Комплексный расчет паровых котлов моделированным повышением энергоэффективности сгорания топлива

Основным оборудованием, вырабатывающим тепловую энергию в промышленных и отопительных установках, является парогенераторы и водяные котлы. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектростанциями, промышленными районами отопительными котельными. Одной из основных задач при выработке тепловой энергии является экономия топлива. В настоящее время существуют различные способы сокращения непроизводственных потерь и улучшения технико-экономических показателей котлоагрегатов. В первую очередь, к ним следует отнести применение высокоэффективных устройств утилизации теплоты отходящих газов, совершенствование конструкций котлов, использование современных горелочных устройств, снижение потерь теплоты за счет применения современных теплоизоляционных и огнеупорных материалов, а также обогащение воздуха горения кислородом. В связи с образованием избыточного технического кислорода при производстве на ОАО «СТЗ», возникла необходимость оценки возможности применения кислорода для интенсификации процессов нагрева в топке котла с целью повышения КПД котлоагрегата, уменьшения потребления топлива и снижения количества экологически вредных выбросов. К числу основных составляющих энергосберегающего эффекта от обогащения кислородом дутьевого воздуха, применяемого при сжигании газообразного топлива в тепло-технологических агрегатах, можно отнести: • уменьшение объема балластных газов (азота), нагреваемых в процессе горения топлива и, следовательно, уменьшение объема продуктов сгорания топлива, что, в свою очередь, приводит к сокращению тепловых потерь с дымовыми газами; • снижение объемов дутья и продуктов сгорания, что требует менее мощных тягодутьевых механизмов для обеспечения подачи газов в зону горения и отвода продуктов сгорания из нее; • повышение концентрации излучающих трехатомных газов в образующихся продуктах сгорания, что увеличивает радиационных тепловой поток на тепловоспринимающие поверхности, интенсифицируя процессы теплообмена. Была проведена оценка эффективности использования избыточного кислорода, вырабатываемого на предприятии, с целью уменьшения расхода природного газа. Корректное решение поставленной задачи возможно с учетом конструктивных особенностей котельного агрегата, для чего был проведен сравнительный поверочный расчет котлов – ДЕ-25-14 и БКЗ-7539ГМА в двух вариантах: при использовании в качестве окислителя воздуха и кислородно-воздушной смеси. Цель работы: Оценка возможности применения избыточного кислорода для более эффективного сжигания природного газа в топке котла с целью уменьшения потребления топлива. Задачи исследования: 1. Определены основные характеристики природного газа: теплота сгорания, химический состав, объемы и энтальпии продуктов сгорания. 2. Проведены поверочные расчеты котлоагрегатов в двух вариантах: с использованием воздуха и кислородно-воздушной смеси. 3. На основе расчетов проведен анализ эффективности использования избыточного кислорода в воздухе для сжигания природного газа в топке котла. Практическая значимость: 1. Предлагаемая методика расчёта адекватно описывает работу котельного агрегата при сжигании природного газа с воздухом и кислородновоздушной смесью и может быть рекомендована для предварительной оценки экономии топлива. 2. Даёт представление о влиянии избыточной концентрации кислорода в кислородно-воздушной смеси в камере сгорания. Научная новизна: 1. Проведен сравнительный расчет процесса горения природного газа при использовании в качестве окислителя воздуха и кислородновоздушной смеси. 2. Получена зависимость расхода топлива в зависимости от концентрации кислорода в воздухе. Методология и методы исследования: Для решения поставленных задач в диссертации использованы основные теоретические положения тепло-массообмена, физической химии, уравнения материального и теплового баланса. Все расчеты были выполнены с использованием программного продукта Miсrоsоft Ехсеl.