КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УТИЛИЗАТОРОВ ТЕПЛОТЫ
Максимальное количество теплоты, которое может быть утилизировано при работе теплоутилизационных установок на уходящих газах, примерно равно энтальпии уходящих газов.
Действительное количество использованной теплоты всегда меньше энтальпии газов, что объясняется преимущественно невозможностью охлаждения газов ниже температуры поступающего в теплоутилизатор нагреваемого теплоносителя и ограничением по соображениям надежности утилизационного оборудования из-за коррозионных процессов.
Коэффициент полезного действия утилизаторов может быть оценен:
, (15)
где 1′ и 1″ - соответственно значения энтальпии дымовых газов на входе и выходе из утилизатора, ккал/кг; qп - удельные потери теплоты на 1 кг сухих газов, могут быть приняты не более 1 % от энтальпии отходящих газов.
Если принять, что массовая теплоемкость меняется незначительно в пределах утилизируемых температур газа, тогда
, (16)
где t′, t″ - температуры газов соответственно на входе и выходе из утилизатора.
Выбор утилизационного оборудования производится по технико-экономическим расчетам с учетом целесообразности и возможности использования утилизированной теплоты.
Однако могут быть случаи, когда оптимальный по экономии теплоты вариант энергосберегающего решения осуществить невозможно по ряду причин:
оптимальная по расчетам величина утилизированной теплоты невозможна в связи с отсутствием необходимого по параметрам утилизационного оборудования в унифицированном ряду;
конструктивно невозможна установка утилизатора при оптимальном варианте;
экономически наиболее целесообразный вариант недопустим по гигиеническим или экологическим соображениям;
при эксплуатации выбранного оптимального варианта утилизатора срок службы может быть значительно сокращен за счет агрессивного воздействия сред.
Кроме того, приведенные затраты на стадии проектирования могут отличаться от фактических при осуществлении или эксплуатации установки (например, могут изменяться цены на оборудование и материалы, топливо, условия выполнения монтажных работ и др.). Поэтому при проведении технико-экономических расчетов целесообразно выявить не только оптимальные решения, но и определить интервал экономически допустимых вариантов, что позволит принять правильное с экономический точки зрения решение при несовпадении практических условий с оптимальными.
Технико-экономические расчеты для выбора теплоутилизационного оборудования проводят по минимуму приведенных затрат:
Э = ΔП - Ен К, (17)
где Э - годовой экономический эффект, руб.; ΔП - годовая экономия затрат, руб.; Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности (Ен = 0,15); К - дополнительные капитальные вложения, руб.;
П = Пв - Пгод, (18)
где Пв - экономия топлива, руб.; Пгод - сумма дополнительных затрат на электроэнергию, амортизацию, текущий ремонт
Пв = ΔBЦт, (19)
где ΔВ - годовая экономия топлива, нм3/т; Цт - стоимость топлива, руб/нм3 (т).
Амортизационные отчисления определяются в соответствии с нормами Госплана СССР, %: здания и сооружения - 2,6, оборудование с монтажом для котельных, работающее на малозольном твердом топливе, - 8,5, при сжигании высокосернистого мазута - 11,9, при работе на газе - 6,8.
Затраты на текущий ремонт принимают в размере 20 % суммы амортизационных отчислений.
Окупаемость дополнительных капитальных вложений определяют по соотношению
Ток = К / ΔП. (20)
Экономию топлива определяют по формуле
B = 0,00194 Qu / ηут = 0,00194 Qут, (21)
где Qu - возможное использование теплоты уходящих газов, ГДж; Qут - количество утилизированной теплоты, ГДж; ηут - КПД утилизационной установки; 0,00194 - коэффициент эквивалентного перевода (т.е. 1 ГДж эквивалентен 0,00194 т усл.т.).
Количество нагреваемой воды в утилизационной установке
, (22)
где Vг - расход газа, м3/ч; tв′ и tв″ - соответственно начальная и конечная температуры воды, ºС; Св - теплоемкость воды, кДж/кг · ºС; ηос - коэффициент потерь теплоты в окружающую среду утилизационной установкой.
Количество воздуха, нагреваемого в утилизационной установке,
, (23)
где tв3′, tв3″ - соответственно начальная и конечная температуры воздуха, °С; Cв3 - теплоемкость воздуха, кДж/кг · °С.
Основные затраты на установку утилизатора в год:
З = К (Ен + mα + mт.р), (24)
где К - капитальные вложения, включающие стоимость утилизатора, стоимость монтажных работ, дополнительных строительных работ и заработной платы (при необходимости дополнительного обслуживающего персонала).
Расход электроэнергии на эксплуатацию установленного теплоутилизатора
Зэ = ΔNэ τ Цэ, (25)
где ΔNэ - дополнительная мощность на перекачку теплоносителя и преодоление аэродинамического сопротивления теплоутилизатора, кВт; τ - число часов работы утилизатора в году, ч; Цэ - стоимость электроэнергии, руб/кВт · ч.
При проектировании утилизационное оборудование обычно выбирается исходя из экономического эффекта как разность затрат для базового и предполагаемого вариантов. За базовый вариант целесообразно принять систему без утилизации теплоты либо один из рассматриваемых вариантов утилизации.
Существенным фактором, определяющим экономичность теплоутилизаторов, является их материалоемкость.
В процессе проектирования котлоагрегатов с теплоутилизаторами определение экономической эффективности капитальных вложений и срока окупаемости может производиться исходя из замыкающих затрат на топливо. В этом случае срок окупаемости может быть значительно ниже нормативной величины.
При проведении мероприятий по энергосбережению на действующем предприятии с помощью установки утилизаторов технико-экономические расчеты основывают на стоимости по действующему прейскуранту, в котором стоимость теплоты значительно ниже замыкающих затрат. Поэтому результаты расчетов при новом строительстве и реконструкции действующих предприятий могут быть различными.
В условиях хозрасчета предприятию выгодно внедрять только те энергосберегающие мероприятия, которые обеспечат повышение рентабельности на ближайшую перспективу.
В связи с нестабильностью цен на топливо и оборудование, связанной с изменениями в экономике, целесообразно в качестве критерия эффективности применения утилизаторов использовать удельные годовые расходы электроэнергии, удельные капитальные вложения и удельную экономическую эффективность. Проведено технико-экономическое сравнение вариантов применения КТАНов и конденсационных теплообменников с биметаллическими трубками типа КСК.
Графики изменения удельных величин затрат на тонну сэкономленного условного топлива в зависимости от мощности теплоисточника представлены на рис. 20. Как видно из графиков, все расчетные кривые удельных расходов электроэнергии, эксплуатационных расходов, капитальных вложений для мощностей котельных 4,65-116,3 МВт лежат ниже для конденсационных теплообменников, чем для КТАНов, только кривая удельной экономической эффективности идет выше. Из этого следует, что применение конденсационных теплообменников более эффективно для котлов малой мощности, чем установок с КТАНами. Причем надежность при эксплуатации утилизационного оборудования также будет выше вследствие отсутствия дополнительных контуров циркуляции с насосами и арматурой.
Следует иметь в виду, что все расчеты по конденсационным теплообменникам были сделаны ориентировочно, в каждом конкретном случае должны быть учтены местные условия, температура нагреваемой воды, теплотворная способность газа, КПД котла, возможности размещения оборудования за котлами и другие особенности.
Рис. 20. Зависимость удельных показателей от мощности котла при установке утилизаторов:
а - электроэнергии; б - годовых эксплуатационных расходов; в - металлоемкости утилизаторов; г - капитальных вложений в установку утилизаторов; д - экономической эффективности утилизаторов; 1 - тип КСК; 2 - тип КТАН
Сопоставление различных вариантов может быть проведено по удельным показателям энерго- и материалоемкости. С учетом того, что для выработки электроэнергии и производства металла также расходуется топливо, любое снижение показателей прежде всего приведет к снижению затрат на добычу топлива и производства электроэнергии.
Опыт свидетельствует, что в условиях нормальной экономической деятельности мероприятия, проводимые на существующем оборудовании в целях рационального использования топливно-энергетических ресурсов, окупаются примерно в течение двух лет, тогда как капиталовложения в добывающую промышленность и в энергетику - за 15-17 лет. Хотя мероприятия по энергосбережению со временем становятся все дороже, тем не менее они являются более рентабельными, чем дополнительное производство теплоносителей.
Достаточно сказать, что в нашей стране единовременные затраты предприятий топливодобычи и его транспорта находятся на уровне 170-200 руб., тогда как капиталовложения в утилизацию - около 30 руб/т у.т. Приведение в соответствие цен на топливо и тепловую энергию резко повысит экономичность применения теплоутилизаторов в котельных.
Необходимым условием широкого внедрения мероприятий по утилизации тепла дымовых газов на котельных является разработка типовых схем использования утилизационной теплоты, особенно на котельных, работающих на закрытую систему теплоснабжения, разработка компактных теплоутилизаторов для всех мощностей котлов, создание предприятий по выпуску энергосберегающего оборудования, рынка этого оборудования и специализированных организаций по оказанию услуг в энергосбережении.
Во всех случаях большое значение должно придаваться экологическим факторам как при разработке нового, так и при установке существующего утилизационного оборудования. Наряду с критериями экономическими и материальными при выборе утилизационного оборудования следует руководствоваться экологическим критерием, в качестве которого может выступать относительная величина снижения годовой массы вредных выбросов
(26)
и относительная величина годового экономического ущерба, предотвращаемого в результате снижения выброса вредных веществ в окружающую среду
, (27)
где Qк - мощность теплоисточника, МВт.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. № 1208409, МКИ Г 22В 37/54 Г 28с 3/08. Котельная установка / Друцкий А. В., Головач К. Г., Родин Ю. Г., Митюнин А. И. (СССР). Заявл. 16.08.84 № 3781437/24-06. Бюл. № 4 // Открытия. Изобретения. - 1986.
2. Аронов И. З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. - Л.: Наука, 1978.
3. Аронов И. З., Сигал А. И. Установки контактных экономайзеров с целью снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами // Химическая технология. - 1988. - № 1. - С. 68-70.
4. Баранов Е. П., Бухаркин Е. Н., Кушнирюк В. В. Опыт использования вторичных энергоресурсов в производственной котельной // Промышленная энергетика. - 1988. - № 1. - С. 21-22.
5. Богуславский Л. Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. - М.: Стройиздат, 1985.
6. Имен И., Царс А. и др. Использование теплоты конденсации водяных паров в мазутных отопительных котлах // Енергетика. - 1987, 38. - № 4. - С. 14-16.
7. Корняков А. Б., Пермяков А. Б. Применение воздухоподогревателей из стеклянных труб с целью экономии топлива в котельных / В сб. «Повышение эффективности теплоэнергетических установок». - Калинин, 1987.
8. Методические рекомендации по проектированию контактно-экономайзерных установок в газифицированных котельных. - Киев: НИИСТ, 1985.
9. Пенчев П., Юруков И., Милачков Х. Утилизация на отпадна топлина от хлебопекарни пещи через теплообменник с топлинни тръби // Енергетика. - 1987, 38. № 4. - С. 24-25.
10. Пособие по составлению раздела проекта (рабочего проекта «Охрана окружающей природной среды» к СНиП 1.02.01-85). М.: ЦНИИпроект, 1988.
11. Строительный каталог СК-8. Инженерное оборудование зданий и сооружений. - М., 1990.
12. Строительство и архитектура: Экспресс-информация. Вып. 6. - Сер. 9. Инженерное обеспечение объектов строительства. Зарубежный опыт. - М., 1982.
13. Теплообменники контактные с активной насадкой (КТАН) для котлов теплопроизводительностью 0,2-116 МВт, работающих на природном газе: Каталог. - Рига, 1987.
14. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справочное пособие. Под ред. Л. Д. Богуславского и В. И. Ливчака. - М.: Стройиздат, 1990 - 624 с.
15. Erfuhrungen bu der Atwirminutzung mit CRC-Anlagen H. R. Engerhorn, Butzbuch. Breunsloff - Harme - Kraft, 1988, 40. - № 9 - P. 334-339
16. CALCOND reduziert die Huzkosten und eutlastel der Umwelt. Padeck R. Int-Ansrüst - May, 1986 - № 5, 60, 62.
17. Ruchgasreinufung und Warmerwirgewinnung an 3, 2 t/h - Zampfkesseln. Buker Ehr. // Energiennroendung - 1983, 38 - № 1 - P. 28; 29.
18. Rauchjaseutschmefelun und Abissrnulutzung in landwitschaftlichen Eihrtchtamfen // Energiennroendung. - 1987, 36. - № 2. P. 51-55.
19. Vario-Breunwerkessei fü-oi, an Joidney zum Umweltseirutz. Janymeyer M. // Energie und Umwelt Feueraystechnik. - 1988, 26. - № 2. P. 94-98.
20. Worierwarmde verbraudingstuckt pan reudabei Zijür Lekkers. J. Verwarming en verctirase. - 1986. - № 9. - P. 637-643.
СОДЕРЖАНИЕ
|
Общая часть. 1 Утилизация теплоты дымовых газов в газифицированных котельных. 3 Особенности утилизации теплоты дымовых газов в котельных, работающих на жидком топливе. 28 Особенности утилизации теплоты дымовых газов в котельных, работающих на твердом топливе. 33 Экологические аспекты утилизации теплоты дымовых газов. 38 Критерии эффективности применения утилизаторов теплоты.. 43 Литература. 47 |
