Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и обзор процессов сжигания топлива в источниках систем тепло- снабжния мегаполисов 12
1.1 Способы сжигания газообразного топлива 12
1.2 Экологические аспекты сжигания газообразного топлива 14
1.2.1 Основные компоненты продуктов сгорания газообразного топлива, загрязняющих окружающую среду 20
1.2.2 Методы подавления вредного воздействия выбросов 23
Глава 2. Теплофизика горения при ламинарном движении газовой смеси в газовой горелке теплоге нератора системы теплоснабжения 28
2.1 Физико-химические основы сжигания газа 28
2.2 Скорость распространения пламени при газо-воздушной и газо кислородной смеси 30
2.3 Теплофизика горения при ламинарном движении газовой смеси в горелке 31
2.4 Недостатки, возникающие при повышении концентрации кислорода в воздухе, участвующем при сжигании газа 37
2.5 Выводы 39
Глава 3. Исследование процессов сжигания топлива при различном процентном содержании кислорода в воздухе, используемом в качестве окислителя в теплогенераторах малой и средней мощности 40
3.1 Топливно-воздушный, топливно-воздушно-кислородный и топливно-кислородный источник энергии для источников систем теплоснабжения 40
3.2 Расчёт теплогенератора при различном процентном содержании кислорода в воздухе, используемом в качестве окислителя для источников систем теплоснабжения
3.2.1 Топливно-воздушный, 21 % кислорода 41
3.2.2 Топливно-воздушно-кислородный, 50 % кислорода 42
3.2.3 Тошгавно-кислородный источник энергии, 100 % кислорода 42
3.3 Расчёт теплогенератора 43
3.4 Расчёт объёмов продуктов сгорания для топливно-воздушного, топливно-воздушно-кислородного и топливно-кислородного режима сгорания газообразного топлива 49
3.5 Расчёт ПДК продуктов сгорания и высоты дымовой трубы источников систем теплоснабжения 55
3.6 Выводы 63
Глава 4. Эксперименталыюе исследование топливно-кислородного способа сжигания топлива в теплогенераторах систем теплоснабжения 64
4.1 Схема экспериментальной установки 64
4.2 Методика проведения эксперимента топливно-кислородного режима сжигания топлива 67
4.3 Использование топливно-кислородного источника для котлов тепловой мощностью 100 кВт, используемых в децентрализованных системах теплоснабжения 70
4.4 Экспериментальное исследование топливно-кислородного способа сжигания для котлов тепловой мощностью 2 МВт широко применяемых для систем теплоснабжения малых городов и посёлков 75
4.4.1 Схема промышленно-эксплуатационной установки 75
4.5 Методика проведения промышленно-эксплуатационных испытаний топ
ливно-воздушно-кислородного режима сжигания газа с котлами ВК-21 (КСВа-2) 77
4.5.1 Результаты промышленно-эксплуатационных исследований 78
4.5.2 Измерение процентного содержания кислорода в воздухе 80
4.5.3 Измерение температуры уходящих газов 80
4.5.4 Измерение коэффициента избытка воздуха 81
4.5.5 Коэффициент полезного действия экспериментально-промышленной установки 84
4.6 Расчёт экономической эффективности проведённого исследования 84
4.7 Выводы 86
Глава 5. Метрологические характеристики и погрешности определения теплотехнических параметров 88
5.1 Классификация погрешностей средств измерений 88
5.2 Погрешность температуры и надіжность измерения двуокиси углерода в продуктах сгорания 92
5.3 Метрологические характеристики и погрешности средств измерения 94
5.4 Выводы 96
Заключение, основные выводы по работе 99
Список литературы 100
Приложения по
- Экологические аспекты сжигания газообразного топлива
- Скорость распространения пламени при газо-воздушной и газо кислородной смеси
- Расчёт теплогенератора при различном процентном содержании кислорода в воздухе, используемом в качестве окислителя для источников систем теплоснабжения
- Методика проведения эксперимента топливно-кислородного режима сжигания топлива
Введение к работе
Актуальность проблемы
В связи с ростом объёмов капитального строительства потребление природного газа в жилищно-коммунальном хозяйстве постоянно увеличивается. Например, в г. Волгограде и Волгоградской области потребление природного газа в среднем ежегодно возрастает на 4,5 %. При этом, по статистическим данным в топливном балансе систем теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства доля использования природного газа в настоящее время достигает 87-90 %, а эффективность его использования мала [56, 66, 67, 128].
Вместе с тем, отмечается значительное повышение цен на углеводородное топливо как на мировом, так и на внутреннем рынке. Поэтому актуальными являются исследования, направленные на экономию углеводородного топлива в системах жилищно-коммунального хозяйства.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Перечнем приоритетных научно-технических проблем ОАО «ГАЗПРОМ» на 2006-2010 годы, от 25.07.2005 г. по тематике «Развитие системы обеспечения эффективного использования Обществом топливно-энергетических ресурсов и стимулирования газо-энергосбережения потребителями» и тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Цель диссертационной работы
- снижение расхода газового топлива в теплогенерирующих установках
систем теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства посредством
обеспечения рационального режима сжигания природного газа.
Задачи исследования
анализ существующих методов сжигания природного газа в теплогенерирующих установках систем теплоснабжения ЖКХ;
проведение численного эксперимента по исследованию закономерностей процесса горения газовой смеси в газогорелочном устройстве теплоге-нерирующей установки;
- аналитические исследования для определения закономерности изме
нения температуры в зоне догорания при топливно-воздушно-кислородном
режиме сжигания природного газа;
- разработка методики оценки эффективности применения топливно-
кислородного режима сжигания природного газа при различных режимно-
технологических условиях эксплуатации теплогенерирующих установок ЖКХ;
- разработка опытно-промышленной установки по определению потерь
теплоты, КПД, концентрации вредных веществ в продуктах сгорания при
применении топливно-воздушно-кислородного режима сжигания природно
го газа в тепогенерирующих установках;
- экспериментальные исследования по определению рационального
диапазона увеличения процентного содержания кислорода в воздухе, приме
няемом для сжигания природного газа в теплогенерирующих установках
систем теплоснабжения ЖКХ.
Объект исследования
Рациональные способы сжигания газообразного топлива, их технологические и экологические преимущества и недостатки перед широко применяемыми в настоящий момент в источниках систем теплоснабжения.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физико-математическое моделирование изучаемых процессов, экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях действующего производства.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделирования изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, приведённых в лабораторных и натурных условиях, с результатами других авторов.
Научная новизна
1. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование топ-
ливно-кислородного и топливно-воздушно-кислородного режима сжигания
газообразного топлива источника теплоты систем теплоснабжения.
Разработана математическая модель определения теплофизических характеристик горения газообразного топлива при ламинарном движении газовой смеси.
Уточнена формула Ле-Шателье позволяющая теоретически анализировать скорость горения любого газа от его физических характеристик.
Разработана методика проведения эксперимента для подтверждения теоретических расчетов эффективности замены топливно-воздушного источника энергии на топливно-воздушно-кислородныи.
Впервые введён коэффициент Ф - коэффициент теоретически необходимого кислорода для горения топлива в источниках систем теплоснабжения.
Спроектирована экспериментальная установка, позволившая повысить эффективность работы источника теплоты системы теплоснабжения.
Проведена экологическая оценка воздействия топочных газов на окружающую среду при различном процентном содержании кислорода в окислителе, применяемом для сжигания природного газа.
Полученные результаты исследования внедрены в условиях действующего производства и получен экономический эффект с выдачей рекомендаций и режимных карт для дальнейшей работы теплогенератора.
Практическая значимость
- разработана методика оценки эффективности замены топливно-
воздушного режима сжигания природного газа в теплогенерирующих уста
новках систем теплоснабжения ЖКХ на топливно-воздушно-кислородныи и
топливно-кислородный способы сжигания;
- разработаны и внедрены организационно-технические мероприятия и
практические рекомендации по применению топливно-кислородного и топ-
ливно-воздушно-кислородного режимов сжигания газа в теплогенерирую
щих установках систем теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйст
ва.
Реализация результатов работы:
результаты исследовательской работы использованы ООО «Газпром трансгаз Волгоград» при эксплуатации теплогенерирующих установок на собственных котельных,
результаты исследовательской работы применены организацией ЗАО «Тешюсервис» (г. Волгоград) при изготовлении газогорелочных устройств и ДЗАО «Оргремгаз» ОАО «Электрогаз» (г. Краснодар) - при выпуске теплогенерирующих установок,
материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 290700 Теплогазоснабжение и вентиляция ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Личный вклад автора
В диссертации изложены результаты исследований выполненных лично автором; разработка математических и физических моделей оптимизации объектов систем теплогазоснабжения сжигания газа; организация, планирование и проведение экспериментальных исследований на лабораторных установках; обработка, анализ и обобщение результатов; внедрение на действующем производственном объекте.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы представлялись и докладывались; на ежегодных научных конференциях ВолгГАСУ; на III Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» и V Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды»
Основные результаты и положения выносимые на защиту
- аналитические зависимости, характеризующие расчётные параметры
теплогенерирующей установки (теоретические объёмы и энтальпии продук
тов сгорания, температура точки росы, потери теплоты, КПД брутто, пол
ный, условный и расчётный расход топлива, габариты газо-воздушного трак
та) при топливно-воздушно-кислородном и топливно-кислородном режимах
сжигания газообразного топлива в теплогенерирующих установках;
результаты численного эксперимента по уточнению зависимости изменения температуры в зоне догорания газообразного топлива при ламинарном движении газовой смеси в газовой горелке;
для условий топливно-воздушно-кислородного режима сжигания газа дополнение формулы Ле-Шателье, позволяющее теоретически оценить скорость горения газа в зависимости от его физических характеристик;
полученные по результатам численного эксперимента значения коэффициента теоретически необходимого кислорода для проведения расчётов теплового баланса теплогенерирующих установок систем теплоснабжения при топливно-воздушно-кислородном и топливно-кислородном режимах сжигания природного газа;
экспериментальные зависимости, характеризующие изменение объёма и состава продуктов сгорания при различном процентном содержании кислорода в воздухе, применяемом для сжигания природного газа.
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ, в том числе 3 работы по списку ВАК, в материалах международных и Российских конференций.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объём - 124 страницы, в том числе: 19 рисунков на 19 страницах; 18 таблиц на 20 страницах список литературы из 139 наименований на 11 страницах.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Для повышения эффективности использования, оптимизации и совершенствования процессов сжигания органического топлива и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду продуктами сгорания источников систем теплоснабжения предлагается рациональный метод сжигания топлива — топливно-кислородный и топливно-воздушно-кислородный [14].
Существенное значение на изменение состояния окружающей среды оказывает способ сжигания органического топлива в источниках систем теплоснабжения, объём и качество продуктов сгорания.
В комплексной проблеме антропогенного изменения окружающей среды особую роль занимает загрязнение атмосферы мегаполисов. Наряду с передвижными источниками загрязнения атмосферы (автотранспорт и т.п.) большую проблему представляют расположенные в непосредственной близости районные и квартальные котельные ( теплогенерирующие установки ) систем теплоснабжения являющиеся стационарными источниками загрязнет ния окружающей среды. В силу ряда объективных причин городская застройка препятствует естественной вентиляции, особенно загрязнённого приземного слоя, из которого происходит вдыхание человека. Внутри кварталов возникают аэрационные «тени» где концентрация вредных выбросов резко возрастает. Эта проблема в последнее время обостряется, так как из-за большой стоимости инженерных коммуникаций, новое строительство ведётся с заполнением существующих «белых пятен» мегаполисов и застройкой парковых зон. Высота вновь строящихся высотных зданий превышает высоту дымовых труб существующих районных и квартальных котельных. Существующие устаревшие источники систем теплоснабжения работают в настоящий момент на максимальных нагрузках, что значительно увеличивает образование вредных выбросов и их объём.
Дыхание человека — это процесс, биологически необходимый и беспрерывный. Влияние вдыхаемого человеком загрязнённого воздуха на его
здоровье и на продолжительность жизни трудно переоценить. Локальные и индивидуальные системы очистки вдыхаемого воздуха не могут решить -проблему кардинально. Необходим системный подход к данной проблеме, а значит устранение полностью или существенное уменьшение источника загрязнений, постоянный контроль со стороны эксплуатации и контрольных органов, наличие нормативной базы, строго регламентирующей производителей котельного оборудования, проектировщиков и строителей систем теплоснабжения. Решением данной проблемы на муниципальном уровне может себе позволить только такой субъект Российской Федерации как Москва обладающая достаточными экономическими и интеллектуальными ресурсами [6, 21, 36].
Отсутствие экологической культуры, существенное отставание нормативной базы, затянувшаяся перестройка природоохранных организаций, всё это - оказывает негативное влияние на нашу окружающую среду, 75% россиян дышат загрязнённым воздухом. Чаще всего воздух отравляют взвешенные вещества, оксиды азота и углерода, диоксид серы, полихроматические углеводороды, фенол, формальдегид и тяжёлые металлы. Особое место среди загрязнителей занимает канцерогенный бенз(а)пирен, воздействию которого в стране подвергаются свыше 14 млн. человек. Свыше 5-ти млн. человек проживают на территории с повышенным содержанием двуокиси азота, сероуглерода, формальдегида и окиси углерода. По сравнению с городами Европы и даже США, в России в атмосферном воздухе регистрируются более высокие концентрации аммиака, бенз(а)пирена и окиси углерода [7, 45].
Экологические аспекты сжигания газообразного топлива
Согласно введённого в действие с 25 июня 2003 года Гигиенического норматива ГН 2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест" (с изм., внесенными Постановлениями Главного государственного санитарного врача РФ от 17.10.2003 № 150, от 03.11.2005 № 24, от 19.07.2006 № 15) количег ство загрязняющих веществ не должно превышать указанные нормативы. Основные продукты горения топлива согласно которых ведётся расчёт высоты дымовых труб и их предельно допустимые концентрации (ПДК) в приземном слое сведены в табл. 1.1. Настоящие нормативы используются при проектировании технологических процессов, оборудования и вентиляции, для санитарной охраны атмосферного воздуха и для профилактики неблагоприятного воздействия загрязняющих атмосферный воздух веществ на здоровье населения городских и сельских поселений. Для санитарной оценки применяются следующие показатели: - ПДК максимально разовая устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин.), - ПДК среднесуточная устанавливается с целью предотвращения прямого или косвенного мутогенного, канцерогенного и общетоксилогического воздействия при неограниченно долгом вдыхании.
Но растущая рядом с существующей котельной застройка изменяет эти концентрации. Внутри кварталов образуются (аэрационные тени) невенти-лируемые естественным путём участки, концентрация в которых резко возрастает. Пример на рис 1.1 Центральный район г. Волгограда ул. Голубин-ская котельная 101 квартала. Не надо обладать наблюдательностью, чтобы увидеть аналогичную ситуацию и в других микрорайонах города.
Природный газ в настоящий момент является практически единственным видом топлива, используемого для ТЭЦ, районных и индивидуальных котельных как нашего региона, так и большинства регионов нашей страны. Практически, единственными, действительно опасными ингредиентами, создающими экологическую проблему при сжигании природного газа, являются оксиды азота NOx Под термином NOx обычно понимают сумму монооксида NO и диоксида азота NO2. Имеются и другие соединения кислорода с азотом, но для решения охраны окружающей среды они не имеют такого значения как NOx Следует обратить внимание на то, что данная концентрация измеряется в приземном слое на уровне вдыхания человека, а если ваши окна находятся на одной высоте с высотой дымовой трубы от существующей котельной? Влияние NOx на человека можно рассмотреть на примере табл. 1А [93].
Раздражающее действие NOx человек начинает ощущать при концен-трации 15 мг/м . При этом человек может получить ожёг дыхательных путей, отравление и развитие раковых заболеваний органов дыхания. Действие NOx при концентрации 200-300 мг/м может привести к отёку лёгких. Следует знать, что при сжигании газа в котлах малой мощности концентрация NOx может достигать 300 мг/м t при сжигании мазута 600 мг/м , при сжигании угля 1500 мг/м3 [20].
Есть все основания предполагать, что N02 наряду с водяным паром, метаном СН4 и другими следовыми газами являются виновниками образования парникового эффекта на земле. N02 также участвует в разрушении озонового слоя земли. NO2, SO2, контактируя в воздушной среде с водяными парами, являются основными составляющими частями кислотных дождей и причиной низкотемпературной коррозии водогрейных котлов. Изучением природы образования и поиском методов подавления выбросов оксидов азо та, давно и успешно занимаются многие учёные (Я. Б. Зельдович, Ю.П. Рай-зер, И. Я. Сигал) [7, 90, 97,].
Источники образования оксидов азота условно можно разделить на два вида: воздушные (из азота, входящего в состав воздуха) и топливные (из азота, входящего в состав топлива). Природный газ, как правило, не содержит примесей серы и азота, а значит, единственным источником азота является воздух, состав которого -21 % кислорода и 79 % азота.
На кафедре «Энергообеспечение и теплотехники» ВолгГАСУ разработана математическая модель для расчёта теплового баланса, объёма продуктов сгорания и предельно-допустимых концентраций вредных веществ в продуктах сгорания теплогенераторов малой и средней мощности. В основном теплогенераторами с такими параметрами осуществляется теплоснабжение многих городов, в том числе г. Волгограда и Волгоградской области (в Волгоградской области 1328 районных и квартальных котельных).
Скорость распространения пламени при газо-воздушной и газо кислородной смеси
Для сравнения свойств процессов горения различных газов введена характеристика: нормальная скорость распространения пламени, представляющая собой скорость, отнесённую к холодной, ещё не воспламенённой смеси, с которой пламя перемещается по нормали к её поверхности. При этом фронт пламени принимается плоским и равным диаметру трубки, в которой происходит процесс горения.
В практике знание этой характеристики необходимо при конструировании газовых горелок и создания в них устойчивого горения гомогенных продуктов. Сведения за счёт этого до минимума возможность проскока и отрыва пламени при горении. Некоторые экспериментальные данные [96] скоростей распространения пламени м/с в различных газо-воздушных смесях (при t = 20С и р =101,3 кПа) приведены в таблице 2.1 Из приведённых данных видно, что скорости распространения пламени для газокислородных смесей на порядок выше, чем для газовоздушных. Объясняется это тем, что для газокислородных смесей увеличивается вероятность столкновения частиц топлива с кислородом. Повышается эффективность реакции и, как следствие, растёт скорость химической реакции. Если в горелке перед плоскостью зажигания создать ламинарное течение газа, то можно установить такой расход, при котором воспламенение будет равномерным по всему ее течению, то есть не будет иметь место проскоков пламени ни в ту, ни в другую сторону. Воспламенившись, газ начинает догорать во времени. А так как поток движется, то догорание идет на некотором расстоянии от места воспламенения. Это расстояние (время догорания) зависит от физических и химических свойств газа. Причем температура объема в процессе догорания растет до максимума. Одним из основных недостатков сжигания газа, в том числе и природного, является его взрывоопасность. Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо соотношение газа и воздуха в определённых пределах. Эти пределы называют пределами воспламенения или пределами взрываемости. Различают верхний и нижний пределы воспламеняемости ( взрываемости ). Чем шире пределы воспламеняемости ( взрываемости ), тем более взрывоопасен газ. Существование пределов воспламеняемости вызвано тепловыми потерями при горении. При разбавлении горючих смесей воздухом, кислородом или газом тепловые потери возрастают. Скорость распространения пламени уменьшается, и процесс горения прекращается после удаления источника воспламенения. Большое влияние на величины пределы воспламеняемости (взрываемости) оказывают температура, давление. Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом и кислородом приведены в таб. № 2.2 [95, 96, табл.9.10, 9.11, стр.301]. Из приведённых данных в таблице 2.2 видно, что при одинаковых условиях нижний предел воспламеняемости ( взрываемости ) смеси метана с воздухом и кислородом остаётся неизменным, а верхний увеличен. Следовательно, опасность смеси кислорода с метаном больше и требует при эксплуатации большего контроля. Неизменность нижнего предела воспламеняемости ( взрываемости ) смесей метана с воздухом и кислородом позволяет применять широко используемые в настоящее время сигнализаторы загазованности СТМ, СТГ и др. для контроля загазованности помещений котельных.
В целях безопасности проведения экспериментов при сжигании топ-ливно-кислородной смеси розжиг теплогенератора производился на топ-ливно-воздушной смеси, а лишь потом переходили на топливно-кислородную смесь, постепенно увеличивая процентное содержание кислорода при постоянном расходе топлива.
Для теплогенерирующих установок систем жилищно-коммунального хозяйства, оборудованных инжекционными горелками изучение процессов, происходящих при сжигании газообразного топлива, позволит более полно представлять процессы теплообмена, скорости горения и скорости подачи газовой смеси. Знание этих закономерностей необходимо для поддержания устойчивого горения без проскоков и отрывов пламени. При конструировании газогорелочных устройств, подборе вентиляционного оборудования для систем наддува и дымоудаления, основываясь на приведённых расчётах, возможно принять такие решения, которые наряду с повышением эффективности сжигания газа позволят решить полностью или значительно уменьшить экологические проблемы, возникающие при сжигании газообразного топлива. Совокупность всех принятых решений повысит надёжность газого-релочного устройства как основного элемента системы теплоснабжения.
Расчёт теплогенератора при различном процентном содержании кислорода в воздухе, используемом в качестве окислителя для источников систем теплоснабжения
Топливно-воздушно-кислородный режим сжигания топлива выбран для теоретических расчётов, построения графиков выявления зависимостей и закономерностей между топливно-воздушным и топливно-кислородным режимами. Практически предполагалось, в воздух, используемый в качестве окислителя, для сжигания топлива подавать кислород и довести содержание кислорода в воздухе до 50 %.
Топливно-кислородный режим предполагает вместо воздуха, используемого в качестве окислителя, при сжигании топлива подавать чистый кислород. Практически осуществление этого способа в настоящий момент возможно там, где имеется кислород в достаточном количестве. Это или завод по производству кислорода, или предприятия, на которых кислород является побочным продуктом, например, предприятия газовой промышленности, в которых установлены установки по отделению азота из воздуха, получения инертного газа и использование его для вытеснения газа из газопровода (продувок) и пневматических испытаний. В настоящий момент каждая новая компрессорная станция оснащается подобными установками.
В настоящий момент себестоимость производства кислорода высока, но с развитием технологии будет уменьшаться, а стоимость природного газа неуклонно расти. Расчёт теплогенератора проводился при различном процентном содержании кислорода в воздухе: топливно-воздушный, когда в качестве окислителя для сжигания топлива используется воздух (79 % азот и 21 % кислород); топливно-кислородный, когда в качестве окислителя для сжигания топлива используется кислород (100 % кислород); топливно-воздушно-кислородный, когда в качестве окислителя для сжигания топлива используется 50 % воздуха и 50 % кислорода. Для теоретического сравнения вариантов горения топлива приняты следующие начальные условия: в процессе прохождения по газовому тракту теплогенератора а не изменяется; количество воздуха и кислорода, тре буемого для горения, равно теоретически необходимому У0, а теоретические объёмы продуктов сгорания (дымовых газов) соответственно тоже остаются неизменными.
Величина превышения над теоретически необходимым объёмом воздуха, в основном, зависит от конструктивных особенностей газогоре-лочного устройства, одной из функций которого является подготовка газовоздушной (равномерное перемешивание газа и воздуха) смеси для сжигания. Избыточное количество подаваемого воздуха уменьшает КПД теп-логенерирующей установки. Чем лучше организован процесс перемешивания, тем меньший необходим избыток воздуха (кислорода) над теоретически необходимым. Для теоретических расчётов примем необходимые параметры близкие к практическим, имеющихся в современных теплогенерирующих установках. Коэффициент избытка воздуха а? принимаем 1,1 и считаем, что в процессе прохождения топочных газов по газовому тракту этот коэффициент От не меняется. Присосы и подсосы воздуха полностью отсутствуют или их величина настолько мала, что ими можно пренебречь. Именно такими котлами в настоящий момент оснащаются системы ЖКХ. Теплогенерирующие установки полностью обшиты металлом.
Наряду с расчётом объёмов продуктов сгорания и последующим их сравнением будет выполнен расчёт температуры точки росы - очень важной характеристики для систем теплоснабжения. Все иностранные и отечественные производители котлов величину температуры точки росы плюс 5 С рекомендуют как минимально допустимую температуру обратной сетевой воды в системах теплоснабжения. Для качественного принципа регулирования системы теплоснабжения, применяемого в настоящее время, в зависимости от температуры наружного воздуха задача решается посредством монтажа дополнительной группы насосов рециркуляции.
Методика проведения эксперимента топливно-кислородного режима сжигания топлива
В соответствии с руководящими документами, регламентирующими методику проведения испытаний, в целях обеспечения единства подходов в процессе исследования были обеспечены: необходимые допуски и отклонения с учётом необходимой точности испытания и возможность воспроизведения полученных результатов; испытания производились по программам или утверждённым методикам с применением поверенных и аттестованных средств измерений в международной системе СИ; полученные результаты обработаны и представлены в унифицированной форме в соответствии с предъявляемыми требованиями, что должно обеспечить возможность использования полученных данных; метрологические средства и методы, применяемые во время проведения испытаний, обеспечили требуемую точность и достоверность; к проведению испытаний приступили только после проведения пуско-наладочных работ, которые выполняются организацией, имеющей на этот вид деятельности лицензию и зарегистрированную в органах Рос-технадзора.
Исходя из общей классификации испытаний теплогенерирующих установок, проводимые в процессе исследований испытания можно отнести к экспресс-испытаниям, проводимым после проведения режимно-наладочных испытаний, выполненных ПТУ Газэнергоналадка, соответствующих второму классу точности сведения теплового баланса в пределах 5 % отклонения. Проводились испытания по специально разработанной для этого программе для снятия энергетических характеристик при различных режимах сжигания газообразного топлива.
Программа испытаний разработана для практического подтверждения или опровержения эффективности использования топливно кислородного режима сжигания газообразного топлива теплогенерирую-щей установкой малой 100 кВт и средней 2 МВт мощности. А) Подготовительные работы перед проведением исследований необходимо: - изучить проектную и исполнительную документацию в целях выявления соответствия; - проверяется наличие, соответствие и поверка штатных средств измерения; - проинструктировать обслуживающий персонал котельных по разработанной специально для выполнения исследовательских работ инструкции; - проверить работоспособность всех защит и сигнализаторов загазованности; - провести с персоналом внеочередную аварийную тренировку, с разбором возможных аварий и инцидентов; - предусмотреть необходимые мероприятия по подготовке к пуску резервного котла в целях недопущения перерывов в теплоснабжении; - подготовить кислородное оборудование; - подготовить газоанализатор МК 900 и электронный анимометр Тэсто-320. Б) Общие положения - разрабатывается бланк исследования с указанием параметров, ко торые будут фиксироваться во время проведения исследования; - производить исследования с привлечение наладчика пуско наладочной организации и по возможности завода изготовителя теплоге нерирующей установки. В) Последовательность исследования - вывести котёл перед проведением работ на режим в строгом соответствии с режимной картой; - провести измерения всех параметров (10 шт.) для подтверждения строгого соответствия режима горения режимной карте котла; - в случае несоответствия или существенного более 5 % отклонения одного или нескольких из параметров, совместно с наладчиком пуско-наладочной организации, выполнить необходимые мероприятия по приведению отклонений в соответствие с режимной картой; - после подтверждения соответствия режимной карте производится снятие показаний, которые заносятся в бланк исследования, что соответствует опыту 1; - замер производится с помощью газоанаизатора КМ900 в штатном месте, расположенном за котлом. Каждый из полученных результатов сверяется с показаниями штатных приборов; - для избежания ошибки, каждый из проводимых в процессе опытов замер делают четырежды и каждый из замеров заносят в бланк исследования; - подаётся команда открыть подачу кислорода с минимального расхода, производится замер расхода кислорода, затем снимаются все параметры, снимаемые во время опыта 1 (количество поданного кислорода в топку котла пересчитывается и определяется % содержание кислорода в воздухе); - производится повторный замер показаний расхода воздуха и параметров котла, и полученные данные заносятся в бланк исследования, что соответствует опыту 2; - постепенно увеличивая расход кислорода, выполняют все мероприятия, аналогичные опыту 2 и выполняют опыт 3; - максимально открыв подачу кислорода, проводят окончательный опыт, выполняя в той же последовательности, что и предыдущие опыты, заполняют бланк испытания в колонке опыт 4 объём проводимых экспериментов. Г) Меры безопасности. Проконтролировать наличие средств и исправность пожаротушения. Работу аварийного освещения и вентиляции. По завершению работ, ответственный за проведение исследования, лично контролирует восстановление эксплуатационных характеристик котла.
