Министерство образования Российской Федерации УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.А. Кудинов

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ

УСТАНОВКАХ

Ульяновск 2000

УДК 662.613 ББК 31.31 К88

УДК 662.613

Кудинов А.А.

Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.-139 с.

Рассматриваются вопросы энергосбережения в теплогенерирующих уста­новках за счет глубокого охлаждения уходящих газов в конденсационных те-плоутилизаторах - экономайзерах. Представлены конструкции теплообмен-ных аппаратов, результаты экспериментальных исследований, математические модели тепло- и массообменных процессов, методики расчетов тепло-обменных аппаратов, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания, новые тепловые схемы котельных установок повышенной экономичности.

Монография предназначена для инженерно-технических работников, за­нимающихся проблемой использования тепла уходящих продуктов сгорания природного газа. Будет полезна преподавателям, аспирантам и студентам те-плофизических специальностей вузов.

Научный редактор — доктор технических наук

профессор В.И. Шарапов

Рецензенты: кафедра «Промышленная теплоэнергетика» Ульяновского государственного технического университета; кандидат физико-математических наук, руководитель Научно-технического центра энергосбережения «Ульяновск-госгорэнергонадзор» A.M. Афонин

Одобрено редакционно-издательским советом Ульяновского государст­венного технического университета

ISBN 5-89146-187-0 © А. А.Кудинов, 2000

Предисловие

Современное развитие энергетики характеризуется значительно возросшей стоимостью энергоносителей и всех видов природных ресурсов, а также постоянно увеличивающимися трудностями охраны окружающей среды от воздействия теплогенерирующих установок (ТГУ) и промышленных пред­приятий. Совершенствование энерготехнологии, энергосбережение, экономия топлива и других природных ресурсов, охрана окружающей среды являются приоритетными направлениями развития фундаментальных исследований в области энергетики.

Анализ работы газифицированных теплогенерирующих установок пока­зывает, что одним из путей существенного повышения коэффициента ис­пользования топлива (к.и.т.) является глубокое охлаждение (ниже точки росы) продуктов сгорания в конденсационных теплоутилизаторах (КТ). В этом случае повышение к.и.т. установки на 1 % осуществляется за счет снижения температуры уходящих газов на 2-^-4 "С. В КТ наряду с охлаждением продуктов сгорания происходит снижение содержания в уходящих газах оксидов азота. Однако широкое внедрение КТ поверхностного типа существенно сдерживается отсутствием теоретических разработок по тепло- и массообме-ну в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания.

Охлаждение дымовых газов в конденсационных теплоутилизаторах ниже точки росы снижает их влагосодержание, но не исключает возможности конденсации остаточных водяных паров в наружных газоходах и в дымовой трубе. Отсутствие фундаментальных исследований в этой области не позволяет принять правильное решение в практике проектирования КТ и вызывает неуверенность эксплуатационного персонала в возможности широкого ис­пользования КТ для повышения экономичности ТГУ. Основная задача со­стоит в определении параметров, при которых обеспечивается надежная экс­плуатация наружных газоходов и дымовых труб, отводящих в атмосферу ох­лажденные и частично осушенные в КТ продукты сгорания.

ч

К числу нерешенных задач, обуславливающих медленное внедрение конденсационных теплоутилизаторов, следует отнести следующие наиболее важные: изучение процессов тепло- и массообмена в конденсационных теп-лоутилизаторах поверхностного типа с целью установления числовых значений коэффициентов теплопередачи (теплоотдачи) рекуперативных теплооб­менников, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы; разработка и исследование способов защиты наружных газоходов и газоотводящих труб от возможности конденсации остаточных водяных паров из дымовых газов, охлажденных в КТ; изучение тепло- и массообменных процессов, протекающих в газоходах при движении охлажденных в конденсационных теплоутилизаторах продуктов сгорания; количественное изучение газоочистных возможностей кон­денсационных теплоутилизаторов поверхностного типа и, в частности, уста­новление степени очистки продуктов сгорания от оксидов азота; оценка эко­номической эффективности от внедрения КТ и использования конденсата продуктов сгорания в системе теплоснабжения котельной, а также за счет со­кращения производительности действующей водоподготовительной установки; разработка и внедрение котельных установок, в которых осуществляется комплексное использование вторичных энергетических ресурсов и схем ко­тельных установок без химводоочистки.

В книге представлены новые результаты опытного исследования кон­денсационного теплоутилизатора поверхностного типа, предложены матема­тические модели и методы расчета и оптимизации теплообменных аппаратов рекуперативного и контактного типа и газоотводящих труб, работающих в условиях конденсации водяных паров из уходящих газов газифицированных котельных установок.

В первой главе приводится подробный обзор состояния проблемы в об­ласти энергосбережения в теплогенерирующих установках за счет глубокого охлаждения газов.

Во второй главе представлено описание конструкций конденсационных теплоутилизаторов-экономайзеров, применяющихся с целью повышения ко­эффициента использования топлива и КПД в современных теплогенерирующих установках различного назначения.

Третья глава посвящена разработке математических моделей тепло- и мас-сообменных процессов, протекающих при глубоком охлаждении уходящих про­дуктов сгорания. На основании метода анализа размерностей введено понятие критерия орошения и получено новое критериальное уравнение теплоотдачи,

позволяющее количественно оценивать теплообмен в КТ поверхностного типа, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания. В этой же главе представлена математическая

модел ь

теплообмена охлажденных в КТ продуктов сгорания, движущихся в дымовой трубе. На основе закона сохранения энергии получены аналитические зависимо сти, позволяющие устанавливать условия надежной защиты наружных газохо дов и дымовых труб от гидратной коррозии методом байпасирования части не охлажденных продуктов сгорания. Представлены результаты вариантных расче тов параметров работы кирпичных и металлических газоотводящих труб раз личной высоты. Результаты разработок внедрены на Ульяновской ТЭЦ-3.

В четвертой главе представлены результаты натурных испытаний КТ по­верхностного типа, выполненного на базе биметаллического калорифера КСк-4-11 Костромского калориферного завода и установленного на всасывающей стороне дымососа парового котла ДЕ-10-14 ГМ №2 Ульяновской ТЭЦ-3. Испытания были проведены осенью 1999 г. и позволили установить те­плотехнические и экономические параметры работы КТ, которые показали его высокую эффективность (221,5 тыс. руб./год).

В пятой главе рассматриваются и решаются задачи повышения параметров работы КТ поверхностного типа и котельных установок в целом.

В шестой главе приведены методики расчета конденсационных тепло-утилизаторов-экономайзеров контактного и поверхностного типа, представ­лены данные по анализу КПД котлов и конденсационных теплоутилизаторов.

В седьмой главе представлены результаты анализа путей повышения эффективности использования газообразного топлива в котельных установках.

Теоретические исследования, представленные в монографии, выполнены автором самостоятельно, экспериментальные исследования проводились на Ульяновской ТЭЦ-3 совместно с инженерами Ю. Н. Алексеевым и В. А. Антоновым. Автор выражает им свою глубокую признательность.

Весьма признателен автор уважаемым рецензентам - докт. техн. наук, профессору Н. Н. Ковальногову и кандидату физико-математических наук, заместителю руководителя Научно- технического центра Энергосбережение «Ульяновскгосэнергонадзор» А. М. Афонину.