Эколого-теплоэнергетический рекуператор для подогрева воздуха
Использование рекуператора для подогрева воздуха в теплогенерирующей установке. Уравнение теплового баланса, способы сокращения объемов продуктов сгорания природного газа. Суточная, месячная и годовая эколого-теплоэнергетическая эффективность установки.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.07.2017 |
Размер файла | 20,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Эколого-теплоэнергетический рекуператор для подогрева воздуха
В. И. Чеботарев, А. В. Королева
Аннотация
Рассматривается эколого-теплоэнергетический рекуператор для подогрева воздуха, позволяющий за счет создания струйного турбулизирующего потока нагреваемого воздуха достичь положительного эффекта по теплообмену и в последующем снизить выход вредностей в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу.
Ключевые слова: энергосбережение; экология; теплообмен; тепловой баланс; температура; утилизация теплоты; природный газ.
Использование газообразного топлива в различных отраслях народного хозяйства является неотъемлемым сопутствующим процессом жизнедеятельности города как антропогенной экосистемы. Ежегодное значительное увеличение потребления газообразного топлива и, порой низкая эффективность технических решений по утилизации теплоты продуктов сгорания, приводит к ухудшению воздушной среды в зонах проживания населения, особенно при увеличении производительности теплогенерирующих установок с образованием повышенного количества вредных компонентов в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу [1-3]. При этом, как правило, экологическое оздоровление окружающей среды при использовании газа происходит за счет подавления вредных компонентов в процессе сжигания природного газа. Такой метод требует дополнительное технологическое оборудование, что резко снижает эффективность использования топлива. Альтернативным методом уменьшения вредностей, загрязняющих атмосферу, является применение солнечной энергии, геотермальных вод [4] , а также метод снижения объёмов сжигания природного газа за счет утилизации теплоты в продуктах сгорания, который обеспечивает не только снижение вредностей в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, но и создает условия повышения энергосбережения при топочных процессах теплогенерирующих установок, за счет подогрева воздуха в рекуператоре [5,6].
Указанный метод наиболее эффективен, так как не только снижается выброс вредностей в атмосферу, но и повышается энергосбережение, что является весьма важным фактором, позволяющим одновременно решать две проблемы - экологическую и теплоэнергетическую [7,8].
В данной статье рассматривается теоретическое обоснование утилизации теплоты уходящих продуктов сгорания природного газа, т.е. подогрев воздуха в рекуператоре. В последующем подогретый воздух подается к газовым горелкам теплогенерирующей установки [9,10].
Для решения изложенной проблемной эколого-теплоэнергетической задачи, рассмотрим традиционное уравнение теплового баланса теплогенерирующей установки:
Qпр = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 (1)
После преобразования уравнения (1), получим новые промежуточные уравнения, описывающие тепловой баланс теплогенерирующей установки, в которой происходит утилизация теплоты продуктов сгорания природного газа:
Qпр = Vг*Qн (2)
Q =V в* Cp*Tв (3)
Vг* Qн = Vв*Cp*Tв (4)
Уравнение теплового баланса с учетом использования рекуператора для подогрева воздуха в теплогенерирующей установке :
(Vг*Qн-Vг *Qн )+Vв *Cp*Tв = (Q1+Vв*Cp*Tв)+(Q2-Vв*Сp*Tв) + Q3+ Q5 (5)
рекуператор воздух газ сгорание
В уравнении (5) теплового баланса теплогенерирующей установки с использованием рекуператора для нагрева воздуха, поступающего к газовым горелкам, входят следующие теоретические преобразования, по которым определяют экономии природного газа (%) (6), сокращение потребляемого количества газа (экономия) (7) и снижение количества продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу (8), т.е. улучшение экологической обстановки в зоне использования теплоэнергетической установки.
Экономия топлива (газа) в % определяется по следующей формуле и зависит от количества и температуры нагреваемого воздуха:
Э= ((Vв *Cp*Tв)/(Vг *Qн))*100 (6)
Экономия топлива (газа) в м3*ч определяется по формуле и зависит от коэффициента избытка воздуха при сжигании природного газа в теплогенерирующей установке.
Vг = (Vв *Cp*Tв)/Qн (7)
Сокращение объемов продуктов сгорания природного газа, выбрасываемых в окружающую среду, обеспечивает оздоровление воздушного бассейна (экологическая проблема).
УVпр.г. = Vг **Vт (8)
где : Qпр - приход теплоты в топочную камеру теплогенерирующей установки за счет использования природного газа, (МДж); Q1 - полезно использованная теплота продуктов сгорания, (МДж/ч); Q2 - теплота, теряемая в окружающую среду за счет выброса продуктов сгорания, (МДж/час); Q3 - теплота, образующаяся в результате недожога топлива, (МДж/ч); Q5 - теплота, теряемая в окружающую среду теплогенерирующей установкой , (МДж/ч); Vг - объём природного газа, используемого в теплогенерирующей установке, (м3*ч); Qн - низшая теплота сгорания природного газа, (МДж); Q - количество теплоты, полученное в рекуператоре при нагреве воздуха, (МДж/ч); Vв - объём воздуха, нагреваемый в рекуператоре, (м3*ч); Cp - средняя удельная теплоёмкость нагреваемого воздуха, (кДж/м3*°С); Tв - температура нагретого воздуха, (°С);
Vг - объём природного газа, полученного в результате подогрева воздуха, поступающего к горелкам, (м3*ч); Э - экономия природного газа за счёт подогрева воздуха, выраженная в %; УVпр.г. - суммарный объём продуктов сгорания, который не выброшен в атмосферу, за счёт сэкономленного Vг природного газа; - коэффициент избытка воздуха в топочной камере теплогенерирующей установки.
Для определения надежности применения формул (6), (7) и (8) выполнена апробация (методом расчета) с учетом следующих исходных данных: температура продуктов сгорания перед рекуператором Тпр = 1000 0С, температура нагреваемого воздуха Тв = 200 °С, удельная теплоемкость воздуха Ср = 4,5 кДж/(м3* °С), объем нагреваемого воздуха в рекуператоре Vв = 4200 м3/ч, объём сжигаемого природного газа Vг = 500 м3/ч, (без учета подогрева воздуха), низшая теплота сгорания природного газа Qн = 33,6 МДж/м3 , коэффициент избытка воздуха при сжигании природного газа =1,10. Экономия природного газа в %:
Э=((4200*0,0045*299)/(500*33,6))*100 = 22,5%
Экономия природного газа в м3:
Vг = (4200*0, 0045*200)/336 = 112, 5 м3/ч
Сокращение объёмов продуктов сгорания, выбрасываемых в окружающую среду в м3/ч:
УVпр.г. = 112,5*1,10*9,52 = 1178 м3/ч
Анализ выполненного расчета позволяет утверждать, что при использовании рекуператора в теплогенерирующих установках для утилизации теплоты продуктов сгорания природного газа, достигается экономия газообразного топлива, а также обеспечивается оздоровление окружающей среды. В зависимости от периода работы теплогенерирующей установки с утилизацией теплоты продуктов сгорания природного газа, можно уточнить суточную, месячную и годовую эколого-теплоэнергетическую эффективность.
Литература
1. Чеботарев В.И., Новгородский Е.Е., Иванов С.П. Радиационный рекуператор. // Патент №2154238 РФ МКИ А 23 F 15/04. Опубл.10.08.2000. Бюль. №22.
2. Новгородский Е.Е., Широков В.А., Шанин Б.В., Дятлов В.А. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна. М.: Дело, 1997. 368 c.
3. Чеботарев В.И., Новгородский Е.Е., Трубников А.А. Снижение вредных выбросов в атмосферу при использовании природного газа в промышленности. // Научное обозрение, 2014 г., №7 URL: sced.ru/ru/index.php?option=com_content&view= article&id=107% 3A-q&catid=21&Itemid=18.
4. Лысова Е.П. Выбор критериев оценки эффективности мероприятий по обеспечению экологической безопасности предприятий топливно-энергетического комплекса. // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1965.
5. Страхова Н.А., Горлова Н.Ю. Концепция энергоресурсосберегающей деятельности в промышленности // Инженерный вестник Дона, 2011, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/359З.
6. Беспалов В.И., Котлярова Е.В. Формирование методологических подходов к расчету экономического, экологического и социального критериев оценки состояния окружающей среды территорий промышленных зон крупных городов. // Материалы международной научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение», вып.13.- Ростов н/Д: изд-во РГСУ, 2011. С. 26-29.
7. Новгородский Е.Е., Горлова Н.Ю. Оптимизация использования вторичных тепловых энергоресурсов. // Известия РГСУ, 2010, №14. с.122-125
8. Шанин Б.В., Новгородский Е.Е., Чеботарев В.И., Горлова Н.Ю. Повышение экологической эффективности энергосбережения на примере теплогенерирующих установок. // «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе» №4, М.:2012. С. 21-24.
9. Manning W. J., Feder W. A. Biomonitoring Air Pollutants with Plants (Pollution Monitoring Series) // London : Applied Science Publishers Ltd., 1980. pp. 1-135.
10. How Valve Manufacturers Help Maintain Geothermal Power Plants // GWC USA Inc. URL: gwcvalve.com/news/ industrynews.php.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение объема воздуха, продуктов сгорания, температуры и теплосодержания горячего воздуха в топке агрегата. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева. Расчет энтальпии продуктов сгорания, теплового баланса и пароперегревателя.
контрольная работа [432,5 K], добавлен 09.12.2014Объем азота в продуктах сгорания. Расчет избытка воздуха по газоходам. Коэффициент тепловой эффективности экранов. Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Определение теплового баланса котла, топочной камеры и конвективной части котла.
курсовая работа [115,2 K], добавлен 03.03.2013Описание конструкции агрегата: газохода, рекуператора. Характеристика и принцип работы тепловой работы агрегата. Расчет процесса горения природного газа, вертикального газохода, металлического трубчатого петлевого рекуператора для нагрева воздуха.
курсовая работа [496,5 K], добавлен 24.02.2012Основные характеристики котельной установки для промышленного предприятия. Присосы воздуха по газоходам и расчётные коэффициенты избытка воздуха в них. Продукты сгорания в газоходах парогенератора. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива.
курсовая работа [711,0 K], добавлен 29.11.2010Характеристика оборудования котельной установки. Обслуживание котла во время нормальной его эксплуатации. Расчет объемов, энтальпий и избытка воздуха и продуктов сгорания. Расчет ширмового и конвективного перегревателя. Уточнение теплового баланса.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.08.2012Изучение технических характеристик и принципа работы приточной системы вентиляции с рециркуляцией воздуха, которая используется в вагонах с кондиционированием воздуха и предназначена для обеспечения требуемого воздухообмена, охлаждения, подогрева воздуха.
реферат [7,3 M], добавлен 24.11.2010Определение действительных объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теоретического объема воздуха, необходимого для сжигания газа. Определение диаметров и глубин проникновения. Геометрические характеристики горелки. Состав рабочей массы топлива.
реферат [619,7 K], добавлен 20.06.2015Описание конструкции котла. Особенности теплового расчета парового котла. Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива, полезной мощности котла. Расчет топки (поверочный).
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.07.2010Определение горючей массы и теплоты сгорания углеводородных топлив. Расчет теоретического и фактического количества воздуха, необходимого для горения. Состав, количество, масса продуктов сгорания. Определение энтальпии продуктов сгорания для нефти и газа.
практическая работа [251,9 K], добавлен 16.12.2013Расчет котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Конструкция котла и топочного устройства, характеристика топлива. Расчет топки, конвективных пучков, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчетная невязка теплового баланса.
курсовая работа [77,8 K], добавлен 21.09.2015Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.
дипломная работа [562,6 K], добавлен 15.04.2010Анализ и выбор конструктивно-технологической схемы. Расчёт элементов, узлов и агрегатов. Правила эксплуатации установки подогрева шихты, описание работы схемы управления. Мероприятия по обеспечению безопасности работы. Правила ухода за установкой.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 12.03.2016Расчет материального и теплового балансов и оборудования установки адсорбционной осушки природного газа. Физико-химические основы процесса адсорбции. Адсорбенты, типы адсорберов. Технологическая схема установки адсорбционной осушки и отбензинивания газа.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.05.2019Топливо, его состав, объемы воздуха и продуктов сгорания для котла определенного типа. Элементарный состав топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке. Объёмы продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расчет расхода топлива на весь период его работы.
контрольная работа [35,6 K], добавлен 16.12.2010Описание котла ДКВР 6,5-13 и схема циркуляции воды в нем. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Вычисление полезно-израсходованного тепла в котлоагрегате. Средние характеристики продуктов сгорания в топке. Описание кипятильного пучка.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 09.02.2012Проведення теплового, конструктивного та аеродинамічного розрахунків газоповітряного рекуператора, вибір стандартного теплообмінного апарату. Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією, потужності електричного приводу дуттьового вентилятора.
реферат [60,1 K], добавлен 13.09.2010Расчет горения топлива для определения расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания, температуры горения. Характеристика температурного режима и времени нагрева металла. Вычисление рекуператора и основных размеров печи, понятие ее футеровки.
курсовая работа [349,4 K], добавлен 30.04.2012Элементарный состав и геометрические характеристики топлива. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива при нормальных условиях. Состав котельной установки. Конструкция и принцип действия деаэратора. Конструктивный расчет парового котла.
курсовая работа [594,6 K], добавлен 25.02.2015Состав, зольность и влажность твердого, жидкого и газообразного топлива. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расход топлива котельного агрегата. Основные характеристики топочных устройств. Определение теплового баланса котельного устройства.
курсовая работа [108,9 K], добавлен 16.01.2015Применение газов в технике: в качестве топлива; теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы; среды для газового разряда. Регенераторы и рекуператоры для нагрева воздуха и газа. Использование тепла дымовых газов в котлах-утилизаторах.
контрольная работа [431,9 K], добавлен 26.03.2015