Разработка технологий использования котлоагрегатов теплоэлектроцентралей и их дутьевых вентиляторов для транспорта и утилизации вентиляционных выбросов промышленных предприятий и автомагистралей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОТЛОАГРЕГАТОВ ТЭЦ И ИХ ДУТЬЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТА И УТИЛИЗАЦИИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И АВТОМАГИСТРАЛЕЙ

МАРЧЕНКО Александра Витальевна

Специальности: 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их

энергетические системы и агрегаты

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Иваново 2008

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шарапов Владимир Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Закиров Ильгизар Алиахматович

доктор технических наук, профессор Созинов Владимир Петрович

Ведущая организация: Исследовательский центр проблем энергетики

Казанского научного центра РАН

Защита состоится «17» октября 2008 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, корпус «Б», ауд. 237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, Ученый совет ИГЭУ, тел: (4932) 38-57-12, факс: (4932) 38-57-01, e-mail: uch_sovet@ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ИГЭУ: http://www.ispu.ru

Автореферат разослан «12» сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор А.В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значительная часть отечественных ТЭЦ предназначена для снабжения паром и горячей водой промышленных предприятий. Располагаются эти ТЭЦ, как правило, на территории предприятий или в непосредственной близости от них. Технологически ТЭЦ и промышленные объекты обычно связаны только трубопроводами теплоносителей. Многие весьма актуальные научно-технические проблемы, к которым относятся, прежде всего, повышение энергетической эффективности производства и защита воздушной среды, являются общими для тепловых электростанций и промышленных предприятий, однако решаются такие проблемы на них автономно, без учета технологических возможностей этих расположенных рядом объектов.

Анализ показывает, что при объединении ТЭЦ и промышленного потребителя в единую технологическую систему появляются новые возможности для решения названных выше проблем и использования тепловой электростанции как утилизатора значительных объемов техногенных выбросов.

В данной работе решены задачи, позволяющие существенно повысить энергетическую и экологическую эффективность производственных процессов на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях, а также повысить экологическую безопасность автомагистралей городов с помощью оборудования ТЭЦ.

Основная часть диссертации выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по подпрограмме 207, номер государственной регистрации НИР № 01200312435.

Целью работы является разработка энергетически и экологически эффективных технологий использования котлоагрегатов теплоэнергетических установок и их дутьевых вентиляторов для вентиляции промышленных объектов и автомагистралей городов.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

– проанализировано состояние воздушного бассейна на территории промышленных предприятий и городов;

– разработаны технологии транспорта и утилизации промышленных и автотранспортных выбросов с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и производственных котельных;

– проанализирована возможность термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов теплогенерирующих установок;

– проведено экспериментальное исследование промышленной применимости новых решений на теплоэнергетических установках, выполнен корреляционный анализ параметров вентиляционного воздуха промышленного объекта и ряда технологических факторов;

– разработана методика технико-экономического исследования новых технологий и выполнена оценка их энергетической и экономической эффективности на Ульяновской ТЭЦ-1 и промышленных предприятиях Ульяновской области;

– разработаны способы повышения надежности и экономичности технологий утилизации вентиляционных выбросов с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и котельных в различных производственных условиях.

Основные методы научных исследований. В работе использованы метод пассивного эксперимента, статистический метод корреляционного анализа результатов эксперимента, методы вычислительной математики, аэродинамики, эвристические методы разработки новых технических решений. Для расчетов и построения графических зависимостей использовался пакет программ Microsoft Excel.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработан новый подход к повышению энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных, предусматривающий использование в качестве окислителя в процессах горения топлива загрязненного воздуха промышленных предприятий и автомагистралей городов. Новый подход реализован в серии энергетически и экологически эффективных технологий утилизации теплоты и загрязнителей воздуха в топках котлов тепловых электростанций и промышленных котельных.

Новизна созданных решений подтверждена 25 патентами на изобретения РФ.

В результате экспериментального исследования доказана возможность использования вентиляционного воздуха производственных цехов в качестве окислителя в процессах горения топлива, а также возможность снижения расхода топлива на котлы за счет утилизации теплоты промышленных выбросов, что позволило сделать вывод о технологической целесообразности применения разработанных решений на ТЭЦ и промышленных предприятиях.

Достоверность результатов работы обусловлена проведением эксперимента в реальных промышленных условиях, использованием современных средств измерений, тарировкой и калибровкой измерительных систем, использованием стандартизированных методов обработки и обобщения экспериментальных данных, применением действующих нормативных методик оценки экономической эффективности энергосберегающих технологий, патентной чистотой разработанных технических решений.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Сформулирован новый подход к утилизации теплоты вентиляционных выбросов и вредных веществ, содержащихся в них, основанный на использовании дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и промышленных котельных для вентиляции производственных объектов и автомагистралей городов. В рамках этого подхода разработана серия энергетически и экологически эффективных технологий вентиляции производственных цехов предприятий и загазованных автодорог дутьевыми вентиляторами котлов теплоэнергетических установок. Реализация новых технологических решений позволяет утилизировать теплоту и термически нейтрализовать вредные вещества, содержащиеся в вентиляционных и автотранспортных выбросах, в топках котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных, снизить топливопотребление теплогенерирующими установками и энергопотребление промышленными предприятиями.

2. Экспериментально обоснована промышленная применимость и целесообразность разработанных решений на теплоэнергетических установках.

3. Разработана методика технико-экономического исследования новых технологий и выполнена оценка их энергетической и экономической эффективности применительно к Ульяновской ТЭЦ-1 и предприятиям Ульяновской области.

4. Разработан ряд технических решений по повышению надежности и экономичности технологий утилизации промышленных выбросов в топках котлоагрегатов теплогенерирующих установок в различных производственных условиях.

Реализация результатов работы. На Ульяновской ТЭЦ-1 принята к промышленному внедрению технология транспорта загрязненного воздуха автомагистрали Московское шоссе г. Ульяновска через подземные каналы теплотрассы в топки паровых котлов ТГМ-96Б. На Ульяновском предприятии ООО «Стройпластмасс-СП» приняты к использованию решения по отводу вентиляционных выбросов цеха по производству линолеума дутьевыми вентиляторами в топки котлоагрегатов теплогенерирующей установки предприятия для их термического обезвреживания. На Ульяновском предприятии ОАО «Волжские моторы» выполнена проектная проработка решений по отводу технологических выбросов цветолитейного цеха № 23 дутьевыми вентиляторами в топки паровых котлов. Материалы диссертационной работы также использованы кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция» УлГТУ в курсах лекций «Технологии централизованного производства тепловой и электрической энергии», «Теплогенерирующие установки», «Энергосбережение», «Охрана воздушного бассейна», «Вентиляция» и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 27010965.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Новый подход к повышению энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных и разработанные в рамках его реализации решения, предусматривающие использование в качестве окислителя в процессах горения топлива загрязненного воздуха промышленных предприятий и автомагистралей городов.

2. Результаты экспериментального исследования возможности использования вентиляционных выбросов в качестве окислителя в процессах горения топлива в топках котлов теплоэнергетических установок и возможности снижения расхода топлива на котлы за счет утилизации теплоты вентиляционных выбросов.

3. Результаты расчета энергетической и экономической эффективности реализации разработанных технологий на ТЭЦ и промышленных предприятиях Ульяновской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на: 4-й и 5-й Российских научно-технических конференциях «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, УлГТУ, 2003 и 2006 гг.), V Школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, КазНЦ РАН, 2006 г.), II Молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2007 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство - технологии - экология» (Киров, ВятГУ, 2007 г.), II Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (Москва, МГСУ, 2007 г.), II и IV Международных научных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, ВолгГАСУ, 2003 и 2006 гг.), 10-й, 11-й и 13-й Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2004, 2005, 2007 гг.), II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, БГТУ, 2004 г.), Всероссийских конференциях аспирантов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» (Ярославль, ЯрГУ, 2005 и 2006 гг.), 39-й, 40-й и 41-й НТК ППС УлГТУ (Ульяновск, 2005, 2006, 2007 гг.), заседаниях постоянно действующего семинара научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (Ульяновск, 2002-2007 гг.).

В 2002 г. разработка технологий вентиляции автомагистралей городов дутьевыми вентиляторами котлов ТЭЦ отмечена золотой медалью 51-го Всемирного салона инноваций, научных исследований и новых технологий «Брюссель-Эврика-2002». В 2004 г. разработка технологий вентиляции промышленных предприятий дутьевыми вентиляторами котлов теплоэнергетических установок отмечена бронзовой медалью 32-го Международного салона изобретений, новой техники и товаров «Женева-2004». В 2007 г. автор стала победителем конкурса научно-инновационных проектов по Федеральной программе «УМНИК-2007» (направление «Тепловые электрические станции и промышленная теплоэнергетика»).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 работ, в том числе 1 монография, 14 статей, 12 полных текстов докладов, тезисы 3 докладов, 25 патентов на изобретения Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, 2 приложений, содержит 52 иллюстрации, 43 таблицы, список литературы из 143 наименований. Общий объем работы составляет 175 страниц машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость, защищаемые положения, дано описание структуры диссертации.

В первой главе приведены краткие сведения о котлах и дутьевых вентиляторах ТЭЦ и производственных котельных, рассмотрены процессы окисления твердого, жидкого, газообразного топлива и использование воздуха в качестве окислителя в процессах горения топлива в топочных устройствах котлоагрегатов. Выполнен анализ состояния воздушной среды на территории промышленных предприятий и городов, обоснованы задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке технологий использования дутьевых вентиляторов для транспорта вентиляционных и автотранспортных выбросов в топки котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных для их термического обезвреживания.

В результате проведенного обследования промышленных предприятий Ульяновской области установлено, что в большинстве случаев вентиляционные выбросы производственных цехов со значительным содержанием органических соединений выбрасываются в атмосферу без очистки и теплота этих выбросов не утилизируется. Вследствие того, что промышленные объекты, как правило, расположены в крупных населенных пунктах, производственные выбросы загрязняют городскую воздушную среду. Экологическая ситуация в городах осложняется загрязненностью атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта. По оценкам медиков и экологов 30 % заболеваний горожан непосредственно связаны с загрязненностью воздуха промышленными и автотранспортными выбросами.

В диссертации разработан новый подход к утилизации теплоты вентиляционных выбросов и вредных веществ, содержащихся в них, предусматривающий использование для вентиляции промышленных предприятий и автомагистралей городов дутьевых вентиляторов котлоагрегатов ТЭЦ или производственных котельных. Загрязненный воздух удаляется в топки котлов для регенерации теплоты и термического обезвреживания органических соединений, содержащихся в нем.

Предлагаемый подход можно реализовать различными способами в зависимости от конкретных производственных условий: состояния оборудования, теплогенерирующей установки, ее удаленности от вентилируемых объектов, состава загрязнителей вентиляционных выбросов. Транспорт выбросов осуществляется через специально смонтированные воздуховоды, а также через инженерные коммуникации.

Наиболее эффективная по экономическим показателям, не требующая значительных капитальных вложений, технология транспорта промышленных вентиляционных выбросов в топки котлов ТЭЦ для обезвреживания приведена на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Рис. 1. Схема транспорта промышленных вентиляционных выбросов в топки котлоагрегатов через вытяжной воздуховод системы вентиляции: 1 - вытяжные зонты (местные отсосы); 2 - сборный воздуховод вытяжной вентиляции; 3 - дутьевой вентилятор; 4 - всасывающий воздуховод вентилятора; 5 - котлоагрегат; 6 - производственный цех; 7 - дымосос; 8 - дымовая труба

Схема транспорта загазованного воздуха автомагистралей в топки котлоагрегатов ТЭЦ через подземные каналы теплотрассы представлена на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Рис. 2. Схема транспорта загрязненного городского воздуха в топки котлов ТЭЦ через подземные каналы теплотрассы: 1 - проезжая часть городских улиц; 2 - воздухозаборные окна; 3 - вентиляционные камеры; 4 - подземный канал теплотрассы; 5 - теплопровод; 6 - всасывающий воздуховод вентилятора; 7 - дутьевой вентилятор; 8 - котлоагрегат; 9 - дымосос; 10 - дымовая труба

Основными преимуществами разработанных решений являются термическое обезвреживание вредных веществ, содержащихся в промышленных и автотранспортных выбросах, в топках котлоагрегатов ТЭЦ или производственных котельных, снижение энергопотребления системами вентиляции и газоочистки предприятий за счет исключения из работы штатных вентиляторов, снижение топливопотребления теплоэнергетическими установками вследствие утилизации в топках котлов теплоты загрязненного воздуха, а при вентиляции через каналы теплотрассы - тепловыделений теплопроводов.

Различие условий работы и видов загрязняющих веществ на предприятиях в ряде случаев потребует дополнения разработанных технологий специальными техническими решениями, обеспечивающими надежность и экономичность способов подачи вентиляционного воздуха в топки котлов. Основными факторами, затрудняющими реализацию предлагаемых технологий на ряде предприятий, являются конденсация загрязняющих веществ в транспортных сетях от производственного участка до дутьевых вентиляторов котлоагрегатов, образование отложений на стенках воздуховодов и вентиляторов, в том числе горючих и коррозионно-опасных. Для устранения указанных недостатков разработан ряд способов, позволяющих обеспечить условия, препятствующие выпадению и накоплению в воздуховодах конденсирующихся и жидких фракций загрязняющих веществ. Эти способы предполагают применение при реализации технологий теплообменников, дренажных устройств, накопительных баков, насосов, подающих конденсат в форсунки горелок котла для дальнейшего его использования в качестве дополнительного топлива.

Также во второй главе проанализирована возможность термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов ТЭЦ и котельных. Анализ литературы показал, что термическое разложение органических веществ - загрязнителей вентиляционных выбросов сопровождается образованием таких соединений как СО, С₂Н₅, С₂Н₄, СН₃, Н₂СО, НО₂, Н₂, ОН, которые впоследствии при достаточном избытке воздуха окисляются до СО₂ и Н₂О. При содержании в выбросах сероводорода и сероуглерода в продуктах сгорания обнаруживается диоксид серы.

В третьей главе экспериментально исследована возможность промышленной применимости новых технологий на ТЭЦ и котельных. Для этого решены следующие исследовательские задачи:

1. Проанализирована возможность использования вентиляционного воздуха производственных цехов в качестве окислителя в процессах горения топлива.

2. Установлено наличие загрязняющих веществ в вентиляционных выбросах.

3. Определена температура газовоздушных выбросов для оценки энергетической эффективности разработанных решений.

Для решения поставленных задач проведено экспериментальное исследование вентиляционного воздуха на примере цеха по производству линолеума «Контакт-2» Ульяновского предприятия ООО «Стройпластмасс-СП». В качестве исследуемых параметров вытяжного воздуха выбраны его температура, концентрации кислорода и вредных веществ.

Ввиду того, что линия по производству линолеума работает без остановок и любое воздействие со стороны на технологический процесс может привести к ухудшению качества выпускаемой продукции, исследование проведено методом пассивного эксперимента.

Основным оборудованием цеха «Контакт-2» является линия по производству линолеума. Технологический процесс разбит на четыре стадии - термоскрепление, предварительное терможелирование, терможелирование, тиснение линолеума. Согласно проектным данным о ПДВ вредных веществ, выделяющихся в процессе производства линолеума, в цехе «Контакт-2» наибольшие концентрации загрязняющих компонентов наблюдаются над агрегатами терможелирования. Вследствие этого решено произвести замеры параметров вентиляционного воздуха над агрегатами предварительного терможелирования и терможелирования, в которые подается пар с теплогенерирующей установки предприятия.

Установлено, что в вытяжном воздухе содержатся такие токсичные вещества, как оксид углерода и оксиды азота, причем их концентрации значительно превышают ПДК. Кроме того, вентиляционный воздух также содержит диоксановые спирты, метилбутандиол, пыль поливинилхлорида. В цехе наблюдается газовый туман, у рабочих, обслуживающих производственную линию часто отмечаются рефлекторные заболевания. Результаты замеров концентраций оксида углерода и оксидов азота в газовоздушных потоках, отходящих от агрегата предварительного терможелирования, представлены на рис. 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Рис. 3. Концентрации оксида углерода CO и оксидов азота NO_x в вентиляционном воздухе над агрегатом предварительного терможелирования

При измерении концентрации кислорода в загрязненном воздухе установлено, что она не опускается ниже 20,8 %, что больше минимальной концентрации кислорода, равной 15 %, необходимой для осуществления процесса горения топлива в топках котлоагрегатов. Температура вентиляционных выбросов достигает 50єС, что обеспечивает при их утилизации в топках котлов значительную экономию топлива. Результаты замеров концентрации кислорода и температуры вентиляционного воздуха над агрегатом терможелирования № 3 представлены на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Рис. 4. Концентрация кислорода O₂ и температура t_в вентиляционного воздуха над агрегатом терможелирования № 3

С помощью корреляционного анализа результатов эксперимента установлена взаимосвязь между параметрами вентиляционного воздуха цеха по производству линолеума и температурой пара, подаваемого в технологическое оборудование. Наиболее тесная связь установлена между температурой вентиляционного воздуха и температурой пара, подаваемого в агрегаты терможелирования (рис. 5, а, б, в). Также установлена зависимость между концентрацией оксидов азота в вытяжном воздухе и температурой пара, подаваемого агрегат терможелирования (рис. 5, г).

Уравнения регрессии, описывающие полученные зависимости

: ;(1)

: ;(2)

: ;(3)

: ,(4)

где y₁, y₂, y₃ - температура вентиляционных выбросов от агрегатов предварительного терможелирования, терможелирования № 1 и терможелирования № 2 соответственно, °С; y₄ - концентрация оксидов азота NO_x в вентиляционных выбросах от агрегата терможелирования № 3, мг/м³; х₁, х₂, х₃, х₄ - температура пара, подаваемого в соответствующее технологическое оборудование, °С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

[Введите текст]

Рис. 5. Зависимость параметров вентиляционного воздуха от температуры пара, подаваемого в технологическое оборудование: а, б, в - зависимости температуры вентиляционного воздуха от температуры пара t_п, подаваемого в агрегаты предварительного терможелирования, терможелирования № 1 и терможелирования № 2 соответственно; г - зависимость концентрации оксидов азота NО_x в вентиляционном воздухе от температуры пара t_п, подаваемого в агрегат терможелирования № 3

В четвертой главе выполнено технико-экономическое исследование разработанных технологий применительно к Ульяновской ТЭЦ-1 и двум крупным предприятиям Ульяновской области - предприятию по производству линолеума и изделий из поливинилхлорида ООО «Стройпластмасс-СП» и машиностроительному предприятию ОАО «Волжские моторы». Для этого выполнены: аэродинамический расчет тракта подачи загрязненного воздуха в топки котлов; расчет дополнительной мощности дутьевых вентиляторов котлов теплогенерирующих установок, необходимой для преодоления аэродинамического сопротивления воздуховодов; подбор тепловой изоляции воздуховодов; расчет количества утилизированной в котлоагрегатах теплоты; расчет экономических показателей новой технологии.

Снижение мощности электродвигателей вентиляционного оборудования ДN, кВт, составит

, (5)

где N_вент - мощность штатных вытяжных вентиляторов, кВт; N_ст - мощность электрооборудования станций газоочистки, кВт; N_ДВ - дополнительная мощность дутьевых вентиляторов котлов теплоэнергетической установки, кВт.

Снижение топливопотребления котлами теплогенерирующей установки ДВ, (кг у. т.)/ч, составит

, (6)

где Q - количество утилизированной теплоты, Гкал/ч; b_т - удельный расход топлива на выработку 1 Гкал теплоты, кг/Гкал.

Экономические показатели деятельности предприятий в текущем году t после реализации разработанных технологий определяются по формуле

, (7)

где - цена 1 т условного топлива, руб.; - снижение топливопотребления, т у. т.; - цена 1 кВт·ч электрической энергии, руб.; - снижение потребления электроэнергии предприятием от сторонней энергосистемы, кВт·ч; - снижение выплат штрафов предприятием за загрязнение окружающей среды, руб.; - снижение затрат на обслуживание вентиляционного и газоочистного оборудования, руб.; D_t - экономия денежных средств предприятием за счет государственных льгот и дотаций, стимулирующих энергосберегающие решения, руб.; - эксплуатационные затраты, руб.; - капиталовложения, включая амортизационные отчисления, руб.

Капиталовложения в схему подачи загрязненного воздуха в топки котлоагрегатов теплоэнергетических установок К_инв, руб., в формуле (7) определяются из выражения

, (8)

где З_возд - затраты на дополнительные воздуховоды, необходимые для соединения системы вентиляции производственных цехов и всасывающих патрубков дутьевых вентиляторов теплогенерирующей установки, руб.; З_фас - затраты на фасонные части к воздуховодам, руб.; З_опор - затраты на опоры под воздуховоды, руб.; З_т.и. - затраты на тепловую изоляцию воздуховодов, проложенных на открытом воздухе, руб.; З_монт - затраты на монтаж дополнительных воздуховодов к котлам, руб.

Для оценки экономической эффективности разработанных решений применены метод определения срока окупаемости (Т_р), интегральные методы расчета чистого дисконтированного дохода (NPV) и индекса рентабельности (PI).

Экономические показатели технологии вентиляции цеха по производству линолеума предприятия ООО «Стройпластмасс-СП» и цеха цветного литья предприятия ОАО «Волжские моторы» дутьевыми вентиляторами котлов теплоэнергетических установок предприятий приведены в табл. 1.

Таблица 1 Экономические показатели технологии подачи загрязненного воздуха производственных цехов Ульяновских предприятий в котлоагрегаты теплогенерирующих установок

предприятие показатели	ООО «Стройпластмасс-СП»	ОАО «Волжские моторы»
Экономия условного топлива, ДВ, кг/ч	28,8	48,5
Экономия условного топлива, Эгтопл, т/год	257,5	122,0
Экономия газообразного топлива, Эгаз, тыс. м3/год	225,3	106,8
Снижение мощности электродвигателей, ДN, кВт	12,0	19,1
Экономия электроэнергии, Эгээ, тыс. кВт·ч/год	104,0	48,7
Экономия условного топлива в денежном эквиваленте¤, Э?топл, руб./ч	43,0	72,4
Экономия электроэнергии в денежном эквиваленте¤, Э?ээ, руб./ч	35,6	56,4
Экономия топливо- и энергоресурсов в денежном эквиваленте, Э?, руб./ч	78,6	128,8
Экономия топливо- и энергоресурсов в денежном эквиваленте, Э, тыс. руб./год	693,1	327,0
Капиталовложения, Кинв, тыс. руб.	350,0	250,0
Чистый дисконтированный доход NPV, тыс. руб.	3647,6	1636,1
Индекс рентабельности инвестиций PI	11,4	7,5
Срок окупаемости, Тр, мес.	6,0	8,0

^¤Примечание: Стоимость 1 кВт·ч и 1 кг у. т. принята на 1 ноября 2007 г.

Высокий индекс рентабельности инвестиций для Ульяновских предприятий (табл. 1) показывает несомненную эффективность внедрения на них разработанных технологий подачи загрязненного воздуха производственных цехов в топки котлоагрегатов теплогенерирующих установок.

При реализации разработанных решений на тепловых электростанциях повышение экономичности работы котлоагрегатов ТЭЦ, оцениваемое по повышению за счет утилизации в топках котлов теплоты, внесенной с загрязненным воздухом, определяется по формуле

, (9)

где Q_п - количество полезно использованной в котлоагрегатах теплоты, кДж/ч; В - расход условного топлива на котлы до внедрения новых технологий, кг/ч; - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; Q_в - теплота, внесенная в топку с загрязненным воздухом, кДж/ч.

Снижение топливопотребления энергетическими котлами ТЭЦ , кг/ч, составляет

, (10)

где D - расход острого пара, кг/ч; D_пр - расход продувочной воды, кг/ч; i_п - энтальпия острого пара, кДж/кг; i_пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг; i_кв - энтальпия котловой (продувочной) воды, кДж/кг; - КПД брутто котлов после реализации новых решений; N_ДВ - дополнительная мощность дутьевых вентиляторов, необходимая для преодоления сопротивления тракта подачи загрязненного воздуха в топки котлов, кВт; b_э - удельный расход топлива на выработку 1 кВт·ч электрической энергии, кг/кВт·ч.

Результаты расчета энергетических показателей парогенератора ТГМ-96Б в зависимости от температуры загрязненного воздуха и его доли в общем объеме воздуха, подаваемого для осуществления процессов горения топлива, приведены в табл. 2.

Таблица 2 Результаты расчета энергетических показателей парогенератора ТГМ-96Б при работе на номинальной нагрузке

Расход загрязненного воздуха, L, м3/ч	Температура загрязненного воздуха, tв , °С	Расход дутьевого воздуха, Lв, м3/ч	Теплота воздуха Qв, кВт	Доп. затраты мощности дутьевых вентиляторов NДВ , кВт	Экономия топлива *, кг у. т./ч
1	2	3	4	5	6
95040	20	386000	998,36	11,8	127,79
308800		386000	2099,05	38,3	255,26
386000		386000	2591,00	48,0	312,85
95040	30	386000	1323,10	11,6	167,75
308800		386000	3058,09	37,5	373,28
1	2	3	4	5	6
386000	30	386000	3726,50	47,0	452,60
95040	40	386000	1594,13	11,2	201,14
308800		386000	3953,22	36,4	483,56
386000		386000	4832,76	45,6	588,90

*Примечание: Удельный расход топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии принят 0,292 кг/кВт·ч

Из табл. 2 следует, что при подаче в паровой котел ТГМ-96Б загрязненного воздуха с температурой 40єС в количестве, достаточном для осуществления процессов горения, годовая экономия условного топлива составит более 5000 т (3,2 г/кВт·ч).

Расчеты показали, что повышение температуры дутьевого воздуха оказывает несущественное влияние на температуру дымовых газов котла. Повышение температуры уходящих газов при увеличении температуры воздуха перед воздухоподогревателем на 5°С не превышает 0,5°С.

Выполнена оценка целесообразности и эффективности разработанной в диссертации технологии транспорта загрязненного городского воздуха через подземные каналы теплотрассы в топки котлоагрегатов ТЭЦ для его термического обезвреживания на примере Ульяновской ТЭЦ-1.

Экономическая эффективность реализации новой технологии обусловлена снижением расхода топлива на котлы вследствие утилизации в них нормативных тепловыделений от сетевых трубопроводов и паропроводов, расположенных в каналах теплотрассы. В тоже время необходимы дополнительные затраты электрической энергии на привод дутьевых вентиляторов для преодоления аэродинамического сопротивления подземных каналов тепловых сетей.

Максимальное количество воздуха, которое можно транспортировать через подземные каналы теплотрассы в холодный период года без их переохлаждения L_max, м³/ч, определяется по формуле

, (11)

где Q - нормативные теплопотери от сетевых трубопроводов и паропроводов, кВт (табл. 3); °С - минимально допустимая температура воздуха в канале; °С - температура воздуха наиболее холодной пятидневки в г. Ульяновске; - средняя массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С); с - плотность воздуха, кг/м³.

Результаты расчета энергетической эффективности технологии подачи загрязненного воздуха автомагистралей через подземные каналы теплотрассы в топки котлоагрегатов Ульяновской ТЭЦ-1 представлены в табл. 3.

Таблица 3 Результаты расчета энергетической эффективности технологии транспорта загрязненного воздуха автомагистралей через каналы теплотрассы в топки котлов УТЭЦ-1

Тип каналов теплотрасс	l*, м	S*, м2	Lmax, м3/ч	Lд*, м3/ч	Q*, кВт (Гкал/ч)	NДВ , кВт	, кг у. т./ч
непроходные	800	1,6	59285	46080	790,4 (0,68)	27,6	97,6
проходные	1000	3,3	175125	95040	2334,8 (2,01)	47,1	281,6
Итого	-	-	234410	141120	3125,2 (2,69)	74,7	379,2

*Примечание: l - длина каналов теплотрассы; S - площадь поперечного сечения канала, свободного для прохода воздуха; L_д - действительный расход воздуха, проходящий через каналы теплотрассы на утилизацию в топки котлов; Q - нормативные теплопотери изолированными трубопроводами в каналах. кислород вентиляционный выброс терможелирование

Установлено, что применение новой технологии транспорта загазованного городского воздуха через подземные каналы теплотрассы дутьевыми вентиляторами в топки котлов Ульяновской ТЭЦ-1 позволяет утилизировать в котлах теплоту, выделяющуюся с поверхности теплопроводов и паропроводов. Вследствие того, что расход загрязненного воздуха меньше расхода воздуха, необходимого для горения топлива, целесообразно оставить у дутьевых вентиляторов воздуховоды забора атмосферного воздуха. Мощность, потребляемая дутьевыми вентиляторами котлоагрегатов станции, возрастет на 27,6 кВт при транспорте воздуха через непроходные каналы теплотрассы и на 47,1 кВт - через проходные каналы (табл. 3). Запас мощности двигателя одного дутьевого вентилятора ВДН-26-IIУ котла ТГМ-96Б Ульяновской ТЭЦ-1 при работе на номинальной нагрузке составляет 35 кВт (каждый парогенератор ТГМ-96Б обслуживают два дутьевых вентилятора). Годовая экономия условного топлива на энергетические котлы УТЭЦ-1 при реализации разработанной в диссертации технологии составляет более 3000 т (1,9 г/кВт·ч).

На Ульяновской ТЭЦ-1 технология транспорта загрязненного городского воздуха через подземные каналы теплотрассы и его утилизации в топках паровых котлов ТГМ-96Б принята к промышленному внедрению.

Таким образом, реализация разработанных решений на ТЭЦ и промышленных предприятиях вносит существенный вклад в решение задач как очистки вентиляционных выбросов, так и экономии топливно-энергетических ресурсов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе выполнен комплекс научно обоснованных технологических разработок, позволяющих эффективно использовать оборудование ТЭЦ и промышленных котельных для транспорта и термического обезвреживания загрязненного воздуха производственных цехов и автомагистралей городов.

Выполнено экспериментальное исследование новых технологий в промышленных условиях, в результате которого установлено:

2.1. Температура газовоздушных выбросов, отходящих от технологического оборудования, на несколько десятков градусов превышает температуру окружающей среды, что обеспечивает при их утилизации в топках котлов теплогенерирующих установок значительную экономию топлива.

2.2. Концентрация кислорода в загрязненном воздухе производственного цеха находится в пределах 20,9 %, что является достаточным для применения этого воздуха в качестве окислителя в процессах горения топлива в котлоагрегатах.

2.3. В большинстве случаев в вентиляционном воздухе содержатся вредные вещества, не предусмотренные проектом, и концентрации этих веществ превышают ПДК. Вследствие этого утилизация загрязненного воздуха в теплоэнергетической установке дает ощутимый экологический эффект.

2.4. На основании корреляционного анализа результатов промышленного эксперимента установлена взаимосвязь между параметрами вентиляционного воздуха цеха по производству линолеума и температурой пара, подаваемого в технологическое оборудование, в том числе связь между температурой пара, подаваемого в производственное оборудование, и концентрацией оксидов азота в вытяжном воздухе.

При сжигании в топках котлов ТЭЦ и промышленных котельных большинства органических соединений - загрязнителей вентиляционных выбросов достижимо их полное окисление; котлоагрегаты при использовании разработанных технологий должны работать с достаточным избытком воздуха.

Выполнено технико-экономическое исследование разработанных технологий применительно к Ульяновской ТЭЦ-1 и предприятиям Ульяновской области. Установлено, что при реализации разработанных технических решений предприятия получат значительные энергосберегающий и экономический эффекты, при этом срок окупаемости новых технологий не превышает 1 года. На ТЭЦ годовая экономия условного топлива составляет более 3000 т (1,9 г/кВт·ч) на котлоагрегат паропроизводительностью 480 т/ч.

Разработан ряд технических решений, позволяющих обеспечить надежность и экономичность технологий утилизации промышленных выбросов с помощью дутьевых вентиляторов котлов теплоэнергетических установок в различных производственных условиях. Новизна разработок защищена 25 патентами на изобретения Российской Федерации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК

1. Марченко, А.В. Резервы энергосбережения и повышения экологической эффективности в системах промышленной вентиляции [Текст] / А.В. Марченко, В.И. Шарапов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. ? 2007. ? № 3-4. - С. 58-67.

2. Марченко, А.В. Использование дутьевых вентиляторов котлов в системах вентиляции промышленных объектов [Текст] / А.В. Марченко, В.И. Шарапов // Промышленная энергетика. ? 2007. ? № 9. - С. 53-55.

Публикации в других изданиях

3. Шарапов, В.И. Повышение эколого-энергетической эффективности систем вентиляции промышленных предприятий [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко, А.А. Артемов // Известия Академии Промышленной Экологии. ? 2005. ? № 2. - С. 30-34.

4. Шарапов, В.И. Регенерация теплоты и утилизация загрязнителей промышленных вентиляционных выбросов [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко // Инженерные системы. «АВОК Северо-Запад». Тематический выпуск «Реконструкция и эксплуатация». ? 2006. ? № 1 (26). - С. 36-41.

5. Шарапов, В.И. Обезвреживание загрязненного воздуха промышленных предприятий и городов [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко: Монография; Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 333 с.

6. Марченко, А.В. Экологические и экономические показатели усовершенствованной технологии промышленной вентиляции [Текст] / А.В. Марченко, В.И. Шарапов // Матер. докл. V Школы-семинара молод. ученых и спец. акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». - Казань: Исследовательский центр проблем энергетики КазНЦ РАН, 2006. - С. 409-412.

7. Марченко, А.В. Технико-экономическое исследование экологически эффективной технологии промышленной вентиляции [Текст] / А.В. Марченко, В.И. Шарапов // Матер. докл. Пятой Российской науч.-техн. конф. «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности». Том 2; Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - С. 254-262.

8. Марченко, А.В. Оценка перспектив реализации экологически и энергетически эффективных технологий вентиляции промышленных объектов [Текст] / А.В. Марченко // Сб. тр. Всероссийской науч.-техн. конф. «Наука - производство - технологии - экология» в 9 т. Том 9; Вят. гос. ун-т. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2007. - С. 36-40.

9. Марченко, А.В. Экспериментальное исследование параметров вытяжного воздуха цеха по производству линолеума [Текст] / А.В. Марченко, А.А. Асташенков, В.И. Шарапов // Теплоэнергетика и теплоснабжение: сб. науч. тр. науч.-исслед. лаб. «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ. Выпуск 4; Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - С. 197-218.

10. Шарапов, В.И. Автомагистрали XXI века [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко // Матер. докл. II Международной науч.-практ. конф. «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье»; Белгор. гос. техн. ун-т. - Белгород: БГТУ, 2004. ? № 8. ? Часть VI.- С. 31-33.

11. Патент № 2220377 (RU) МПК⁷ F 23L 15/00. Способ работы теплогенерирующей установки [Текст] / В.И. Шарапов, В.А. Мишин, В.М. Николаев, М.И. Сагиров, А.В. Дзябченко (Марченко) - Бюллетень изобретений, 2003. ? № 36.

12. Патент № 2230992 (RU) МПК⁷ F 24D 1/00. Способ работы системы теплоснабжения [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Дзябченко (Марченко), М.И. Сагиров - Бюллетень изобретений, 2004. ? № 17.

13. Патент № 2244216 (RU) МПК⁷ F 23L 15/00. Способ работы промышленно-отопительной теплогенерирующей установки [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Дзябченко (Марченко) - Бюллетень изобретений, 2005. ? № 1.

14. Патент № 2253074 (RU) МПК⁷ F 24F 7/06. Способ работы системы вентиляции промышленного предприятия [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Дзябченко (Марченко), М.И. Сагиров - Бюллетень изобретений, 2005. ? № 15.

15. Патент № 2276757 (RU) МПК⁷ F 24F 7/06. Способ вентиляции промышленного предприятия [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко, А.А. Артемов - Бюллетень изобретений, 2006. ? № 14.

16. Патент № 2293927 (RU) МПК⁷ F 24F 7/00. Способ вентиляции промышленного предприятия [Текст] / В.И. Шарапов, А.А. Артемов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений, 2007. ? № 5.

17. Патент № 2293928 (RU) МПК⁷ F 24F 7/00. Способ вентиляции промышленного предприятия [Текст] / В.И. Шарапов, А.А. Артемов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений, 2007. ? № 5.

18. Патент № 2297576 (RU) МПК⁷ F 23L 15/00. Теплогенерирующая установка [Текст] / В.И. Шарапов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений, 2007. ? № 11.

19. Патент № 2309335 (RU) МПК⁷ F 24F 7/00. Способ вентиляции промышленного объекта [Текст] / В.И. Шарапов, А.А. Артемов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений, 2007. ? № 30.

20. Патент № 2309337 (RU) МПК⁷ F 24F 7/06. Способ вентиляции промышленного объекта [Текст] / В.И. Шарапов, А.А. Артемов, А.В. Марченко - Бюллетень изобретений, 2007. ? № 30.

Размещено на Allbest.ru

...