Определение возможного энергетического потенциала параметров уходящих газов котельных предприятий сервиса при использовании вторичных энергоресурсов

Аннотация: В данной статье предлагается методика определения вредности загрязняющих веществ, образующихся при эксплуатации котельного оборудования, и рассматриваются способы использования теплоты энергетических отходов, образующихся при эксплуатации тепловых установок котельных, в качестве греющего теплоносителя.

Ключевые слова: ресурсы, энергия, теплоноситель, загрязняющие вещества, теплоемкость, энергосбережение.

В условиях ограниченности природных ресурсов одной из наиболее эффективных мер по их охране является разработка и внедрение технологий, обеспечивающих максимально полное использование ресурсов, минимизацию потерь на всех этапах: при добыче, переработке и получении конечного продукта. Вопросам безотходного использования полезных ископаемых на этапах добычи и переработки посвящен ряд трудов [1,2], в то время как использование тепловых отходов на этапе получения конечного продукта — тепловой энергии на предприятиях сервиса остается недостаточно изученным.

Проведение теоретических и экспериментальных исследований тепловых процессов предприятий сервиса, направлены на их совершенствование путём применения энергосберегающих технологий и оборудования в технологических процессах и энергетических системах предприятия.

Наличие тепловых отходов и низкий уровень их использования в технологических процессах, системах отопительно-вентиляционных и системах горячего водоснабжения подразумевает решение вопроса организации малоотходной или безотходной системы теплотехнологии (БСТТ), обеспечивающей использование ВЭР, как в точках теплопотребления, так и в источниках теплоснабжения.

Возможность использования низкопотенциальной теплоты (тепловых отходов) определяется многими факторами, в том числе структурой и производительностью предприятия. Удельные показатели выхода тепловых ВЭР предприятия определяются, как отношение Q_ВЭР за определённый промежуток времени (час, смена, год) к производительности предприятия N или объёму реализуемой продукции в рублях.

Выход тепловых ВЭР — это количество ВЭР, образующихся в процессе производства за единицу времени. В общем виде удельный расход ВЭР — q_ВЫХ определяется произведением удельного количества теплоносителя т на его энергетический потенциал П.

q_ВЫХ = тП, (2).

Удельное количество теплоносителя m и его энергетический потенциал П определяются видом теплоносителя [3,4].

Энергетический потенциал тепловых отходов — это количество теплоты в объёме промышленных стоков, образующейся в процессе производства (услуг) на единицу продукции (кг, т, шт) или в рублях, кДж/кг:

П = с_Р t_С, (3).

где П — энергетический потенциал теплоносителя.

C_p — массовая изобарная теплоемкость пара, кДж/кг град;

t_С — температура пара, ⁰С.

Пролетный пар — несконденсировавшийся пар, содержащийся в конденсате. Удельное его количество, т. е. количество в 1 кг конденсата находится по формуле:

при p₂? 0,577p₁ ⁽4)

или.

при p₂ < 0,577p₁ ⁽5)

где о — доля пролетного пара массы конденсата при перепаде давления в 0,102 МПа (1 атм), в расчетах можно принимать о =0,02;

P₁, Р₂ - давление до конденсатоотводчика и за ним [5].

Энергетический потенциал этого теплоносителя определяется энтальпией пара, поступающего в пароиспользующую установку, т. е.

П₁ = i^'₁ +r₁x, кДж/кг. (6).

где i^'_1 — энтальпия конденсата при давлении в установке, кДж/кг;

r₁ - теплота парообразования при том же давлении, кДж/кг;

х — степень сухости пара, применяется равной значениям от 0,95 + 0,97.

Энергетический потенциал П определяется энтальпией вторичного пара.

П = i^,₂ + r₂ х₁, кДж/кг (7).

Формула (2) приобретает вид:

кДж/кг (8).

Количество конденсата, образующегося после использования греющего пара в теплоиспользующем оборудовании, определяется по формуле:

(9).

Энергетический потенциал этого теплоносителя равен.

П=i^,₂ кДж/кг (10).

где i₂ — энтальпия конденсата после пароиспользующего оборудования [6]. Удельные потери тепла с конденсатом определяются по формуле:

q_{ВЫХ3=ткi^,2 кДж/кг (11)}

С целью совершенствования процессов энергосбережения в плане использования теплового потенциала газовоздушной смеси в качестве ВЭР в данной статье рассматривается способ расчета параметров газовоздушной смеси, выбрасываемой котельными предприятий легкой промышленности и бытового обслуживания.

Основными видами загрязняющих веществ, входящих в состав дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу котельными бытового обслуживания населения, являются:

пыль нетоксичная, ПДК=0,15 мг/м³;

сернистый ангидрид, ПДК=0,05 мг/м³;

окись углерода, ПДК=1,0 мг/м³;

двуокись азота, ПДК=0,085 мг/м.

При расчете концентраций загрязняющих веществ в атмосфере должны использоваться максимальные фактические выбросы источников загрязнений. Поэтому фактические выбросы котельных рассчитываются по номинальной производительности котлов. [7].

Расчетный расход топлива:

г/с, (12).

где Q_Р — тепловая производительность котельной, кДж/ч (определяется как сумма номинальных производительностей котлов);

Q^Р_Н - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (определяется по справочным данным);

з_КУ — К.П.Д. котлоагрегата; при установке в котельной котлов с различными К.П.Д. в качестве расчетного принимается средневзвешенное значение.

Объем дымовых газов.

м³/с (13).

где v_Г° - объем продуктов сгорания, м /кг;

V₀ — теоретически необходимый расход воздуха, м³/кг;

б — коэффициент избытка воздуха в топке.

Значения V⁰_Г и V⁰ принимаются в зависимости от марки топлива, а б — в зависимости от типа топки в соответствии со справочными данными.

Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу.

г/с (14).

где б_УН — доля золы топлива, уносимая газами;

А^Р — зольность топлива на рабочую маccv, %.

q₁ — потери тепла с механическим недожогом, %.

Значения б_УН и q определяются в зависимости от типа топочного устройства, а А^р — в зависимости от марки топлива по справочным данным [8,9]. При сжигании мазута количество пыли, выбрасываемой котельными установками, определяется по формуле:

М_n= 0,01А^РВ, г/с. (15).

При сжигании газообразных топлив М_Н=0.

Для установок, оснащенных золотоулавливающими устройствами, количество выбрасываемой в атмосферу пыли М_п определяется по формуле:

г/с (16).

где з_оч — К.П.Д. очистных устройств.

Выбросы сернистого ангидрида зависят от содержания «горючей» серы в топливе. Проведенные рядом организация исследования позволяют принять коэффициент перехода серы топлива в SО₂ равным 0,95.

С учетом этого количества SO₂:

М_SO2= 0,019S^P· B, г/с, (17).

где S^p — содержание топлива на рабочую мессу, %.

Значение S^p может быть определено в зависимости от марки топлива по справочным данным.

Количество окислов азота, образующихся при сжигании топлива, приближенно рассчитывается по формуле М_NOX =2,05· 10^-5·К·С_NOX · Q_Н^Р B, г/с (18).

где К — коэффициент, характеризующий зависимость объема продуктов сгорания от вида топлива и имеющий для различных топлив следующие значения: антрациты К= 1,15; тощие угли К= 1,17; бурые угли К= (1,08−0,89) (здесь влажность рабочей массы топлива, %).

жидкие топлива, газы К=1;

С_NOx — максимальная объемная концентрация NO_x при номинальных нагрузках котлоагрегатов, имеющая следующие значения:

слоевые топки С_NOx =0,05+0,06%;

камерные топки С_NOx =0,045+0,05%.

Весовое количество окиси углерода.

M_СО = 2q₂V, г/с, (19).

где q₂ — потери тепла от химической неполноты горения топлива, %.

Для твердых топлив q₂ определяется по, а для жидких принимается равной q₂=0,5%. [10,11]

Средняя скорость выхода дымовых газов.

м/с (20).

где D — расчетный диаметр дымовой трубы, м.

При наличии нескольких дымовых труб:

D =, м. (21).

Приведенная методика позволяет определить расчетный расход топлива, объем дымовых газов, количество вредных примесей выбрасываемых в атмосферу при функционировании котельной предприятий. Эти данные позволят рассмотреть целесообразность дальнейшего проведения теоретических и экспериментальных исследований тепловых процессов, осуществляемых на теплоёмких предприятиях сервиса для выявления рационального уровня использования теплового потенциала технологических теплоносителей.

Современная тенденция повышения эффективности использования энергоресурсов служит индикатором развития научно-технического и экономического потенциала, рационального применения ВЭР. Реализация научно-технических разработок по утилизации тепловых отходов теплоиспользующих технологических процессов обуславливает уменьшение себестоимости услуг и выполнение необходимых требований по внедрению технологий использования в качестве ВЭР теплового потенциала.

котельное оборудование вторичный энергоресурс.

• 1. Голик В. И., Прокопов А. Ю., Базавова О. В. Разработка основ высокоэффективной технологии утилизации отходов горно-обогатительной переработки руд КМА // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2168
• 2. Голик В. И., Масленников С. А., Разоренов Ю. И. Концепция утилизации отходов обогащения металлсодержащего минерального сырья // Цветная металлургия. — 2014. — № 2. — С.36−44.
• 3. Голик В. И., Разоренов Ю. И., Масленников С. А. Охрана природной геологической среды утилизацией хвостов обогащения руд // Известия Томского политехнического университета. 2015. — Т.326. — № 6. — С.6−15.
• 4. Molev M. D., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A. Theoretical and еxperimental substantiation of construction regional security monitoring systems technospheric // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Volume 10, Number 16 (2015) pp.6787−6792.
• 5. Занина, И А. Влияние конструктивных параметров теплообменного аппарата на эффективность использования теплового потенциала горячих промышленных сточных вод в качестве вторичных энергоресурсов / И А. Занина, А. Г. Илиев // Наука и Образование в XXI веке: Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 1 апреля 2013 г. В 6 частях. Часть IV/. Мин обр. и науки — М.: «АР-Консалт» 2013 г. — с.144−148.
• 6. Занина И. А., Илиев А. Г. Определение возможного теплового потенциала сточных вод предприятий сервиса с учетом потерь тепловой энергии. // Сборник научных трудов Sworld. — Выпуск 4. Том 16. Одесса: Куприенко С. В., 2013. с.98−102
• 7. Колесников И. В. Трибоэлектрические явления на фрикционном металлополимерном контакте и их зависимости от температуры // Инженерный вестник Дона, 2014, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2607
• 8. Pavlenko A. N., Tairov E. A., Zhukov V. E., Levin A. A., Moiseev M.I. Dynamics of transient processes at liquid boiling-up in the conditions of free convection and forced flow in a channel under nonstationary heat release // Journal Of Engineering Thermophysics, Pleiades Publishing, Ltd. 2014 № 3, pp.173−193.
• 9. Владыкин И. Р., Баженов В. А., Кондратьева Н. П. Применение цилиндрического линейного асинхронного двигателя в электроприводе масляного выключателя ВМП-10 // Инженерный вестник Дона, 2012, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/801
• 10. Grebneva O. A., Novitskii N. N. Optimal planning and processing of the results of tests for hydraulic and heat losses in heat systems // Pleiades Publishing, Ltd. 2014 № 10 pp.754−759.
• 11.. Илиев А. Г. Определение ПДВ и способы очистки дымовых газов при осуществлении нагрева рабочего теплоносителя в системе отопления предприятий сервиса // Материали за 9-а международна научна практична конференция, «Achievement of high school», 2013. Том 46, с.52−58