14.2 Причины возникновения дебалансов производственного пара и способы решения этой проблемы на промышленном предприятии

по сезонам года, так и в пределах месяцев, суток и даже часов. Для обеспечения

надежного, бесперебойного пароснабжения потребителей совершенно недоста-

У

точно свести баланс завода по средним значениям расходов и приходов за ме-

Т

сяц и тем более за год, а нужно обязательно учитывать реальные графики рас-

ходов пара в течение месяца, суток, часа. Баланс пара должен сходиться в лю-

Н

бой, хотя бы и короткий отрезок времени. Для этого необходимо иметь резерв-

Б

ные, мобильные, пиковые парогенерирующие мощности или применять другие

средства компенсации дебалансов. Необход мо также предусматривать воз-

й

можность использования периодическ х збытков пара, во избежание вынуж-

денного их сброса.

и

р

14.2.1 Целесообразн с

ь исп льзования ТЭЦ в качестве звена, замы-

кающего баланс про зводс

о

венного пара по заводу

т

На первый в гляд представляется наиболее простым и целесообразным

и

компенсир вать дебалансы производственного пара отборным паром турбин

ТЭЦ. Однако

з

казывается не всегда экономически оправданным, так как

работа турбины с отбором пара дает экономию топлива (а тем более приведен-

это

ных затрат) только при достаточной загрузке ее отборов в течение года. В про-

п

тивном случае теплофикационная турбина работают с перерасходом топлива и

е

особенно приведенных затрат по сравнению с работой при раздельном варианте

Р(КЭС + котельная).

Определим минимальное значение годового отпуска пара из отбора турби-

вариантам

энергоснабжения

потребителя

приняты

одинаковыми,

т.е.

ЭТЭЦ = ЭКЭС и QТЭЦ = Qкот.

∆В= Вразд − Вкомб или ∆В= ВКЭС + Вкот −ВТЭЦ

У

т

э.т

к

э.к

т

∆В

= Э

−b

−Э

− b

−b

(14.1)

b

КЭС

b

+ Q b

,

ТЭЦ

ТЭЦ

ТЭЦ ТЭЦ

КЭС

кот

ТЭЦ

где Э

т

и Эк

- количество электроэнергии,

Т

вырабатываемой на ТЭЦ

ТЭЦ

ТЭЦ

комбинированным способом (на тепловом потреблении) и в конденсационном

режиме, соответственно; Q - количество теплоты, отпускаемой потребителям

от ТЭЦ или котельной; bэ.т

,

bэ.к

и

b

- удельныйНрасход условного топ-

ТЭЦ

ТЭЦ

КЭС

й

лива на выработку 1 кВт ч электрической энергииБпо различному принципу:

bэ.т - на ТЭЦ на тепловом потреблен

;

bэ.к

- на ТЭЦ в конденсационном

ТЭЦ

паром

ТЭЦ

режиме;

- на КЭС;

о

- удельный расход топлива на единицу

b

bт

и

b

КЭС

ТЭЦ

коти

тепл

из отборов турбин ТЭЦ и от котель-

отпущенной потребителю

ты с

ной.

и

При современном уровне развития техники вышеуказанные удельные рас-

ходы топлива меняются в нешироких пределах и их можно принять следующи-

ми: b

о

кг

;

bэ.к

кг

; bэ.т = 0,14...0,16

кг

.

= 0,32...0,34

= 0,36...0,38

п

з

ТЭЦ

ТЭЦ

КЭС

кВт ч

кВт ч

е

кВт ч

В уравнении (14.1) первое слагаемое представляет собой экономию топли-

ва, которую дает комбинированная выработка теплоты и электроэнергии по

Р

Э

т

−b

э.т

>

Э

к

э.к

− b

(14.2)

b

КЭС

b

ТЭЦ

ТЭЦ

ТЭЦ

ТЭЦ

КЭС

Откуда минимальное (критическое) соотношение выработки электроэнер-

гии на ТЭЦ на тепловом потреблении и конденсационным способами:

У

Эт

bэ.к

− b

КЭС

Т

ТЭЦ

ТЭЦ

(14.3)

Эк

=

b

−b

э.т

Н

КЭС

ТЭЦ

ТЭЦ

Подставив в уравнение (14.3) принятые из приведенных выше диапазонов

значения удельных расходов топлива,

значениеБкритического соотно-

шения равным

й

Эт

ТЭЦ

≈

0,4

(14.4)

Эк

получим

ТЭЦ

р

Так как капитальные за ра ы на ТЭЦ значительно больше, чем при раз-

дельном варианте, то

о

нулевой экономии топлива будет иметь место увели-

чение приведенных

т

атрат. Для равной экономичности по приведенным затра-

там вариант в с д бавочной турбиной для компенсации дебалансов пара на

при

производстве незбх димо, как показали расчеты, иметь соотношение

о

Эт

п

ТЭЦ

> 0,5

(14.5)

Эк

ТЭЦ

еТаким образом, покрытие периодических, особенно кратковременных, де-

балансов производственного пара по заводу путем установки большего (против

Р

У

мо рассмотреть и другие способы сведения балансов производственного пара

по заводу в любой отрезок времени.

Т

14.2.2 Пути сведения балансов производственного пара (аккумулирова-

ние пара, пиковые парогенерирующие мощности)

Н

Б

Одним из возможных путей сведения балансов производственного пара

является его аккумулирование в периоды избыточного поступления с отдачей

й

пара во время, когда его не хватает. Для выравнивания графика поступления

и

пара к потребителям и устранения перебоев в их снабжении в схеме целесооб-

разно устанавливать паровые аккумуляторы переменного давления (рису-

требителю

ветвлению б проходит через об-

нок 14.1). Аккумулятор присоединяется к паропроводу. Если давление в паро-

о

проводе возрастает, пар по от-

пар от источника

пар к п

и

ратный клапан в подводный кол-

а

з

4

т

лектор и далее через сопла в во д-

5

о

б

1

ное пространство аккумулятора.

п

Поступления пара по ответвлению

а в сухопарник аккумулятора не

3 2

Р

произойдет, так как этому воспре-

пятствует обратный клапан.

Рисунок 14.1 – Схема включения парового

аккумулятора переменного давления

е

Пар, поступивший в водное

1 – бак-аккумулятор; 2 - коллектор; 3 - со-

пространство аккумулятора, кон-

пло; 4 – сухопарник; 5 - обратный клапан

денсируется, и, так как его давле-

ре; пар из последнего начинает поступать по ответвлению а через обратный

клапан в паровую магистраль. Давление в аккумуляторе понижается, и перегре-

У

тая вода испаряется – происходит разрядка аккумулятора. Пар, поступивший из

аккумулятора в магистраль, компенсирует разницу между расходом и приходом

Т

пара. Паровые аккумуляторы выполняются в виде горизонтальных цилиндри-

ческих сосудов, заполненных на 90...95 % объема водой.НТепловые потери изо-

лированных аккумуляторов даже при установке их на открытом месте незначи-

тельны и не превышают 115...175 Вт/м2.

Б

Аккумуляторы пара могут

менятьсяй, если в данном производстве де-

фициты пара невелики (несколько десятков тонн в час) и длятся недолго (доли

и

часа). Размеры аккумулят ра зависят от заданных значений начального и ко-

нечного давления и общей

пр

ребуем й аккумулирующей способности. Послед-

няя должна быть определенапографику нагрузки аккумулятора. Использова-

т

ние аккумулятора тем эффективнее, чем чаще и равномернее чередуются пики

и провалы в графике

аккумулятора и чем короче периоды его зарядки

нагрузки

и разрядки.

з

Необходимая емкость парового аккумулятора находится из уравнения те-

о

плового баланса

п

I1 = I2 + Iп ,

(14.6)

е

где

I1 – полная энтальпия воды, содержащейся в аккумуляторе до разряд-

Рки, кДж;

161

G1 – масса воды в аккумуляторе до разрядки, кг;

G2 – то же после разрядки, кг;

D = G1 – G2 - масса полученного в аккумуляторе пара, кг;

tн1 и tн2 – температура воды в аккумуляторе до и после разрядки, оС;

ср - массовая теплоемкость воды, кДж/(кг К);

У

i2 – энтальпия пара в конце разрядки аккумулятора, кДж/кг.

Т

Баланс (14.6) можно представить:

G1c p tн1 = G1 − D c p tн2 + D i2 ,

(14.7)

откуда

Б

G1 = D

i2 − c p tн2

Н

(14.8)

c p (tн1 −tн2 )

Полный объем аккумулятора, м3,

разрядки

D

V

= G1 =

2

p н2

)

,

(14.9)

о

(t

ак

α ρ

α ρ

c

−t

н2

т

1

и1 p н1

где ρ1 – плотность воды в начале

, кг/м3; α – коэффициент, учитываю-

и

ра в дой (α = 0,9…0,95).

щий долю заполнения аккумуля

Удельный объем аккумуля ора (м3/кг), отнесенный к 1 кг аккумулируемого

пара,

о

з

υ

=

Vак

=

i2

− c p tн2

(14.10)

п

ак

Р2

D

α ρ c

p

(t

н1

−t

н2

)

е

1

Р1

и с его повышение υ

уменьшается.

зависит от ере ада давлений

ак

14.2.3 Выравнивание паропроизводительности утилизационной уста-

Рновки методом подтопки

У

причинам уменьшаются, паропроизводительность КУ снижается. Повысить ее

до нужного значения можно путем сжигания топлива в подтопочном устройст-

Т

ве и подмешивания горячих газов, выходящих из подтопочного устройства к

отходящим газам из печи (рисунок 14.2). Подтопкой можно обеспечить номи-

нальную паропроизводительность КУ и при остановленной печи и даже повы-

Б

сить ее. В обоих случаях дополнительный пар получается за счет сжигания то-

плива, как в обычных производственных или пиковых котельныхН.

Наиболее распространены КУ змеевикового типа с многократной прину-

и

дительной циркуляцией (МПЦ). Змеев ковые КУ с МПЦ рассчитаны на темпе-

р

ратуру греющих газов не выше 850

оС, т.к.йпакеты труб крепятся к своду котла

неохлаждаемыми подвесками,

ые могут перегореть. Обеспечить темпера-

туру перед КУ не выше 850

С п и значительных размерах подтопки, особенно

т

4

кото

рециркуляция

дымовые газы в

з

атмосферу

во

1

4

2

3

т пли и

п

е

в дух

пар

питательная

Р

вода

топливо

воздух

У

тельности КУ за счет подтопки КПД КУ может быть равным 0,65…0,7. Суще-

ственно повысить КПД до 0,8…0,87 можно применением рециркуляции газов.

Т

Расход газов, сбрасываемых после КУ в атмосферу, в этом случае будет равен

расходу их из подтопочного устройства, в котором топливо сжигается с мин и-

мальным избытком воздуха. Потеря теплоты будет такая же, как у обычных

котлов.

Б

Используя котлы-утилизаторы с подтопкой в качествеНобычных паро-

генераторов как пиковых можно решить проблему дебаланса пара на про-

мышленном предприятии.

инте

р

Рациональный выбор параметров парайот утилизационных установок с

комплексным учетом общезаводских

есов является весьма сложной зада-

чей. В котлах, работающих на пливе, температура продуктов сгорания в топ-

ке составляет обычно ок ло 2000

С. Температура отходящих газов перед КУ

t, оС

о

(рисунок 14.3) в большинстве слу-

t'г

о

т

чаев не превышает

400…700

о

С.

Вследствие

этого

отношение

п

и

з

Gу.г./Dп, где Gу.г

- расход греющих

е

t"г

газов в КУ;

Dп – расход вырабаты-

tн = f (Р )

tхол

tух

ваемого пара, во много раз больше,

100

чем в котлах на топливе. А это, в

tпв

свою очередь, приводит к тому, что

Р

Испарительная поверхность

Экономайзер

в экономайзере

КУ

температура

нагрева

Рисунок 14.3 – Температурный график

уходящих газов может быть сни-

жена, как правило, только незначи-

котла-утилизатора

164

тельно. В связи со сравнительно низкой температурой газов на вх

оде в КУ

большое влияние на его паропроизводительность имеет давление вы-

ваемого пара, которым определяется температура испарения

воды,

а,

тельно, и возможное охлаждение греющих газов в испарительной части,

в

У

торой отдается основное количество теплоты. Экономически оправданная

нимальная разность температур между газами и испаряемой водой на холодном

конце испарительной части КУ

tхол ~ 40 оС (рисунок 14.3).

Т

Теплота, отдаваемая потребителям 1 кг пара, сравнительно мало зависит от

его давления, так как определяется в основном теплотой конденсации, поэтому,

Б

чем ниже давление пара в КУ, тем больше теплоты получит потребитель при

том же расходе греющих газов и одинаковой их начальнойНтемпературе.

При заданном расходе греющих газов GКУ и их температуре на входе в КУ

выработка пара составит:

и

р

йс G

с

G

t′

− t′′

р

КУ

t′

− t′′

D

=

г

г

=

р

КУ

г

г

,

(14.11)

КУ

изо

r

i′′− i′

где

ср – средняя масс вая

ба ная теплоемкость газов в КУ можно при-

т

– температура газов на входе и на выходе из

нять ср = 1,05 кДж/(кг К); t′г

и t″г

и

= tн

tхол, здесь

tн – температура кипения воды в

испарительной части КУ;

tг′′

+

з

tхол – эконо-

КУ определяется по давлен ю из таблиц состояния насыщения;

мически

правданная минимальная разность температур между газами и испа-

па

ряемой в д й на х лодном конце испарительной части КУ, можно принять

е

t

хол

= 40 С; i″, i′ и r – энтальпия сухого насыщенного пара, кипящей воды и

о

т плота

рообразования определяются по давлению из таблиц состояния на-

сыщ ния.

Проведя исследование зависимости паропроизводительности КУ от давле-

Рния вырабатываемого сухого насыщенного пара на основе формулы (14.11)

У

Т

Н

Б

, МПа

Рисунок 14.4 – Зависимость паропроизводительности

котла-утилизатора от давления генерируемого пара

й

и

р

14.3 Использование вторичных тепловых ресурсов на промышленном

предприятии

Технологические пр цессы с п вождаются в ряде случаев значительны-

ми отходами,

которые при исп льз вании в других технологиях называются

личают

вторичными (или вну ренноми) ресурсами. Если эти отходы представляют ин-

з

терес как источн к энергто, их называют вторичными энергетическими ре-

о

следующие ВЭР:

сурсами (ВЭР). Ра

п

−

г рючие ВЭР (используется их теплота сгорания);

е

овышенного давления (используется их внутренняя энергия для

Р

−

ВЭР

сов ршения работы);

−

тепловые ВЭР.