8262

- каков принцип работы газовой турбины?

-приведите характеристики термодинамического цикла газовой турбины;

-с какой целью утилизируется теплота уходящих газов газовой турбины?

-назовите способы утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины.

Занятие №7

Тема: Методики расчета теплотехнических и эксплуатационных характеристик органического топлива.

В ходе дискуссии рассматриваются методики расчета теплотехнических и эксплуатационных характеристик органического топлива, включая топливные смеси с добавлением сбросных газов технологических процессов (так называемое «композиционное» топливо).

Анализируется расчет процесса горения топлива по нормативному методу [1], который сводится к определению теплоты сгорания топлива, объема теоретически необходимого расхода на горение воздуха и состава продуктов сгорания.

Использование нормативного метода расчета основывается на данных элементного состава топлива, уравнениях материального баланса процессов горения и законах сохранения массы и энергии.

В качестве эксплуатационных характеристик композиционного топлива анализируются: расчет точки росы продуктов сгорания, пределов воспламенения топливной смеси, скорости распространения пламени [10,11].

Особо отмечается необходимость расчета эксплуатационных характеристик топливных смесей, состоящих из традиционных видов топлива с включением сбросных газов технологических процессов. Изучение состава отходов (на примере отходов нефтехимической промышленности) показывает, что они содержат, кроме горючих газов, большое количество балласта и к тому же их состав крайне неравномерен. Добавление отходов к традиционным видам топлива, например, природному газу, может привести к нарушениям процесса горения вплоть до срыва факела, т.к. изменяются концентрационные пределы воспламенения и скорость распространения пламени топливной смеси [8].

Эксплуатация котлов в этом случае существенно зависит от предложенных мероприятий по стабилизации процесса горения. Рассматриваются способы стабилизации процесса горения и конструкции стабилизаторов [12].

Занятие №11

Тема: характеристика негативного воздействия котельной на окружающую среду

В процессии дискуссии должны быть обсуждено негативное воздействие котельной на все компоненты окружающей среды, в том числе атмосферный воздух [9,14,15] и водный бассейн [14]; рассмотрены загрязняющие вещества и источники шумового воздействия; проанализированы ответы на следующие вопросы:

11

-какие токсичные вещества образуются при сжигании твердого, жидкого и газового топлива в топочных камерах котлов?

-каковы физико-химические свойства и воздействие на организм оксидов азота?

-каковы физико-химические свойства и воздействие на организм оксидов углеро-

да;

-каковы физико-химические свойства и воздействие на организм бенз(а)пирена?

-каковы физико-химические свойства и воздействие на организм сернистых соединений?

-каковы физико-химические свойства и воздействие на организм зольных частиц и сажи?

-поясните механизм образования каждого из вредных веществ в продуктах сгорания кот-

лов.

-каковы источники загрязнения водоемов котельными?

-какие загрязнители водного бассейна котельными Вы знаете?

-приведите класс опасности вредных веществ, выделяющихся в котельных и загрязняющих воздушный и водный бассейны.

-назовите источники шумового воздействия котельной.

Занятие №14

Тема: Выбор природоохранных комплексов для снижения негативного воздействия котельной на воздушный бассейн

Входе дискуссии анализируются различные комплексы природоохранных мероприятий по охране воздушного бассейна. Особое внимание уделяется использованию так называемых «технологических методов» снижения загрязнения воздушного бассейна, основанных на комплексе технологических решений по изменению топочного режима с целью снижения образования (подавления) вредных веществ. Отмечается, что методы очистки применяются только после рассмотрения всех возможности использования технологических методов. Это обусловлено тем, что методы очистки более затратны и существенно увеличивают сопротивление газового тракта.

Анализируются различные виды экозащитного оборудования, включая преимущества и недостатки конструктивного исполнения.

Впроцессе дискуссии студенты отвечают на вопросы:

-какие методы снижения загрязнения атмосферы называют технологическими и почему?

-приведите схемы снижения оксидов азота технологическими методами;

-назовите технологические методы снижения сернистых соединений;

-в чем заключаются технологические методы снижения оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена?

-какие из горелочных устройств предназначены для снижения выброса оксидов азота?

-как подразделяются методы восстановления оксидов азота?

-назовите преимущества и недостатки метода высокотемпературного обезвреживания продуктов сгорания от оксидов азота;

-каковы особенности метода каталитического восстановления оксидов азота? Назовите используемые катализаторы.

-как и с какой целью осуществляется термическое обезвреживание оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена в выбросах промышленных котлов?

12

-охарактеризуйте процессы адсорбции, абсорбции и хемосорбции. Какие из методов сорбционной очистки являются наиболее приемлемыми для обезвреживания продуктов сгорания топлива?

-приведите свойства сорбентов и конструкции аппаратов для осуществления абсорбционной очистки продуктов сгорания от сернистого ангидрида.

-сопоставьте различные конструкции сухих и мокрых золоуловителей по эффективности очистки.

-что такое комплексные схемы очистки продуктов сгорания? Приведите набор оборудования отдельных блоков в комплексных схемах.

Вконце занятия необходимо предложить схему очистки применительно к расчету степени очистки по результатам максимального вклада вредных веществ (занятие №13)

ЗАНЯТИЕ №15

Тема: Выбор метода снижения негативного воздействия котельной на водный

бассейн

В ходе дискуссии проводится анализ методов снижения негативного воздействия котельной на водный бассейн [18].

Рассматривается каждый из источников поступления загрязняющих веществ в водоемы и оценивается выброс вредных веществ.

Практически во всех котельных имеется водоподготовка. Состав стоков водоподготовительных установок зависит от технологии обработки воды.

Особо отмечается, что наибольшее загрязнение фиксируется при использовании способа ионного обмена, когда в стоки выделяются соли, кислоты и щелочи. Сброс этих веществ приводит к существенному изменению солесодержания водоемов и изменению показателя рН.

Если же вода в котельную поступает из водоема, то дополнительный вклад в загрязнение вносят стоки предочисток. Со сточными водами при этом сбрасываются уловленные органические вещества и взвешенные вещества (шлам, состоящий из Al(OH)3, Fe(OH)3, CaCO3, Mg(OH)2, Ca(OH)2 и др.

Выброс загрязняющих веществ напрямую зависит от производительности водоподготовки, поэтому основным технологическим способом снижения стоков является снижение расхода исходной воды на водоподготовку.

Анализом тепловой схемы установлено, что наибольший вклад в величину производительности водоподготовки вносит исходная вода, восполняющая потери конденсата. Следовательно, одним из технологических методов снижения загрязнения водного бассейна паровой котельной окажется увеличение возврата конденсата.

Проводится анализ источников конденсата в паровой котельной: подогреватели воды (сетевые, горячего водоснабжения, исходной или химически очищенной воды и т. п.); мазута и технологические потребители предприятий. Загрязнение возвращаемых конденсатов возможно: солями кальция, магния и натрия, мазутом за счет неплотностей подогревателей;продуктами коррозии паро-конденсатного тракта (особенно из-за углекислоты, образующейся в котле при разложении NаНСОз и Na2CO3); в процессе производства примесями, зависящими от характера технологических процессов.

13

В случае загрязнения конденсата, необходима его очистка. В котельных применяются следующие методы очистки конденсата: обезмасливание, очистка от мазута, обезжелезивание и умягчение. Далее приводится рассмотрение схемных решений методов очистки конденсата.

Далее рассматривается следующий загрязнитель водоемов котельными – стоки топливного хозяйства (при работе на твердом топливе – мелкодисперсные частицы), на жидком - нефтепродукты) и систем шлакозолоудаления (при работе на твердом топливе). Анализируются способы снижения загрязнений.

С продувочной водой сбрасываются соли натрия и щелочные соединения NaOH и Na2CO3. Чтобы снизить расход продувочных вод, необходимо применять системы ступенчатого испарения в паровых котлах.

Занятие №16

Тема: Выбор мероприятий по снижению шумового воздействия

В процессе подготовки к дискуссии студенты должны найти информацию [19 и др.], чтобы ответить на следующие вопросы:

-какими документами необходимо руководствоваться при проектировании мероприятий по снижению шумового воздействия?

-каково должно быть требуемое снижение уровней звукового давления от источника шума?

-приведите содержание архитектурно-планировочных методов снижения шума от объектов?

-перечислите материалы ограждающих конструкций (наружных стен, кровли, пола, остекления, ворот, дверей и др.), которые могут обеспечить требуемую звукоизоляцию;

-какие прокладки необходимо устанавливать при конструировании ограждающих конструкций в зоне их примыкания?

-назовите наиболее простой и дешевый технический способ снижения шума в производственных помещениях;

-в каком оборудовании применяются глушители шума?

Занятие №17

Тема: Способы достижения экологической безопасности котельной

Впроцессе подготовки к семинару студенты анализируют все виды загрязнения, которые создает котельная, заданная на занятии №12 и разрабатывают комплекс методов для достижения экологической безопасности данной котельной [9,14,15,18-20].

Впроцессе семинара студенты обсуждают принятые технологические решения по всем факторам создаваемого каждой котельной загрязнения - атмосферного воздуха (хи-

мическое и акустическое загрязнения), а также водоемов; анализируют разработанные схемы очистки выбросов, сбросов, шумового загрязнения.

2.3.Содержание и порядок выполнения практических заданий по выполнению ин-

дивидуальных расчетов

14

Расчеты по индивидуальным заданиям производятся на основе теоретических знаний полученных в ходе проведения семинарских занятий и изучения соответствующей литературы, предложенной преподавателем. Проведение расчетов предусмотрено на практических занятиях № 4,5,6,8,9,10,12,13,18.

Занятие №4

Тема: Расчет теплового баланса котлоагрегата и расхода топлива

Задача расчета – определить КПДбрутто котлоагрегата (котла), расход органического топлива на котлоагрегат (котел) и удельный расход топлива на производство единицы тепловой энергии по результатам теплового расчета котлоагрегата (котла) по [1].

Исходные данные

-марка и типоразмер котла;

-вид и состав и теплота сгорания органического топлива;

-теплота сгорания топлива (если не задана, выполнить расчет теплоты сгорания (высшей и низшей) по составу топлива)).

Коэффициентом полезного действия (КПД, %) котлоагрегата (брутто) называется отношение полезно используемой теплоты Q1 к располагаемой теплоте Qрr

КПД бр котлоагрегата (котла) определяется в ходе поверочного теплового расчета котлоагрегата (котла) в соответствии с [ 1].

Расчет теплового баланса парового котлоагрегата (водогрейного котла), проводится в следующей последовательности:

- разрабатывается схема газовоздушного тракта котлоагрегата (котла); -назначаются реперные точки, в которых будут определяться необходимые пара-

метры потоков теплоты и продуктов сгорания;

-вычисляются коэффициенты избытка воздуха в реперных точках по ходу газового

тракта;

-определяются теоретические объемы воздуха, необходимого для горения, а также теоретические объемы азота, трехатомных газов и водяных паров;

-рассчитывается действительный суммарный объём продуктов сгорания органического топлива;

-определяются объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также их суммарная доля;

-результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам КА сводятся в таблицу;

-производится расчет энтальпий продуктов сгорания при принятых ранее коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева;

-результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу;

- определяется КПД котлоагрегата (котла) брутто по уравнению обратного балан-

са;

-производится расчет расхода топлива на котел;

-определяется удельный расход топлива на производство единицы тепловой энер-

гии;

- в том случае, когда котел неэффективен, его необходимо заменить более высокоэффективным.

15

Занятие №5 Тема: расчет энергосберегающего оборудования

Задача расчета – определить конструктивные характеристики конденсационного теплообменника калориферного типа, используемого в качестве энергосберегающего оборудования, установленного на газовом тракте котлоагрегата.

Исходные данные: принять из расчета котлоагрегата, а именно:

Расчет конденсационного оборудования следует разделить на 2 части - тепловой расчет и конструктивный расчет.

Тепловой расчет производится в следующей последовательности:

- по парциальному давлению водяных паров на входе в энергосберегающее оборудование (теплоутилизатор) определяется точка росы продуктов сгорания в зависимости от

2 ;

-определяется количество водяных паров в дымовых газах после теплоутилизатора;

-определяется влагосодержание дымовых газов при температуре точки росы продуктов

где Q1 – количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от температуры на входе в утилизатор до точки росы, кДж/ч;

Q2 - количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от точки росы до температуры на выходе из утилизатора, кДж/ч;

Q3 - количество теплоты, выделенное со сконденсировавшимся паром, кДж/ч. Конструктивный расчет производится в следующей последовательности:

-определяется массовый расход дымовых газов, кг/ч;

-вычисляется расход воды через теплообменник; для этого предварительно анализируется тепловая схема котельной и выбирается вид нагреваемого теплоносителя ( например вода перед водоподготовкой, вода для технологических нужд и др.), а также выбирается диапозон температур нагреваемой воды;

-высчитывается суммарная площадь живого сечения теплоутилизатора по дымовым газам;

-по суммарной площади живого сечения теплообменника предварительно подбирается типоразмер калорифера типа КСк, используемого традиционно для нагревания воздуха в системах воздушного отопления и вентиляции (отличие заключается в том, что через воздушную часть калорифера будет проходить греющая среда-продукты сгорания, а вода окажется нагреваемой средой); калориферы этой марки выполнены биметаллическими, что сократит коррозию и увеличит срок службы теплообменника;

-проверяется массовая скорость движения дымовых газов во фронтальном сечении предварительно выбранного калорифера и скорость воды в трубках (если они входят в нормативные пределы, то типоразмер калорифера выбран правильно).

16

-определяются коэффициент теплопередачи в теплообменнике, требуемая поверхность нагрева и количество секций;

-при несовпадении предполагаемого типоразмера уточняется тип калорифера и количество секций (приложение 2).

Занятие № 6 Тема: разработка технических решений по переводу котельной в мини-ТЭЦ

[7]

Исходные данные: котельная установки с различным количеством и типоразмерами котлов

Последовательность расчета :

-выбор и обоснование типа когенерационной установки;

-разработка схемы когенерационной установки;

-определение требуемой мощности электрогенератора;

-корректировка тепловой схемы котельной в связи с установкой системы автономного электроснабжения;

-конструкция электрогенератора

-расчет экономической эффективности;

-расчет экологической эффективности;

-определение срока окупаемости установки

Примечание: каждый из студентов выбирает и рассчитает когенерационные установки с различным решением систем автономного электроснабжения.

Занятие №8

Тема: расчет теплотехнических характеристик топливных смесей

Задача: сравнительный тепловой расчет котельного агрегата при работе на традиционном и композиционном топливе

Исходные данные:

-компонентный состав природного газа;

-компонентный состав отдувочного (сбросного) газа блока КЦА (короткоцикловой адсорбции) установки производства водорода.

Последовательность расчетов:

-составляются смеси природного и сбросного газов в различных соотношениях (например, смесь1 - 70:30; смесь 2 - 50:50; смесь 3- 20:80);

-рассчитываются теплота сгорания полученных смесей и состав полученных продуктов сгорания по нормативному методу[1];

-по результатам расчета строятся графические зависимости характеристик природного газа и топливных смесей.

17

Занятие №9

Тема: Расчет эксплуатационных характеристик топливных смесей

Исходные данные:

-компонентный состав природного газа;

-компонентный состав отдувочного (сбросного) газа блока КЦА (короткоцикловой адсорбции) установки производства водорода.

Последовательность расчетов:

-составляются смеси природного и сбросного газов в различных соотношениях (например, смесь 1 - 70:30; смесь 2 - 50:50; смесь 3- 20:80);

-рассчитываются пределов воспламенения природного газа и топливной смеси;

-вычисляются скорости распространения пламени природного газа и топливной смеси;

-определяется точка росы продуктов сгорания природного газа и топливной смеси;

-составляются графические зависимости характеристик природного газа и топливной смеси в зависимости от соотношения в смеси.

Занятие №10

Тема: Технико-экономическое обоснование предложенных технических решений по энерго-ресурсосбережению. Основы расчета окупаемости предложенных технических решений

Технико-экономическое обоснование проводится с целью оценки технического уровня и экономической эффективности предложенных технических решений по энергоресурсосбережению и выбора оптимального варианта проектного решения [3,13].

Выбор оптимального варианта проводят на основе определения показателей сравнительной эффективности капиталовложений и новой техники.

При этом используют метод окупаемости, позволяющий соизмерить по сравниваемым вариантам капиталовложения и эксплуатационные затраты и на этой основе выбрать наилучший.

Срок окупаемости энергосберегающего проекта – время, в течение которого сумма затрат на разработку и реализацию проекта окупится за счет полученного экономического эффекта от внедрения энергоэффективного мероприятия;

Расчет сроков окупаемости состоит из 2х этапов: определение состава затрат и экономической эффективности предложенной технологии.

Состав затрат (укрупненные капиталовложения) – включает затраты на выполнение предпроектных работ (ТЭО, обоснование инвестиций, бизнес-план) проектных работ, приобретение оборудования, производство строительно-монтажных и пусконаладочных работ.

Экономическая эффективность подсчитывается из условий экономии органического топлива, снижения себестоимости тепловой энергии, снижения удельного расхода топлива на единицу выработанной энергии, снижения платы за загрязнение окружающей среды и т.п.

18

Занятие №12

Тема: Расчет максимального вклада вредных веществ в загрязнение атмосферного воздуха [16]

Исходные данные:

- тип котельной; -тепловая мощность;

-типоразмер и количество установленных котлов;

-расход продуктов сгорания (из предыдущего расчета);

-температура продуктов сгорания (из предыдущего расчета);

-месторасположение котельной;

-фоновые концентрации вредных веществ в атмосфере;

Расчет максимального вклада вредных веществ в загрязнение атмосферного воздуха производится в соответствии с действующей методикой ОНД-86 [16] с изменениями и с учетом литературных источников [9,17].

Порядок выполнения расчетов следующий:

-определяется масса М (г/с) каждого вредного вещества, выбрасываемого дымовой трубой котельной;

-выбирается коэффициент А, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Значение коэффициента А соответствует неблагоприятным метеоусловиям (при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна). Принимается в зависимости от географической широты местности, где размещена котельная;

-принимается коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере

-рассчитываются коэффициенты m и n, учитывающие условия выхода смеси из устья источника;

-принимается коэффициент, учитывающий рельеф местности (при отсутствии геодезических данных можно принять =1;

-принимается температура окружающего воздуха для расчетного периода года;

-вычисляется разность температур продуктов сгорания и окружающего воздуха.

Затем максимальный вклад (максимальная приземная концентрация) сравнивается с нормативом ПДК для каждого из веществ и определяется степень воздействия (с учетом фоновых концентраций) источника загрязнения на воздушный бассейн, выявляется необходимость применения природоохранных мероприятий.

Занятие №13

Тема: Расчет загрязнения водного бассейна сбросами котельной

Задача. Определить массу загрязняющих веществ, сбрасываемых за одну регенерацию (включая взрыхление и промывку) натрий-катионитного фильтра [18].

Исходные данные:

-качество исходной воды;

-диаметр фильтра;

-высота слоя катионита;

-вид катионита;

-число регенераций фильтра;

В процессе регенерации натрий-катионитных фильтров в дренаж сбрасываются: из-

19

быток поваренной соли NaCl; продукты регенерации катионита CaCl2 и MgCl2 , некоторое количество измельченного катионита.

Порядок выполнения расчета сбросов:

-вычислить массу сбрасываемого избытка соли NaCl натрий-катионитных фильтров, кг;

-определить массу соли NaCl, сбрасываемой от натрий-катионитных фильтров в час (кг/ч);

-определить массу солей жесткости, сбрасываемых в дренаж за одну регенерацию фильтра, кг-экв;

-определить массы солей CaCl2 и MgCl2, сбрасываемых от водоподготовительной установки в час, кг/ч;

-вычислить годовой сброс измельченного катионита, т/год.

Результаты расчета занести в таблицу.

Занятие №18

Тема: Расчет степени повышения экологической безопасности

котельной установки в результате использования природоохранных технологий

В процессе практического занятия студенты анализируют все виды загрязнения, которые создает котельная, заданная на занятии №12 и проводят расчет в соответствии с указаниями, приведенными ниже.

Степень повышения экологической безопасности котельной установки в результате использования природоохранных технологий определяется исходя из определения предотвращенного выброса или сброса вредных веществ в атмосферный воздух и водный бассейн, а также снижения платы за загрязнение окружающей среды.

Расчёт платы за негативное воздействие котельной на атмосферный воздух проводится согласно РД-19-02-2007 «Методические рекомендации по администрированию платы за негативное воздействие на окружающую среду в части выбросов в атмосферный воздух».

Расчёт платы за негативное воздействие котельной на водный бассейн проводится на основании «Методических указаний по расчету платы за неорганизованный сброс загрязняющих веществ в водные объекты» утвержденных Госкомэкологией РФ 29.12.98.

Плата за сверхлимитный сброс загрязняющих веществ определяется [20] путем умножения соответствующих ставок платы за загрязнение в пределах установленных лимитов на величину превышения фактической массы сбросов над установленными лимитами, суммирования полученных произведений по видам загрязняющих веществ и умножения этих сумм на пятикратный повышающий коэффициент.

ЛИТЕРАТУРА

1.Энергетическая стратегия России до 2030года.

2.Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) / ЦКТИ– ВТИ: изд. 3-е, перераб. – СанктПетербург, 1988.- 258 с: ил.

20