Ермолаева В.А.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (МИ (филиал) ВлГУ)

Характеристика технологического процесса производства теплоносителя

Одна из тенденций развития человечества в настоящее время - создание предпосылок и источников угроз как для самого себя, так и для окружающей его среды. Тепловая энергия – необходимый фактор для создания благоприятных условий жизнедеятельности человека. Метод сжигания топлива, совершенство и правильность выбора оборудования и приборов, бесперебойная и качественная работа, квалификация и степень подготовки персонала – всё это определяет эффективность, безопасность, надёжность, экологичность и экономичность работы теплоэнергетического оборудования котельной [1].

Разработке необходимых эффективных мер безопасности предшествует подробная характеристика технологического процесса производства теплоносителя, которая включает в себя описание производственных помещений, основного оборудования, рабочего персонала, стадий процесса, а также выявление производственных опасностей и вредностей - как результата взаимодействия человека и оборудования в замкнутом пространстве - помещении котельной. Котельная установка включает в себя: паровые и водогрейные котельные агрегаты (котлы); горелочные устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию; дополнительные устройства (дымосос для удаления продуктов сгорания; вентилятор для нагнетания воздуха, необходимого для горения топлива; деаэратор для удаления растворённых газов из воды; насосы). Тепло, выделившееся при сгорании топлива, передаётся экранным трубам. Затем эта теплота за счёт теплопроводности металлической стенки и конвективного теплообмена от внутренней поверхности труб передаётся воде, циркулирующей по экранам. Забор воздуха необходимого для горения топлива из помещения котельной и отсос топочных газов осуществляется соответственно за счёт вентилятора и дымососа [2].

Основное производственное оборудование котельной - это 2 паровых котла и 3 водогрейных котла, для нормального функционирования которых необходимо обеспечить подвод к ним природного газа, окислителя для горения, отвод образующихся продуктов сгорания. Предъявляются особые требования к вентиляции и кондиционированию воздуха, которые не должны способствовать распространению пожара. В помещении с паровыми котлами на крыше располагаются воздуховоды (дефлекторы) диаметром 800 мм. Основная цель работы оборудования обеспечить бесперебойное и эффективное выполнение технологического процесса производства пара и горячей воды, снабжение потребителей. Основными «элементами» технологического процесса получения теплоносителя – пара являются процессы горения топлива, теплообмена между продуктами сгорания и водой, парообразования. В результате этого на выходе получается пар заданного давления и температуры. Одной из задач, возникающих при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией.

Рассчитан теоретический объём воздуха, необходимого для полного сгорания при сжигании природного газа. Состав сжигаемого газа: СН₄ - 97,66% по объёму, С₂Н₆ -1,07; С₃Н₈ - 0,328; С₄Н₁₀ - 0,099; С₅Н₁₂ - 0,0181; С₆Н₁₄ - 0,0042; N₂ - 0,742; СО₂ - 0,073; О₂ - 0,0061. С учётом состава газа и теплотворных способностей газов минимальное необходимое количество воздуха для сгорания 1 нм³ природного газа данного состава 9,593 нм³.

При полном сгорании природного газа образуются углекислый газ, пары воды, диоксид серы, азот из воздуха и из состава топлива. Согласно расчетам теоретический объём азота в продуктах сгорания - 7,586, объём трёхатомных газов (СО₂ и SО₂) -1,014, объём водяных паров (с учётом влаги, содержащейся в воздухе) - 2,159 нм³/нм³. По результатам расчетов составлен материальный баланс процесса горения.

От полноты сгорания топлива зависит не только наличие тех или иных продуктов сгорания в отходящих газах, но и их количество, а значит и теплопотери. Определено теплосодержание воздуха и продуктов сгорания. Энтальпия продуктов сгорания 986,2 ккал/м³ (4129 кДж/м³). При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Потеря теплоты с уходящими газами обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты зависит от коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих газов, чистоты поверхностей нагрева. Суммарные потери тепла составляют 986,4 ккал/м³, КПД 87,7 %. Расход электроэнергии на работу одного котельного агрегата и вспомогательного оборудования, а так же автоматики и освещения составляет 3052 кВт/час. Причём потери при работе котла и вспомогательного оборудования составляют 406,1 кВт/час или 13,3 %.

Кратко рассмотрены физико-химические основы технологического процесса получения теплоносителя пара. Исходный носитель энергии -топливо. Основные элементы рабочего процесса - горение топлива (химические реакции окисления), теплообмен между продуктами сгорания и водой, парообразование, нагрев полученного пара. Имеют место виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, лучеиспускание. Экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Интенсивность теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

Литература:

1. Ермолаева В.А., Степанова А.В. Обеспечение необходимой освещенности в помещении котельной в рамках программы энергосбережения, машиностроение и безопасность жизнедеятельности, № 7, 2010, с. 22-28.

2. Фокин В.М. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения: Монография, 2006.