ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОТЛА С УЧЕТОМ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Н.В. Конарева, Д.Д.Сагирова, М.Н. Шафоростова
Донецкий национальный технический университет

Материалы XX Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".Т.2-Донецк:ДонНТУ, ДонНУ, 2010.

Задача сокращения расхода энергоносителей на получение тепловой и электрической энергии стоит весьма остро для каждого предприятия в любой отрасли промышленности и сельского хозяйства. Следовательно, актуальны усилия, направленные на оптимизацию процесса горения, с целью повышения КПД энергетических агрегатов и снижения количества вредных выбросов с продуктами горения. Помимо экономического, есть экологический аспект: снижается расход энергоресурсов, что в пределах отрасли может привести к значительному снижению природоемкости. Традиционные способы контроля и управления процессом горения в значительной степени исчерпали себя и становятся малоэффективными. Перспективным следует считать метод воздействия электрического поля на пламя, а именно, внедрение на предприятиях промышленности технологии интенсификации горения (ТИГ).
Цель работы – проведение сравнительного анализа возможных способов повышения эффективности работы котла.
Технология предусматривает прохождение воздуха через неоднородное стационарное электрическое поле и его электрическую ионизацию перед подачей в зону горения. При этом кислород, который содержится в воздухе, повышает свою реакционную способность и снижает энергию активации химических реакций горении, что приводит к более полному выгоранию топлива и стабилизации процесса горения, снижению химического и механического недожога.
Сравнительный анализ проведен на основе экспериментальных данных (по результатам испытаний на металлургическом заводе) и последующего расчета теплового баланса котла (прямого и обратного) по методике Раевича..
Испытания проводились в двух режимах работы котла: при отключенной установке ТИГ (с увеличенным расходом воздуха на котел для устранения потерь тепла от химнедожога) и при включенной установке ТИГ. В первом режиме котел проработал 3 часа, во втором – 10 часов. Выработка пара, расход природного газа и электроэнергии взяты из расчета на соответствующее время работы котла.
Данные экспериментальных исследований и результаты расчетов приведены в таблице.

Таблица – Экспериментальные и расчетные данные теплового баланса котла в зависимости от режима работы

Показатель	Обозна­чение	Единица измерения	Режимы работы
			С выключенной установкой ТИГ	C включенной установкой ТИГ
1	2	3	4	5
Параметры работы котла
Выработка пара	Дп.п.	т/ч	129	438
Давление перегретого пара	Рп.п.	МПа	3,7	3,7
Температура перегретого пара	tп.в.	ºС	425	440
Продолжение таблицы
1	2	3	4	5
Расход природного газ	Вп.г.	м3	12300	40200
Ток нагрузки дымососа	Iп	А	34	32
Ток нагрузки вентилятора	Iв	А	145	135
Ток нагрузки перекачивающего насоса	Iд.	А	28	28
Состав продуктов сгорания: - за пароперегревателем:   - за воздухоподогревателем:	RO2 О2 СО NОх RO2 О2 СО NОх	% % % ррм % % % ррм	5,4 11,4 0,005 54 4,1 13,7 0,0033 40	6,5 9,4 0,0035 40 5,1 11,9 0,003 37
Результаты проведенных расчетов
Прямой баланс КПД брутто		%	88,62	93,2
КПД нетто		%	85,16	89,5
Удельный расход условного топлива на выработанное тепло		кг/ГДж	38,47	36,59
Обратный баланс КПД брутто		%	85,85	88,55
КПД нетто		%	82,05	84,85
Удельный расход условного топлива на выработанное тепло		кг/ГДж	40,088	38,5

Оптимизировать работу котла возможно двумя путями:
1) традиционным способом - увеличить расход воздуха в топку. Это устранит потерю тепла от химического недожога, одновременно увеличивая сопротивление котла по газам, рост присосов по газоходам и, как следствие, увеличение потерь с уходящими газами, и расхода электроэнергии на тягу и дутье. В результате КПД котла снижается, и растут удельные расходы топлива и электроэнергии на выработку тепла или эти же показатели (за исключением электроэнергии) остаются на том же уровне.
2) без увеличения расхода воздуха на горение при включении установки ионизации воздуха (ТИГ). При этом растет температура перегретого пара, уменьшается температура уходящих газов, снижаются потери тепла от химического недожога. Установка ТИГ позволяет увеличить КПД котла (при работе на природном газе) на 4,5 %, при этом снижается удельный расход топлива и экономия на выработку 1Гдж составляет 1,88 кг у.т., снизить концентрацию и валовые выбросы вредных веществ в атмосферу.
Таким образом, основываясь на проведенных исследованиях можно сделать вывод, что более рациональным является внедрение технологии интенсификации горения, что позволяет получить и экономический, и экологический эффекты.