1 / 16

Гуменников А. А., аспирант Руководители: Варфоломеева О. И., канд. техн. наук, доцент,

ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет». Гуменников А. А., аспирант Руководители: Варфоломеева О. И., канд. техн. наук, доцент, Хворенков Д. А., ст. преподаватель.

Download Presentation

Гуменников А. А., аспирант Руководители: Варфоломеева О. И., канд. техн. наук, доцент,

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» Гуменников А. А., аспирант Руководители: Варфоломеева О. И., канд. техн. наук, доцент, Хворенков Д. А., ст. преподаватель Программный комплекс для расчета энергозатрат мазутных хозяйств котельных установок при их проектировании и эксплуатации

  2. Мазутные хозяйства являются одним из самых энергозатратных технологических циклов котельных установок и тепловых электростанций. Причиной этого являются существенные затраты тепла на поддержание требуемой вязкости топлива в течение года для всех операций при его хранении и использовании, а так же высокие затраты электроэнергии на привод насосов различного назначения. Снизить эти затраты путем уменьшения количества хранимого топлива не возможно, т.к. минимальное количество жидкого топлива, которое должно храниться в резервуарах-хранилищах, зависит от мощности котельной, способа доставки топлива и регламентируется. Поэтому, доступными путями снижения эксплуатационных затрат складов жидкого топлива теплогенерирующих установок являются грамотное выполнение проектных работ и повышение технического уровня их эксплуатации.

  3. Одной из основных проблем, возникающих при проектировании складов жидкого топлива в котельных и на тепловых станциях, является расчет теплопотерь от резервуаров-хранилищ жидкого топлива. Методика расчета теплопотерь от резервуаров по укрупненным показателям является упрощенной и не учитывает все особенности процесса разогрева жидкого топлива при его хранении, особенно для подземных и полуподземных резервуаров. Расчет теплопотерь на основе закона Фурье и критериальных уравнений достаточно трудоемкий, поэтому требует привлечения компьютерной техники для его проведения. Поэтому, актуальной является численная реализация методики теплового расчета резервуаров с топливом, учитывающая все особенности процесса разогрева топлива при его хранении.

  4. Рекомендации по использованию результатов работы: • разработанный пакет прикладных программ полезен для проектных организаций, проведения расчетов при проектировании и эксплуатации в различных режимах мазутных хозяйств; • результаты позволяют сформулировать рекомендации по температурным режимам хранения топлива, обеспечивающие минимум эксплуатационных затрат; • Апробация работы: • медаль «За лучшую научную работу» в номинации «Энергосберегающие технологии» в открытом конкурсе на лучшую студенческую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях Российской Федерации, приказ министерства образования и науки Российской Федерации от 27 мая 2010 г. № 470. • результаты проведенной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» 9-15 декабря 2008 г., ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ». Работа отмечена дипломами первой степени и грамотой на выставках-сессиях инновационных проектов ИжГТУ, проходивших 25-26 ноября 2008 г., 22-23 апреля 2009 г. и 15-16 октября 2009 г.

  5. Математическая модель теплового расчета систем циркуляционного подогрева мазута в резервуарах Уравнение теплопередачи Коэффициент теплопередачи Коэффициент теплоотдачи от мазута к вертикальной стенке резервуаров при (ламинарный режим) при (турбулентный режим) Коэффициент теплоотдачи от стенки резервуара к воздуху Коэффициент теплоотдачи от стенки резервуара к грунту

  6. Коэффициент теплоотдачи от мазута к днищу резервуара Коэффициент теплоотдачи от «зеркала» мазута в газовое пространство резервуара при при Количество циркулирующего мазута Удельные гидравлические потери в мазутопроводе Мощность циркуляционного насоса

  7. Определение оптимальной температуры хранения топлива в основных резервуарах мазутных хозяйств Разогрев при хранении жидкого топлива котельных и тепловых станций является энергоемким процессом, поэтому, при выборе температуры хранения, должны учитываться как теплопотери от резервуара с топливом, так и электроэнергия, расходуемая на привод циркуляционного насоса. Рассматривается циркуляционный способ разогрева топлива в основных резервуарах мазутных хозяйств. В рекомендациях по проектированию мазутных хозяйств приведен диапазон температур хранения топлива в основных резервуарах. Например, для мазута М100 диапазон температур хранения составляет 60‑80°С. Выбор этой температуры не должен быть формальным. В диапазоне температур 20°С существенно изменяются теплопотери от резервуара в окружающую среду и вязкость мазута, которая влияет на гидравлические потери и, соответственно, на требуемый напор циркуляционного насоса. Выполняется оптимизация средней температуры хранения топлива по двум параметрам: затраты на компенсацию тепловых потерь от резервуара с мазутом в окружающую среду и на привод циркуляционного насоса. Расчет оптимальной температуры хранения производятся для мазута марки М100 в резервуаре объемом 100 м3 и климатических условий г. Ижевска. На первом этапе определяются потери теплоты в окружающую среду от резервуара. Диапазон изменения температуры наружного воздуха tн от -40 до +20 °С, а температуры мазута tм от 60 до 80 °С. На втором этапе вычисляются потери давления в мазутопроводах циркуляции и определяется необходимая мощность циркуляционного насоса и затраты на привод насоса. Расчет проводится в диапазоне изменения температуры мазута от 60 до 80 °С. Исходя из существующих тарифов на электроэнергию и тепловую энергию был построен двухпараметрический график суммарных затрат на компенсацию теплопотерь от резервуара с мазутом и на привод циркуляционного насоса

  8. Результаты расчета Необходимая мощность циркуляционного насоса Теплопотери от резервуара Суммарные затраты за месяц на подогреем мазута и привод циркуляционного насоса

  9. Результаты исследования • разработан пакет прикладных программ для расчета теплопотерь и затрат теплоты на нагрев топлива для резервуаров-хранилищ различной конструкции, в том числе для надземных, подземных и полуподземных; • выполнена серия расчетов для определения теплопотерь от резервуара объемом 100 м3 при различных температурах наружного воздуха и топлива и гидравлических потерь в трубопроводах циркуляции мазута в зависимости от его температуры. • обнаружено, что выбранной системы циркуляционного подогрева при нерациональном выборе температуры хранения суммарные затраты на теплопотери и привод насоса в диапазоне рекомендуемых температур хранения топлива могут отличаться для данного резервуара в 2-2,5 раза. • в каждом конкретном случае оптимизация температуры хранения топлива должна проводиться индивидуально, т. к. на ее выбор в основном влияют климатические условия, протяженность мазутопроводов циркуляции, объем резервуара.

  10. Оптимизация схемы циркуляционного разогрева жидкого топлива в мазутных хозяйствах котельных установок Хранение жидкого топлива в основных резервуарах мазутных хозяйств котельных установок требует поддержания температуры, при которой возможно перемещение топлива по трубопроводам. При снижении температуры хранения топлива, увеличиваются гидравлические потери в обратном трубопроводе, что приводит к возрастанию затрат на привод циркуляционного насоса. При повышении температуры хранения возрастают тепловые потери от резервуаров в окружающую среду. Уменьшить гидравлические потери в обратном трубопроводе без повышения температуры хранения и, тем самым снизить затраты на привод насоса без увеличения теплопотерь от резервуара, возможно путем устройства обводной линии в схеме циркуляционного разогрева топлива. Схема работает следующим образом. Циркуляционным насосом 4 мазут из резервуара подается в теплообменник 1, после которого нагретый мазут поступает по подающему трубопроводу 2 и 3 в резервуар 6. Перед резервуаром предусмотрена обводная линия, по которой часть нагретого топлива отводится помимо резервуара. Расход обеспечивает компенсацию теплопотерь от резервуара в окружающую среду. На выходе из резервуара температура мазута равна температуре хранения. Смешение потоков холодного мазута из резервуара и разогретого мазута, поступающего по обводному мазутопроводу, после регулятора расхода 7 позволяет уменьшить гидравлические потери по сравнению с классической схемой циркуляционного разогрева за счет увеличения температуры в обратном мазутопроводе. В зависимости от выбранной температуры хранения контроллер изменяет расход регулятором расхода 7 и температуру в подающем мазутопроводе с помощью регулятора 5.

  11. Классическая схема циркуляционного разогрева мазута 1 – теплообменник, 2, 3 – подающий трубопровод, 4 – циркуляционный насос, 5 – регулятор расхода теплоносителя, 6 – резервуар с мазутом. Циркуляционная схема разогрева мазута с обводной линией 1 – теплообменник, 2, 3 – подающий трубопровод, 4 – циркуляционный насос, 5 – регулятор расхода теплоносителя, 6 – резервуар с мазутом, 7 – регулятор расхода, 8 – обводная линия.

  12. Необходимая мощность циркуляционного насоса для компенсации гидравлических потерь для классической схемы разогрева мазута Необходимая мощность циркуляционного насоса для компенсации гидравлических потерь для схемы с обводной линией График зависимости годовых затрат на хранение мазута в зависимости от температуры хранения мазута График зависимости годовых затрат на хранение мазута в зависимости от температуры хранения и температуры в обратном трубопроводе

  13. График зависимости годовых затрат в зависимости от температуры топлива в резервуаре В случае классической схемы, не смотря на то, что при низких температурах топлива в резервуаре, теплопотери снижаются, общие эксплуатационные затраты резко возрастают за счет увеличения гидравлического сопротивления наружных мазутопроводов, и , следовательно роста затрат на привод циркуляционного насоса. Схема с обводной линией позволяет снизить эксплуатационные затраты, включающие в себя затраты на привод насоса и на компенсацию теплопотерь при хранении топлива во всем диапазоне температур хранения топлива. При этом, рост суммарных эксплуатационных затрат при увеличении температуры хранения топлива в резервуаре, происходит только за счет увеличения теплопотерь в окружающую среду. При снижении температуры хранения топлива, возрастания затрат на привод циркуляционного насоса не происходит из за поддержания высокой температуры в обратном трубопроводе после резервуара за счет подмеса разогретого топлива из подающего трубопровода. Схема с обводной линией эффективна и при достаточно высоких температурах хранения. Так, например, для температуры хранения 80 °С схема с обводной линией позволяет снизить эксплуатационные затраты на 52%, а при 60 °С – на 68%. Так же схема с обводной линией позволяет хранить мазут и при достаточно низких температурах 30-50 °С, что невозможно при классической схеме.

  14. Эффективность и техническая возможность холодного хранения мазута Рассматривается «холодный» способ хранения. В 1 резервуаре поддерживается температура мазута 80 °С, а в остальных 30 °С. Для поддержания температуры мазута в резервуаре используется циркуляционная схема. При переходе котельной на резервное топливо в процессе использования мазута из первого резервуара будет разогреваться мазут во втором резервуаре, а при использовании мазута из второй емкости будет разогреваться 3 резервуар. Т.к. весь запас резервного топлива рассчитан на 10 суток, то время использования одного резервуара составит 80 ч. За это время необходимо разогреть мазут в следующем резервуаре для бесперебойной работы котельной. Для определения времени разогрева мазута в резервуаре рассмотрим резервуар с мазутом марки М 100. Климатические условия принимаются для г. Ижевск (температура наиболее холодной пятидневки -34 °С). Примем следующие основные допущения : – время тепловой релаксации вследствие быстрого перемешивания мазута в резервуаре много меньше рассматриваемых промежутков времени, в течение которых происходит существенное изменение температуры мазута, т. е. температура мазута в резервуаре является функцией времени и не зависит от объема. – теплофизические характеристика мазута являются функцией его температуры. Решается система из уравнений: Количество тепла, поступающее с мазутом: Количество тепла, уходящее с мазутом: Количество тепла для компенсации тепловых потерь за период времени  составит: Количество тепла на нагрев мазута: Т. к. , то за период времени  температура мазута изменится на: Задаваясь расходами 0,2, 0,5, 0,6 кг/с и температурой греющего мазута 110, 120 и 130 °С определяем время разогрева мазута в резервуаре от температуры хранения 30 °С до 80 °С

  15. По данным рисунков видно, что при расходе циркулирующего мазута 0,4 и 0,6 кг/с и его температуре от 110 до 130 °С обеспечивается бесперебойная работа котельной, т.к. топливо в резервуаре успевает разогреваться до требуемых температур. За год обслуживания 1 резервуара при температуре мазута 30 °С для поддержания температуры мазута в резервуаре необходимо 8,494 Гкал тепла, а при температуре 80 °С – 25,91 Гкал. Использование схемы, в которой в один из резервуаров поддерживается необходимая температура, а в остальных минимально допустимая, затраты на эксплуатацию мазутного хозяйства сократить на 40 %, а если не было сбоя в подаче основного топлива и перехода на резервное, то на 67 %. При этом обеспечивается бесперебойная работа котельной.

  16. Заключение В работе описана математическая модель для расчета тепловых потерь от резервуаров с мазутом. На основе данной модели составлена программа в Pascal, позволяющая рассчитывать теплопотери для резервуаров-хранилищ различной конструкции, в том числе для надземных, подземных и полуподземных. Определены основные параметры оптимизации температуры хранения для циркуляционной схемы разогрева. При нерациональном выборе температуры хранения суммарные затраты на компенсацию теплопотерь и привод циркуляционного насоса в диапазоне рекомендуемых температур хранения топлива могут отличаться для данного резервуара в 2,3 раза. Так в рассмотренном примере суммарные затраты при температуре хранения мазута 60 °С на 50 % больше чем при температуре 80 °С. В каждом конкретном случае оптимизация температуры хранения топлива должна проводиться индивидуально, т. к. на ее выбор в основном влияют климатические условия, протяженность мазутопроводов циркуляции, объем резервуара. Разработана и численно реализована методика расчета схемы с обводной линией, в основе которой лежат уравнения неразрывности и теплового баланса. Предложенная схема с обводной линией позволяет сократить затраты на хранение мазута, т. к. часть тепла идет на подогрев мазута в обратном мазутопроводе, что не ведет к увеличению гидравлических потерь. Так при температуре хранения мазута в резервуаре 80 °С годовые затраты при классической схеме составляют 39,1 тыс. рублей, а при схеме с обводной линией 28,9 тыс. рублей. При переходе на холодное хранение с температурой мазута 40 °С затраты при классической схеме составляют 302,3 тыс. рублей, а при схеме с обводной линией 20,8 тыс. рублей. Схема с обводной линией позволяет сократить затраты на хранение мазута в районе рекомендуемых температур (60-80 °С) на 26-48% и хранить мазут при низких температурах 30-40 °С. Полученные результаты показывают, что применение данной схемы позволяет оптимизировать затраты на привод насоса, при использовании циркуляционной схемы разогрева, и поддержание температуры мазута в резервуаре на уровне, позволяющем при необходимости его подачи к котельным агрегатам на сжигание. Использование схемы с обводной линией целесообразно в мазутных хозяйствах с протяженными мазутопроводами и при холодном хранении мазута. Рассчитана и доказана возможность хранения мазута при пониженных температурах 30-40 °С. Использование схемы, в которой в один из резервуаров поддерживается необходимая температура, а в остальных минимально допустимая, затраты на эксплуатацию мазутного хозяйства можно сократить на 40 %, а если не было сбоя в подаче основного топлива и перехода на резервное, то экономия составляет 67 %.

More Related