабезпечення підприємств м'ясопереробної та молокопереробної галузей промисловості. Навчальний посібник. -- Вінниця : Нова Книга, 2007. -- 216 с.

2. Безродный М.К. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Теория и практика / М.К. Безродный, И.Л. Пиоро, Т.О. Костюк. -- Киев : Факт, 2005. -- 703 с.

3. Долганов Ю.А. Термосифонний економайзер-повітропідігрівник для котельних агрегатів малої потужності / Ю.А. Долганов, О.А. Єпіфанов, Б.В. Димо // Збірник наукових праць НУК. -- Миколаїв : Видавництво НУК, 2012. -- 20 с.

4. Пиоро И.Л. Эффективные теплообменники с двухфазными термосифонами. -- Киев : Наукова думка, 1991. -- 248 с.

5. Безродый М.К. Двухфазные термосифоны в промышленной теплотехнике / М.К. Без- родый, С.С. Волков, В.Ф. Мокляк. -- Киев : Вища школа, 1991. -- 75 с.

Повышение энергоэффективности парогенераторов малой и средней мощности в котельных установках мясоперерабатывающих предприятий

В.И. Павелко, С.И. Глиняный

В статье обоснована целесообразность модернизации парогенераторов малой и средней мощности, которыми оборудованы промышленные котельные большинства мясоперерабатывающих предприятий Украины. Описаны конструкция и принцип работы экономайзера-воздухоподогревателя для парогенератора типа ДЕ-25/14. Приведены результаты технико-экономического расчета эффективности реконструкции хвостовой части парогенератора ДЕ-25/14 в условиях эксплуатации его в ТЭЦ (промышленных котельных) мясоперерабатывающих предприятий.

Ключевые слова: модернизация, эффективность, экономайзер, воздухоподогреватель.