Предложены способы утилизации теплоты выходящего из воздушного канала дымовой трубы подогретого воздуха. На основе численных расчётов для дымовой трубы высотой 180 м проектируемой ТЭЦ в городе Новосибирске определён экономический эффект рециркуляции подогретого в калорифере воздуха.В некоторых конструкциях железобетонных дымовых труб с целью повышения надёжности их работы вместо тепловой изоляции между железобетонным стволом и футеровкой, образующей газоотводящий канал, создан воздушный вентиляционный кольцевой капал. Во избежание растрескивания футеровки подаваемый в воздушный канал дымовой трубы воздух подогревают в калорифере до температуры, которую принимают из условия получения допустимого перепада температур в конструкции футеровки [13, 14].На проектируемой ТЭЦ в городе Новосибирске тепловой нагрузкой 8500 ГДж/ч и долей промышленной нагрузки 0,5, основным топливом которой является каменный уголь, установлено девять энергетических котлов типа БКЗ-500-13,8-560КТ (ст. № 1-9), три водогрейных котла типа КВГМ-180-150-2 (ст. №1-3). Продукты сгорания от энергокотлов ст. № 7, 8, 9 и водогрейных котлов ст. № 1-3 отводятся в атмосферу через дымовую трубу ст. № 2 высотой 180 м. Температура уходящих газов составляет 130°С. Дымовая труба ст. №2 конструктивно состоит из несущего железобетонного ствола и внутренней кислотостойкой футеровки, разделённых воздушным вентиляционнымкольцевым каналом переменной ширины. Футеровка выполнена из кирпича кислотоупорного прямого и радиального 1 сорта на кислотоупорном растворе марки 200.Для защиты железобетонного ствола от коррозии необходимо, чтобы статическое давление в воздушном канале по всей его высоте было больше давления в газоотводящем канале. Разность этих давлений называют противодавлением. Противодавление создастся путем поступления в воздушный канал подогретого воздуха под действием естественной тяги или принудительной вентиляции. Предусмотрены две отопительные вентиляционные установки, причём каждая из них состоит из воздухозаборной камеры, калориферной и вентиляторной установок. Последняя включает вентилятор типа Ц4-76-10 производительностью 27000 м3/ч.Количество тепловой энергии в денежном выражении, затрачиваемое на подогрев воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы в течение суток, Т
суг (в тысячах рублей за 1 сут.), определяется по формуле: (354)где - себестоимость тепловой энергии, руб/Гкал
(
= 1022,9 руб/Гкал по данным ОАО ''Новосибэнерго" за 2011 г);L
B - объемный расход воздуха, м*/ч; - температура воздуха соответственно на выходе из калорифера (подогретого) и на входе в него (наружного), °С; – плотность воздуха, кг/м
3, при t
ср = 0,5( ); f - удельная теплоемкость воздуха, в диапазоне температур от -20 до 100°С равная примерно 1 кДж/(кг
°С).Значения в зависимости от для дымовьтх труб при температуре уходящих газов 130°С приведены в таблице 47 [14].Таблица 47. - Значения в зависимости от
|
|
-20
| 85
|
-10
| 80
|
0
| 70
|
+10
| 60
|
+20
| 50
|
Расчет экономической эффективности произведен для случая, когда средняя температура воздуха в канале трубы равна 66,2°С.Среднее значение суточной потери теплоты с отводимым из воздушного канала дымовой трубы подогретым воздухом в денежном выражении определяется по формуле (354): =18,059 тыс. руб/сут.,где 0,2°С среднегодовая температура наружного воздуха для г. Новосибирска, согласно СНИП 23-01-99*. «Строительная климатология»; 66,2°С - температура подогретого воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы, соответствующая
= 0,2°С; 40500 м3/ч - расход подогретого воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы.Годовые затраты на подогрев воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы ст. № 2 в среднем составляют:Sгод= , (355)где n – количество дней в году,Sгод= 18,059 х 365 = 6591,721 тыс. руб.Таким образом, недостатком котельных установок, в которых дымовые газы выбрасываются в верхние слои атмосферы через дымовую трубу с воздушным каналом, является то, что подогретый воздух из воздушного канала дымовой трубы отводится в атмосферу, т.е. теряется его теплота. Для устранения данного недостатка предложено выходящий из воздушного канала дымовой трубы подогретый воздух направлять в короб подвода воздуха к калориферу [15]. Причем с целью уменьшения охлаждения подогретого воздуха, которое может происходить при этом, предложено установить в воздушном канале дымовой трубы две вертикальные перегородки, разделяющие его на две равные части, а также разместить кольцевой короб отвода подогретого воздуха из одной части воздушного канала дымовой трубы в его другую часть.Предложенный способ утилизации теплоты выходящего из воздушного канала дымовой трубы подогретого воздуха осуществляется следующим образом (рис. 14).Первоначально холодный воздух, забираемый из атмосферы, по патрубку 10 подастся в короб 9, по которому затем направляется в калорифер 6, где подогревается до необходимой температуры и вентилятором 7 подается в воздушный канал 4 дымовой трубы.Рисунок 14. - Дымовая труба с воздушным каналом, в которой осуществляется рециркуляция подогретого в калорифере воздуха:В воздушном канале подогретый в калорифере воздух сначала движется вверх по одной его части, выходит из нее через вентиляционные окна, имеющиеся в железобетонном стволе 1, и поступает в кольцевой короб 8. Посредством кольцевого короба подогретый воздух подастся в другую часть воздушного канала, по которой он движется вниз, выходит из нес через вентиляционные окна, имеющиеся в железобетонном стволе 1 и поступает в короб
9.В обеих частях воздушного канала по всей его высоте вентилятором 7 поддерживается статическое давление, превышающее давление в газоотво-дящем канале 3. Тем самым предотвращается диффузия агрессивных компонентов, содержащихся в дымовых газах, к железобетонному стволу 1, который в результате защищается от коррозии. Правда, в связи с этим часть подогретого воздуха через неплотности в футеровке 2 будет поступать в газоотводящий канал 3. Кроме того, некоторое количество подогретого воздуха будет теряться через неплотности, возможно имеющиеся в других частях воздушного тракта. Поэтому в короб 9 для восполнения потерь поступающего в него подогретого воздуха по патрубку 10 подастся холодный воздух, расход которого изменяется регулирующим органом 11.Образующийся в результате охлаждённый поток воздуха по коробу 9 направляется в калорифер 6, в котором его температура повышается до требуемого значения, и далее поступает в воздушный канал дымовой трубы. При этом падает расход греющего теплоносителя в связи с тем, что температура охлажденного воздуха, подаваемого в калорифер, превышает температуру наружного (забираемого из атмосферы) холодного воздуха, подаваемого в калорифер первоначально.Таким образом, при осуществлении рециркуляции подогретого в калорифере воздуха эффективно используется содержащаяся в нём теплота, так как в этом случае уменьшается расход поступающего в калорифер греющего теплоносителя, т.е. снижаются затраты па осуществление надежной работы дымовой трубы. Кроме того, за счёт деления воздушного канала дымовой трубы на две части в него подастся меньшее количество подо-гретого воздуха, что так же снижает расход греющего теплоносителя, который поступает в калорифер для подогрева воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы.Рисунок 15. – Схема для определения температуры поступающего в калорифер охлажденного воздухаДля определения температуры охлаждённого потока воздуха, поступающего в калорифер, запишем уравнение (рис. 15). , (356)где , ,
и
,
- удельная теплоёмкость воздуха, кДж/(кг°С), и плотность воздуха, кг/м3 , при температуре
,
и
соответственно.
Учитывая, что
=δ
и
= (1 - δ)
, получим формулу для определения
:
, (357)
где δ - доля подогретого воздуха, теряемого через неплотности в воздушном тракте, в общем расходе воздуха, поступающего в калорифер.
Значения
, Тсут и Тгод при среднегодовой температуре наружного воздуха для г. Новосибирска, равной 0,2°С, в зависимости от δ приведены в табл. 48.
Температура поступающего в калорифер охлажденного потока воздуха
при различных значениях δ рассчитывалась следующим образом. Удельная теплоемкость воздуха, как и ранее, принималась равной 1 кДж/(кг°С). Для предварительно принятого значения
определялось соответствующее значение
и по формуле (357) вычислялось значение температуры охлаждённого потока воздуха, поступающего в калорифер:
Если |
-
| < 0,5°C, т.е. если разность между принятой и расчётной температурой охлаждённого потока воздуха меньше 0,5°С, то расчётное значение температуры охлаждённого потока воздуха принималось равным ее действительному , значению.
Среднесуточные затраты на подогрев воздуха, подаваемого в воздушный канал дымовой трубы ст. № 2 проектируемой Новосибирской ТЭЦ, Т