ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВАКУУМНОЙ ДЕАЭРАЦИИ В ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЕЛЬНЫХ
Экономичность пиковой водогрейной котельной в значительной мере зависит от расхода электроэнергии на собственные нужды, в том числе на работу водоподготовительного и насосного оборудования. Рассмотрим, как влияет на величину электроэнергетических собственных нужд и экономичность водогрейной котельной выбор схемы включения вакуумного деаэратора подпиточной воды теплосети.
Эффективность вакуумной деаэрации зависит прежде всего от температурного режима, типа и нагрузки применяемых деаэраторов. В отдельно стоящих районных котельных, выполненных по схеме, изображенной на рис. 2.2, температура воды на выходе из водогрейных котлов поддерживается на высоком уровне (обычно 140-150 °С) в течение всего года. Регулирование температуры воды, отпускаемой потребителям, осуществляется подмешиванием к ней более холодной обратной сетевой воды. Часть нагретой воды после водогрейных котлов по трубопроводу рециркуляции перепускается на вход котлов для поддержания постоянной температуры сетевой воды перед котлами.
При таком режиме работы котельной постоянное наличие теплоносителя с высокой температурой позволяет организовать практически любые температурные режимы деаэрации при любом типе применяемых вакуумных деаэраторов. Сетевая вода с температурой 140-150 °С после водогрейных котлов может эффективно использоваться в качестве греющего агента, подаваемого как в вакуумные деаэраторы, так и для подогрева исходной воды в водо-водяные теплообменники.
Следует отметить, что применение вакуумных деаэраторов на ТЭЦ и в районных котельных имеет существенные различия. Их применение на ТЭЦ обусловлено прежде всего стремлением получить выигрыш в термодинамической эффективности процесса в теплофикационных установках. Температурный режим вакуумной деаэрации существенно влияет на параметры пара отборов турбин, используемого для подогрева теплоносителей перед деаэраторами, а значит, и на экономичность ТЭЦ (см. § 4.3).
Применение вакуумных деаэраторов в водогрейных котельных связано в основном с возможностью работы этих аппаратов без источников пара. В качестве греющего агента для деаэрации используется перегретая относительно давления в деаэраторах сетевая вода. Температурные режимы вакуумной деаэрации в малой степени сказываются на тепловой экономичности таких котельных, в отличие от ТЭЦ. Поэтому в стоящих отдельно от ТЭЦ водогрейных котельных вакуумные деаэраторы, как правило, для повышения качества деаэрации должны работать при максимально возможных по условиям эксплуатации котельных температурах теплоносителей перед деаэраторами [108]. Это положение принято во внимание при разработке новых схемы и способа работы одноконтурной водогрейной котельной с вакуумными деаэраторами [151].
Предложенное решение предусматривает включение вакуумного деаэратора в линию рециркуляции сетевой воды таким образом, что трубопровод рециркуляции совмещается с трубопроводом греющего агента и подпиточным трубопроводом, а подпиточный насос служит одновременно и рециркуляционным насосом (рис. 4.9).
Рециркуляция воды осуществляется через трубопровод греющего агента, вакуумный деаэратор, бак деаэрированной воды и подпиточный трубопровод, а поддержание постоянной температуры сетевой воды перед водогрейным котлом производят путем регулирования расхода воды в трубопроводе греющего агента вакуумного деаэратора. При превышении расходом рециркуляционной воды максимально допустимого расхода греющего агента через вакуумный деаэратор часть воды может перепускаться в обратный сетевой трубопровод по байпасу деаэратора.
Таким образом, процессы рециркуляции сетевой воды, деаэрации подпиточной воды и подпитки теплосети в котельной совмещаются. Это позволяет исключить из схемы часть оборудования и обеспечить работу вакуумного деаэратора с повышенным температурным режимом, т.е. с большей массообменной эффективностью и более высоким качеством деаэрации подпиточной воды [103, 105, 108].
По уравнениям теплового баланса рассчитаны основные параметры теплоносителя в водогрейных котельных, работающих по новой и традиционной технологиям. Для расчета приняты следующие исходные параметры теплоносителя: температура на входе в водогрейный котел tex=70 °С, массовый расход сетевой воды в обратном трубопроводе теплосети составляет G2=1000 Т/Ч, массовый расход исходной подпиточной воды составляет Gu e =200 т/ч, температура исходной воды f„.e = 10 °С, температура воды на выходе из водогрейного котла /вых=150 °С, температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах соответствует температурному графику работы теплосети 150/70 °С для климатических условий г. Ульяновска.
В результате расчетов определено, что температура деаэрированной воды в водогрейной котельной с новой схемой, в отличие от традиционной, не остается постоянной, а изменяется в течение отопительного периода по параболическому закону. По результатам расчетов нами были построены графики зависимостей температуры деаэрированной воды td в котельной с новой схемой при различных массовых расходах подпиточной воды Gn от температуры наружного воздуха гн вида tde =f(Gn, tH) (рис. 4.10).
Построенные кривые аппроксимируются с величиной достоверности аппроксимации R2=0,99 полиноминальными уравнениями второго порядка:
Из графиков видно, что пропуск через деаэратор рециркуляционной сетевой воды приводит к существенному повышению температурного уровня процесса деаэрации, поэтому температура деаэрированной воды изменяется от 70 °С и выше, достигая максимального значения при максимальном расходе рециркуляционной воды, причем чем меньше расход подпиточной воды теплосети, тем выше температура деаэрированной воды. Так, при массовом расходе подпиточной воды теплосети Gn = 100 т/ч максимальная температура деаэрированной воды fde. = 95 °С, то есть деаэратор практически переходит в атмосферный режим работы. Как показывает практика и проведенные опыты, вакуумные деаэраторы как вертикального, так и горизонтального типа эффективно работают в атмосферном режиме.
Совмещение рециркуляции сетевой воды с деаэрацией подпиточной воды и подпиткой теплосети позволяет несколько упростить схему котельной за счет совмещения функций подпиточного и рециркуляционного насосов, а так же за счет исключения из схемы подогревателя исходной воды, необходимость в котором в большинстве случаев отпадает из-за значительного увеличения нагрева деаэрируемой воды в деаэраторе.
Оценим влияние на экономичность водогрейных котельных произведенных преобразований: совмещения функций подпиточного и рециркуляционного насосов и изменения распределения потоков теплоносителя в новой схеме.
Одним из основных видов затрат, влияющих на себестоимость тепловой энергии, являются расходы на электроэнергию, потребителями которой являются, в частности, различные насосы водяного хозяйства с электрическим приводом.
Полезные мощности насосов /V, кВт, в традиционной и новой схемах водогрейных котельных определены по формуле:
В итоге определены суммарные мощности всех агрегатов 27V, кВт, для водогрейной котельной со средними расходами сетевой и подпиточной воды соответственно 1000 и 200 т/ч. В расчете учтено, что экономия мощности в новой схеме обусловлена еще и тем, что из схемы котельной исключен подогреватель исходной воды, создающий дополнительное местное сопротивление, на преодоление которого в традиционной схеме расходуется дополнительный напор, приблизительно равный 5 м вод. ст. Мощность N()on затраченная на создание дополнительного напора, при расходе подпиточной воды 200 т/ч рассчитывается по формуле (4.15) и составляет для всех температурных режимов работы традиционной схемы котельной постоянную величину, равную 2,72 кВт, которая также была включена в 22V, кВт.
По результатам расчетов построены графики зависимостей суммарных мощностей насосов в традиционной и новой схемах от температуры наружного воздуха вида IN = f(tH) (рис. 4.11).
Как видно из графиков, кривые суммарных мощностей пересекаются, т.е. для одной части режимов работы новая схема экономичней, т.к. суммарная мощность ее насосов меньше, а для другой части режимов - предпочтительней традиционная схема. Это объясняется следующими обстоятельствами:
1) в традиционной схеме часть рециркуляционного расхода не проходит через сетевой насос, в то время как в новой схеме весь рециркуляционный расход проходит через сетевой насос, напор которого значительно больше, чем рециркуляционного;
2) кроме того, в традиционной схеме часть рециркуляционной воды не проходит ни через рециркуляционный насос, ни через насос деаэрированной воды, а под действием сетевого насоса попадает в обратный сетевой трубопровод.
Полученные расчетным путем графики аппроксимированы с величиной достоверности аппроксимации R2= 0,99 полиномами:
Количество потребляемой энергии Е, кВт ч, для конкретных интервалов величин tH определим по следующей формуле:
В итоге, суммируя результаты расчетов, произведенных по формуле (4.18), за весь год, находим общее количество потребляемой насосами электроэнергии 2ЕГ, кВт ч, в традиционной и новой схемах.
Общие значения потребляемой электроэнергии за год в традиционной и новой схемах водогрейных котельных отличаются на величину:
Как показывают результаты расчета по формуле (4.19) для г. Ульяновска, годовое количество потребляемой электроэнергии в новой схеме меньше, чем в традиционной. Годовое снижение затрат электроэнергии для котельной с расходами сетевой воды 1000 т/ч и подпиточной воды 200 т/ч составляет 270452 кВт ч. Относительная экономия электроэнергии за год в новой схеме SE, %, составляет:
Для рассматриваемого примера относительная экономия электроэнергии за год в новой схеме, рассчитанная по формуле (4.20), составляет около 7% [102].
Таким образом, новая технология организации потоков подпиточной воды теплосети в водогрейной котельной является энергосберегающей. Ее применение позволяет повысить эффективность процесса вакуумной деаэрации подпиточной воды теплосети и существенно снизить затраты на покупную электроэнергию. Это позволяет считать новую технологию более надежной и экономичной по сравнению с традиционной.
