Способ регулирования режима работы устройства для предварительного подогрева воздуха в котельном агрегате, работающем на газе, с вращающимся регенеративным воздухоподогревателем

Изобретение относится к сжиганию газообразного топлива на котлах, оборудованных регенеративными вращающимися воздухоподогревателями. Данный способ регулирования режима работы устройства для предварительного подогрева воздуха в котельном агрегате, работающем на газе, с вращающимся регенеративным воздухоподогревателем включает измерение температуры предварительно нагретого перед регенеративным воздухоподогревателем воздуха с последующим изменением этой температуры путем изменения расхода теплоносителя, подаваемого на устройство для предварительного подогрева воздуха, в котором в отопительный период перед регенеративным воздухоподогревателем поддерживают температуру предварительно подогретого воздуха согласно выражению:

где t_к - температура конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах за регенеративным воздухоподогревателем, °С; Т_ух - температура уходящих газов за регенеративным воздухоподогревателем при данной нагрузке котельного агрегата, °С. Изобретение обеспечивает снижение расхода топлива за счет повышения кпд котла, снижение выбросов вредных веществ и парникового газа, а также уменьшение расхода электроэнергии на тягодутьевые устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на котельных агрегатах, оснащенных вращающимися регенеративными воздухоподогревателями при работе на газообразном топливе.

Известен способ поддержания температуры воздуха перед воздухоподогревателем котла путем его предварительного подогрева рециркуляцией горячего воздуха, подаваемого на всасывающую сторону дутьевого вентилятора, или в паровых калориферах (см., например, Н.В.Кузнецов "Рабочие процессы и вопросы усовершенствования конвективных поверхностей котельных агрегатов". Госэнергоиздат, М.-Л., 1958, стр.138-140).

Недостатком такого технического решения является необходимость поддерживать высокую 70-90°С температуру воздуха перед воздухоподогревателем, например, при сжигании жидких и твердых топлив, что приводит к высокой температуре уходящих газов и большим потерям тепла с уходящими газами - до 8-10%. Следствием такого положения является увеличение расхода топлив, выброса вредных веществ в атмосферу и парниковых газов, а также к перерасходу электроэнергии на тягу и дутье.

Известен также способ регулирования режима работы устройства для предварительного подогрева воздуха на котлах, оснащенных регенеративными воздухоподогревателями, сжигающими природный газ, путем поддержания в течение всего года эксплуатации котлов постоянной ˜30°С температуры воздуха перед регенеративными воздухоподогревателями регулированием режима работы путем изменения подачи теплоносителя на устройство для предварительного подогрева воздуха (см. Режимная карта котда ТГМ-84А, топливо-газ, Орской ТЭЦ-1, 2003).

Недостатком этого способа является то, что в отопительный период эксплуатация котла при всех нагрузках сопровождается повышенными расходом топлива, расходом электроэнергии на тягу и дутье, выбросами в атмосферу вредных веществ и парниковых газов.

Задачами, на решение которых направлен предлагаемый способ, являются повышение экономичности котлов, оборудованных регенеративными вращающимися воздухоподогревателями, при сжигании природного газа с обеспечением их надежности и снижения выбросов в атмосферу.

Это достигается тем, что в способе регулирования режима работы устройства для предварительного подогрева воздуха в котельном агрегате, работающем на газе, с вращающимся регенеративным воздухоподогревателем, включающем измерение температуры предварительно нагретого перед регенеративным воздухоподогревателем воздуха с последующим изменением этой температуры путем изменения расхода теплоносителя, подаваемого на устройство для предварительного подогрева воздуха, в отопительный период перед регенеративным воздухоподогревателем поддерживают температуру предварительно подогретого воздуха согласно выражению:

где - температура подогрева воздуха перед регенеративным воздухоподогревателем;

t_к - температура конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах за регенеративным воздухоподогревателем, °С.

Т_ух - температура уходящих газов за регенеративным воздухоподогревателем при данной нагрузке котельного агрегата, °С;

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен вариант реализации способа.

Устройство, реализующее способ, включает регенеративный воздухоподогреватель с газовой и воздушной частью соответственно 1, 2, устройство для предварительного подогрева воздуха 3, размещенное в воздуховоде 4, подключенное через задвижку с электроприводом 5 для регулирования расхода теплоносителя, подаваемого в устройство для предварительного подогрева воздуха 3 с каналом подачи теплоносителя 6 и регулятором температуры предварительно подогретого воздуха 7, соединенного с измерителем температуры (например, термопарой) воздуха 8, размещенным перед входом в воздушную часть регенеративного воздухоподогревателя 2, за газовой частью регенеративного воздухоподогревателя размещены измеритель температуры уходящих газов 9 и устройство для отбора проб газа 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В холодное время года - отопительный период - температура воздуха после подогрева его в устройстве для предварительного подогрева 3 поддерживается ниже температуры, регламентируемой режимной картой котельного агрегата, но не менее значения , учитывая показания измерения температуры уходящих газов 3 и температуры конденсации водяных паров в уходящих газах за регенеративным воздухоподогревателем с помощью отбора проб газа 10. Температура воздуха с учетом указанных измерений поддерживается перед регенеративным воздухоподогревателем 2 за счет снижения расхода теплоносителя, подаваемого на устройство для предварительного подогрева воздуха 3 в зависимости от нагрузки котла воздействием регулятора 7 на задвижку 5 от сигналов термопар 8, измеряющих температуру воздуха перед воздушной частью 2 регенеративного воздухоподогревателя.

Например, режимной картой котла ТГМ-84 номинальной производительностью 420 т/ч Орской ТЭЦ-1 регламентируется перед регенеративными воздухоподогревателями в любое время года поддерживать температуру воздуха =30°С. Проведенные испытания показали, что снижение температуры воздуха перед регенеративными воздухоподогревателями на каждые 10°С приводит к снижению температуры уходящих газов на 6°С, что соответствует повышению кпд котла брутто на ˜0,33%.

В соответствии с предложенным решением температура воздуха на входе в регенеративный воздухоподогреватель в отопительный период может быть значительно ниже 30°С, например снижена до =0°С. В этом случае на нагрузке, близкой к номинальной, температура уходящих газов изменится на 18°С со 152°С до 134°С, а кпд брутто котла возрастет на величину Δη≈1% за счет снижения потерь тепла с уходящими газами.

Для обеспечения надежной работы регенеративных воздухоподогревателей минимальная температура стенки их поверхности должна быть выше температуры конденсации водяных паров (t_к), содержащихся в продуктах сгорания за регенеративным воздухоподогревателем, то есть по экспериментальным данным определяется из соотношения В соответствии с предложенным решением минимально допустимая температура воздуха после его предварительного подогрева в отопительный период должна составлять не менее

где t_к≈54°С - температура конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах за регенеративными воздухоподогревателями при обычных в них коэффициентах избытка воздуха 1,35-1,4.

При этом минимальная температура стенки поверхности нагрева воздухоподогревателя составит:

Таким образом, обеспечивается надежная работа воздухоподогревателя при рассмотренном режиме.

Полученное при сниженной согласно предложенному решению температуре воздуха на входе в воздухоподогреватель увеличение кпд котла брутто на Δη=1% приводит:

- к уменьшению расхода топлива в отопительный период на величину

- снижению выброса в атмосферу парниковых газов в отопительный период на

В последних формулах: В=27700 м³/ч - часовой расход топлива при нагрузке котла 340 т/ч и температуре воздуха на входе в регенеративный воздухоподогреватель τ=4080 ч - число часов работы котла в отопительный период. Отопительный период в г.Орске продолжается с 20 октября по 10 апреля, то есть τ_от=4080 часов. Средняя нагрузка котла в этот период составляет около 340 т/ч, а температура уходящих газов Т_ух=152°С; ρ=1,964 кг/м³ - плотность CO₂; - количество парникового газа (CO₂), образующегося при сжигании одного м³ природного газа.

Реализация предлагаемого изобретения на одном котле ТГМ-84 при стоимости в настоящее время природного газа 1,1 руб./м³ обеспечит экономический эффект за отопительный период около 1,24 млн.руб. только за счет экономии топлива и снижения выбросов в атмосферу СО₂ (парникового газа) на ˜2108 т.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет:

- повысить кпд брутто котельного агрегата за счет снижения потерь тепла с уходящими газами и, следовательно, снизить расход топлива на производство пара;

- снизить расход электроэнергии на дымосос за счет снижения температуры уходящих газов и расхода топлива, приводящих к уменьшению объема прокачиваемых газов;

- снизить расход электроэнергии на дутьевой вентилятор вследствие уменьшения расхода топлива и средней температуры воздуха в тракте предварительного подогрева воздуха;

- уменьшить выброс вредных веществ (оксидов азота, бенз(α)пирена и парниковых газов (CO₂).

С ростом нагрузки котла предложенное решение обеспечивает увеличение перечисленных положительных эффектов.

Способ регулирования режима работы устройства для предварительного подогрева воздуха в котельном агрегате, работающем на газе, с вращающимся регенеративным воздухоподогревателем, включающий измерение температуры предварительно нагретого перед регенеративным воздухоподогревателем воздуха с последующим изменением этой температуры путем изменения расхода теплоносителя, подаваемого на устройство для предварительного подогрева воздуха, отличающийся тем, что в отопительный период перед регенеративным воздухоподогревателем поддерживают температуру предварительно подогретого воздуха согласно выражению:

где - температура подогрева воздуха перед регенеративным воздухоподогревателем;

t_к - температура конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах за регенеративным воздухоподогревателем, °С;

Т_ух - температура уходящих газов за регенеративным воздухоподогревателем при данной нагрузке котельного агрегата, °С.