En los últimos años, como resultado de un conjunto de medidas técnicas, económicas y organizativas destinadas a reducir las pérdidas de combustible durante su uso en instalaciones de generación de calor, se ha logrado un alto nivel técnico de operación. Las estaciones térmicas construidas durante este período según diseños estándar unificados se diferencian marcadamente de las estaciones de calefacción antiguas. Con una buena calidad de instalación y un funcionamiento cualificado de las modernas instalaciones de calefacción se puede conseguir un nivel bastante alto de consumo de combustible. Junto a esto, las plantas de calefacción cuentan con reservas para ahorrar combustible al eliminar pérdidas por los siguientes motivos: al almacenar combustible en un almacén; por la falta de un seguimiento sistemático del cumplimiento de las normas de consumo de combustible y análisis de sus pérdidas; debido a una contabilidad insatisfactoria de la generación de calor y el consumo de combustible; el uso de combustible que no se corresponde con la composición fraccionada, el contenido de cenizas, la humedad, la composición de las cenizas y las características de diseño de los dispositivos de combustión; pérdidas de calor para necesidades propias; por mal funcionamiento o ausencia de instrumentos de medición y dispositivos de control térmico y automatización; debido a una gestión insatisfactoria del proceso de combustión y pérdidas relacionadas con esto por una combustión incompleta mecánica y química, así como debido a la escoria del horno; debido a las grandes aspiraciones de aire a lo largo del camino del gas de la instalación generadora de calor, lo que provoca grandes pérdidas de calor con los gases de escape; contaminación externa de las superficies calefactoras asociada al incumplimiento del régimen de limpieza establecido o mala calidad de su ajuste; depósitos internos en las superficies calefactoras asociados con una violación del régimen químico del agua; estado insatisfactorio del aislamiento de los elementos de la unidad de caldera, conductos y tuberías de gas; no utilización de calor continuo; incumplimiento de los modos de funcionamiento óptimos de las fuentes de suministro de calor; suministro de calor irracional a los consumidores (sobrecalentamiento) de edificios con calefacción; falta de regulación del consumo de calor en días y horarios laborables, etc.; grandes pérdidas de condensado; calificaciones relativamente bajas del personal de servicio; trabajo educativo insuficiente con el personal e incentivos ineficaces para que el personal ahorre combustible.

Si, como resultado de la reconstrucción o mejora de las condiciones de funcionamiento, es posible aumentar la eficiencia de una instalación generadora de calor, entonces el ahorro anual (t/año) se calcula mediante la fórmula:

donde Q es la capacidad de calefacción instalada de la sala de calderas;

ust - el número de horas de uso de la capacidad instalada;

Qнр - poder calorífico inferior del combustible;

1 y 2 - eficiencia de la instalación antes y después de las medidas para aumentarla en fracciones de unidad;

3600 - factor de conversión.

Junto con la eliminación de pérdidas, no menos importante en el futuro desarrollo de fuentes económicas de calor en los sistemas de suministro de calefacción es la solución de las siguientes tareas: 1) aumentar la centralización y concentración de la producción de vapor y calor mediante la construcción de grandes instalaciones de calefacción modernas. estaciones y eliminación de las pequeñas y obsoletas; 2) acelerar el desarrollo y la introducción en la producción de equipos nuevos y más económicos; 3) suministro de fuentes de suministro de calor de vapor y agua caliente en bloques ampliados, lo que reducirá significativamente los costos de instalación y aumentará la eficiencia de la unidad al reducir la succión de aire; 4) mejorar la calidad del combustible destinado a la combustión en hornos de capas; 5) uso máximo de los recursos térmicos secundarios disponibles en la empresa para las necesidades de suministro de calor, así como los recursos de la propia estación de calefacción; 6) desarrollo e implementación de regímenes de calefacción económicos para edificios industriales y públicos, que prevean una disminución de la temperatura interna de los locales de 6 a 8 ° C los fines de semana y, cuando esté permitido, por la noche, con la posterior restauración de la temperatura de diseño a la normalidad; 7) mejorar la protección térmica de los edificios residenciales de nueva construcción con una resistencia térmica económicamente óptima de las vallas exteriores; 8) ampliar el intercambio de experiencias en las plantas de calefacción mediante la realización de revisiones públicas, la organización de concursos sobre economía de combustible y la mejora de la información del personal.

Medidas para reducir las pérdidas de combustible sólido y líquido durante el almacenamiento y para necesidades propias.

Para un diseño racional de estructuras y un funcionamiento fiable con pérdidas mínimas, es necesario conocer las propiedades físicas básicas del combustible sólido a almacenar: humedad, tendencia a la combustión espontánea, congelación, fluidez, etc.

Para reducir las pérdidas de combustible sólido durante el almacenamiento, es necesario tomar las siguientes medidas: 1) según las condiciones locales, según cálculos técnicos y económicos, si es posible, construir un almacén cerrado; 2) elegir la forma y el tamaño de la pila con la superficie exterior más pequeña por unidad de volumen, lo que normalmente se consigue construyendo pilas grandes; 3) compactar las pilas capa por capa para combatir el autocalentamiento; 4) asegurar un flujo de agua organizado para evitar la acumulación de aguas atmosféricas; 5) realizar el almacenamiento apilado de acuerdo con las normas y requisitos; 6) almacenar diferentes grados de combustible en pilas separadas; 7) antes de cargar el lote de combustible nuevo que llega, limpiar el almacén de combustible viejo y objetos extraños; 8) reducir el tiempo entre la descarga del carbón y la finalización de la compactación de la pila; 9) controlar constantemente la temperatura del carbón en la chimenea.

Para lograr buenos indicadores económicos, es aconsejable: 1) elegir un método racional de calentar el combustible en los tanques ferroviarios para su drenaje rápido y completo al almacenamiento; 2) negarse a almacenar fueloil en contenedores abiertos, lo que contribuye a un riego adicional por precipitación y mayores pérdidas asociadas con la evaporación; 3) negarse a utilizar bandejas abiertas para drenar el combustible; 4) garantizar en todos los modos de funcionamiento de la unidad de caldera el calentamiento necesario del fueloil antes de la combustión, lo que asegura su buena atomización por las boquillas y no conduce a mayores pérdidas de calor por combustión incompleta mecánica (q4) y química (q3); 5) controlar el estado del aislamiento térmico de los tanques de acero elevados de las tuberías de vapor y fueloil, lo que evitará la pérdida de calor al medio ambiente. Si se almacena incorrectamente, las pérdidas de combustible líquido pueden exceder significativamente las normalizadas (0,003 - 0,006 kg/m2 de la superficie de evaporación del tanque).

Las pérdidas de calor para las necesidades propias son inevitables, sin embargo, para reducirlas es necesario tomar las siguientes medidas: 1) sustituir las boquillas de vapor por unas mecánicas, con atomización por aire, lo que reducirá el consumo de vapor para la atomización del combustible; 2) ajustar el modo económico de soplado de vapor o sustituirlo por limpieza por inyección o limpieza por vibración, lo que también permitirá ahorrar vapor; 3) reducir el consumo de calor para calentar el agua de alimentación debido al retorno máximo de condensado; 4) utilizar el vapor de los desaireadores para calentar agua purificada químicamente; 5) soplar las calderas de acuerdo con el modo óptimo, mejorar el esquema de soplado y aprovechar el calor del agua de soplado y el vapor secundario del expansor de soplado continuo; 6) reducir el consumo de calor de las instalaciones de fueloil; 7) eliminar fugas en conexiones bridadas, accesorios, fugas de válvulas de punto bajo y válvulas de seguridad.

Pérdida de calor reducida debido a condiciones óptimas de combustión.

La influencia del proceso de combustión en la eficiencia del funcionamiento de la caldera es muy grande, principalmente debido a cambios en el valor de la combustión química incompleta (q3) y la combustión insuficiente mecánica (q1). Su valor está influenciado por: estrés térmico visible del volumen de combustión, coeficiente de exceso de aire a.

Para reducir las pérdidas de calor por combustión química incompleta (q3), se pueden recomendar las siguientes medidas: 1) proporcionar una cantidad suficiente de aire para la combustión con mezcla intensiva con el combustible; 2) mantener el voltaje óptimo en el horno y la temperatura de diseño en el horno; 3) transferir las unidades de caldera a la regulación automática de la relación aire-combustible (es decir, garantizar un exceso de aire óptimo); 4) aspiración de aire comburente de las zonas más calientes de la sala de calderas. Al quemar combustible líquido, es necesario garantizar la temperatura de calentamiento requerida del fueloil, una buena filtración, así como su atomización y mezcla intensiva con el aire de combustión. Cuando se quema combustible sólido en un lecho, es necesario utilizar altos hornos para brasas, para garantizar un lanzamiento continuo mecanizado de combustible sobre la parrilla.

Para reducir la pérdida de calor por combustión mecánica incompleta, se llevan a cabo las siguientes medidas: preparación preliminar del combustible (trituración de grandes trozos de carbón y eliminación de finos); quemar combustible con una cierta limitación del contenido de finos y un contenido constante de cenizas; asegurar una distribución adecuada del aire y una combustión uniforme del combustible sobre el área de la parrilla; asegurar una mezcla constante de la capa, evitando quemaduras y bloqueos; El soplado agudo se utiliza en los casos necesarios.

Reducir la pérdida de calor al medio ambiente.

De acuerdo con las reglas de Gostekhnadzor, todos los elementos de calderas, tuberías, sobrecalentadores, economizadores y equipos auxiliares ubicados en lugares accesibles al personal operativo deben tener una temperatura de la superficie exterior de aislamiento térmico no superior a 45 ° C. Si se cumplen estas condiciones, la pérdida de calor al ambiente desde 1 m2 de superficie no superará los 350 W/m2. Para reducir las pérdidas al medio ambiente durante todo el período de operación y durante las reparaciones, es necesario: 1) monitorear constantemente la calidad del aislamiento térmico; 2) aprovechar parcialmente el calor liberado por el equipo tomando aire térmico de la zona superior de la unidad de caldera y alimentándolo a la succión de un ventilador; 3) no permitir que el vacío descienda por debajo de 10-20 Pa en el hogar para evitar que las llamas y los gases sean eliminados por fugas en los accesorios del hogar.

Reducir las pérdidas de calor de los gases de combustión.

Las mayores pérdidas de calor de una caldera son las pérdidas con los gases de combustión. Por ejemplo, según los datos de prueba del TsKTI im. II Polzunova, para calderas KE - 6,5 - 14 pérdidas con gases de combustión: 13, y para calderas KE - 4 - 15C -12. Además, las pérdidas por gases de combustión dependen en gran medida de la producción unitaria de vapor de la unidad de caldera. Para reducir la pérdida de calor con los gases de combustión, se utilizan principalmente superficies de calefacción anticorrosión por convección desarrolladas, como calentadores de aire hechos de tubos de vidrio, empaquetaduras cerámicas en calentadores de aire rotativos regenerativos, etc. Siempre debe recordar que reducir la temperatura de los gases de combustión entre 12 y 14 ° C supone un aumento de 1 en la eficiencia de la caldera.

Las principales medidas para reducir la pérdida de calor por los gases de combustión son: 1) cumplimiento del coeficiente mínimo de exceso de aire en condiciones de combustión completa; 2) aumentar la densidad del gas de la caldera y reducir la succión de aire frío; 3) combatir la escoria de las pantallas y las superficies de calentamiento por radiación depurando el modo de combustión; 4) limpieza periódica de alta calidad de las superficies calefactoras exteriores de los paquetes de tuberías convectivas; 5) mantener condiciones de alta calidad del agua para evitar depósitos internos en las tuberías de la caldera; 6) mantener la presión nominal en el tambor de la caldera; 7) mantener la temperatura de diseño del agua de alimentación; 8) correcto diseño de las superficies calefactoras por convección, asegurando un lavado más completo de las mismas con gases a una velocidad que asegure la autoventilación; 9) asegurar la estanqueidad de las barreras de gas, evitando el flujo de gases a través de los paquetes de tuberías convectivas; 10) garantizar que el grado y la calidad del combustible quemado correspondan al diseño; 11) instalación de superficies de calentamiento de cola desarrolladas; 11) el uso de desaireadores de vacío para salas de calderas que queman gas natural, lo que permite reducir la temperatura del agua de alimentación a 65-70 °C (en comparación con la temperatura de 104 °C con desaireadores atmosféricos), lo que proporcionará un enfriamiento más profundo de los gases.

Aprovechamiento del calor del soplado continuo de calderas de vapor.

Existen varios métodos para utilizar el calor del soplado continuo de agua: 1) suministro directo de agua como refrigerante al sistema de calefacción; 2) suministro de agua de purga para recargar la red de calefacción; 3) utilizar el calor del vapor separado en un desaireador con descarga del agua separada al desagüe; 4) uso de vapor separado en un desaireador y el calor del agua separada en un intercambiador de calor para calentar agua cruda. En estos métodos se determina en cada caso mediante cálculo la reducción de las pérdidas de calor durante el soplado.

Reducción de las pérdidas de condensado.

El condensado en las salas de calderas con calderas de vapor es el componente más valioso del agua de alimentación. Al reducir sus pérdidas, se reduce el consumo de calor para la purga y aumenta la posibilidad de un uso más eficiente del combustible. Todas las pérdidas se pueden dividir en 4 grupos principales: 1) pérdidas debidas a esquemas imperfectos de recolección de condensado; 2) pérdidas por fugas en equipos de tuberías; 3) pérdidas por drenaje excesivo (durante el arranque y parada de calderas con purga continua, desbordamiento de condensado al drenaje en ausencia de control automático de las bombas de condensado, etc.); 4) pérdida de vapor para necesidades propias sin retorno de condensado (con soplado de vapor), para pulverización de fueloil en boquillas de vapor (con calentamiento abierto de tanques con fueloil), etc.

Para reducir las pérdidas de condensado es necesario: a) eliminar la evaporación y las fugas (a través de fugas con una sección de 1 mm2, dependiendo de la presión en la línea de vapor, se pueden obtener de 5 a 20 kg/h de vapor o más). perdido; debido a fugas en accesorios, conexiones de bridas de tuberías, la mayor parte del condensado se pierde de 20 a 70); b) sustituir las boquillas de vapor por otras mecánicas, de vapor-mecánicas o de pulverización de aire; c) reducir el consumo para necesidades propias (especialmente cuando hay bombas de alimentación accionadas por vapor); d) para el funcionamiento del desaireador es necesario instalar un enfriador de vapor. Las pérdidas de condensado dentro de la caldera generalmente se pueden medir y monitorear diariamente. Para una evaluación completa y precisa se realizan estudios especiales. Sin embargo, en funcionamiento se pueden estimar aproximadamente midiendo la adición de agua químicamente purificada. Se eliminan todas las áreas de vapores y fugas identificadas con base en inspecciones visuales.

como un manuscrito

AUMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS MOTORES DE VAPOR

CASAS DE CALDERAS AL UTILIZAR UNIDADES DE COGENERACIÓN CON MOTOR DE TORNILLO

Especialidad 14.05.04- Industrial ingeniería de energía térmica

tesis para un título académico

candidato de ciencias técnicas

Krasnodar-2006

El trabajo se llevó a cabo en la Universidad Tecnológica Estatal de Kuban.

Supervisor científico: Dr. Tech. ciencias, profesor

Opositores oficiales:

Dr. Tec. ciencias, profesor

Dr. Tec. ciencias, profesor

Organización líder:

Centro de Ingeniería Energética", Krasnodar

Secretario científico del consejo de tesis.

Doctor. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TRABAJO

Relevancia del trabajo. . sucedió en economía rusa Los cambios nos obligan a mirar de nuevo los problemas de la energía a pequeña escala. Según diversas estimaciones, entre el 50 y el 70% del territorio de Rusia, donde viven más de 20 millones de personas, no cuenta con un suministro centralizado de energía y electricidad. En este vasto territorio, el sustento de la población se garantiza principalmente mediante energía a pequeña escala: el suministro de electricidad se realiza a partir de centrales eléctricas diésel autónomas (DPP), suministro de calor– de plantas de calderas locales que funcionan con combustibles sólidos, líquidos y, menos comúnmente, gaseosos.

El análisis de los modos de funcionamiento y el estado técnico de las fuentes de energía térmica existentes indica su baja eficiencia energética y confiabilidad. Esto último lo confirman los casos cada vez más frecuentes de paradas de emergencia de las salas de calderas provocadas por cortes de suministro eléctrico, por ejemplo por rotura de líneas eléctricas. Como resultado de tales accidentes, se detiene la circulación del refrigerante, lo que en condiciones de baja temperatura puede provocar la descongelación de las tuberías y de todo el sistema en su conjunto.

En este sentido, es muy relevante la cuestión de organizar la producción de energía eléctrica en las salas de calderas de vapor para cubrir sus propias necesidades y para su distribución a terceros consumidores. En la mayoría de las salas de calderas municipales e industriales se instalan calderas de los tipos DKVR, DE, KE, etc., que producen vapor con una presión de 1,3 MPa. Además, los consumidores lo utilizan, por regla general, a una presión de 0,3 a 0,4 MPa. La reducción de presión se lleva a cabo en dispositivos reductores mediante estrangulación, perdiendo entre 40 y 50 kWh de energía por cada tonelada de vapor. La diferencia de presión especificada se puede utilizar para producir energía eléctrica en una instalación de generación de energía autónoma que consta de una máquina de vapor y un generador eléctrico.

Esto no solo reducirá significativamente el costo del calor generado, sino que también garantizará un suministro de energía confiable a la sala de calderas.

Objetivo de la obra. El objetivo del trabajo es aumentar la eficiencia operativa de las salas de calderas de vapor mediante el uso de la presión diferencial libre del vapor para generar energía eléctrica en una planta de cogeneración con motor de tornillo.

Para lograr este objetivo se deben resolver las siguientes tareas:

Desarrollar un modelo matemático de un motor de tornillo y realizar un estudio computacional de sus modos de funcionamiento;

Verificar experimentalmente el rendimiento del motor y la adecuación del modelo matemático desarrollado;

Optimizar las características de un motor de tornillo para sus condiciones de funcionamiento según el programa térmico en salas de calderas de vapor;

Desarrollar una metodología de cálculo y selección de los parámetros geométricos del motor y modos de funcionamiento de la planta de cogeneración en función de la potencia térmica variable de la sala de calderas para obtener la máxima producción anual posible de energía eléctrica.

Novedad científica.

En el trabajo de tesis se obtuvieron nuevos resultados científicos:

Se ha desarrollado un modelo matemático de un motor de tornillo que funciona con varios fluidos de trabajo, incluido vapor de agua;

Se realizó una verificación experimental de la adecuación del modelo matemático de un expansor de tornillo;

Se obtuvieron las características de funcionamiento de un motor de tornillo cuando funciona con vapor de agua;

Se propone una metodología para seleccionar los parámetros geométricos del motor y sus modos de funcionamiento de acuerdo con la potencia térmica variable de la sala de calderas para obtener la máxima producción anual de energía eléctrica.

Métodos y medios para realizar investigaciones. .

Para resolver los problemas planteados en el trabajo de tesis se utilizaron métodos generalmente aceptados de cálculos termodinámicos de procesos con masa variable del fluido de trabajo. En el desarrollo de la metodología de cálculo se utilizaron métodos de análisis matemático, paquetes de aplicación (Excel, Mathcad), así como ecuaciones de aproximación para el área utilizada del diagrama h-s de vapor de agua. Las pruebas experimentales del modelo matemático se llevaron a cabo en el complejo generador eléctrico DGU-250.

Se presentan las siguientes disposiciones principales para la defensa. :

Modelo matemático de un motor de tornillo que funciona con varios fluidos de trabajo, incluido vapor de agua;

Resultados de la investigación computacional y experimental de un motor de tornillo;

Resultados de la optimización de las características geométricas y operativas de un motor de tornillo;

Metodología para seleccionar los parámetros geométricos del motor y sus modos de funcionamiento de acuerdo con la potencia de calefacción variable de la sala de calderas para obtener la máxima generación eléctrica anual;

Significado práctico.

La introducción de plantas de cogeneración con motor de tornillo en las salas de calderas de vapor es una medida de ahorro energético, ya que eliminará las pérdidas energéticas al reducir el vapor.

Rechazar la electricidad comprada reducirá significativamente el costo del calor generado, aumentará la confiabilidad del suministro de energía a la fuente y también reducirá el daño ambiental por las emisiones a la atmósfera.

Las recomendaciones desarrolladas sobre la base de un análisis de los modos de funcionamiento conjunto de los sistemas de suministro de calor y una máquina de vapor permiten hacer una elección racional de los parámetros geométricos y el rendimiento de un motor de tornillo, así como su modo de funcionamiento, dependiendo de la magnitud. y naturaleza de la carga térmica conectada. Los métodos propuestos permiten determinar la cantidad de generación eléctrica anual, la rentabilidad, la eficiencia económica y el período de recuperación de esta instalación.

Implementación de resultados .

Los resultados de los estudios computacionales y experimentales realizados utilizando la metodología desarrollada forman la base para actualizar la documentación técnica de la unidad expansor-generadora con el fin de ponerla en producción.

En una de las salas de calderas de vapor está previsto instalar el modelo industrial piloto fabricado y probado del motor de tornillo como parte de la planta de cogeneración DGU-250.

La metodología para seleccionar los parámetros geométricos y el rendimiento del motor para maximizar la cobertura del programa de carga térmica anual de la sala de calderas se ha transferido para su uso en el diseño de complejos expansor-generador.

Aprobación del trabajo .

Los resultados de la investigación presentados en el trabajo de tesis fueron informados y discutidos en el Seminario Científico y Técnico Internacional "Ahorro de energía y energías renovables - 2005" (Sochi), la V Conferencia Científica y Técnica Internacional "Aumento de la eficiencia de la producción de electricidad" (Novocherkassk, 2005). ), Conferencia científica y técnica internacional “Energía del siglo XXI” (Crimea, 2005), seminario científico y técnico de la empresa “Planta de energía térmica de Krasnodar” de JSC “Kubanenergo” (Krasnodar, 2005), reunión de la departamento “Ingeniería térmica industrial y centrales térmicas” de la Universidad Técnica Estatal de Kuban (Krasnodar, 2006), la cuarta conferencia científica del sur de Rusia. “Tecnologías e instalaciones que ahorran energía y recursos”.

Publicaciones . A partir de los resultados de la investigación realizada se publicaron 9 trabajos.

Estructura y alcance de la tesis.

La disertación consta de una introducción, cuatro capítulos, una conclusión y una lista de referencias. La obra se presenta en 118 páginas, incluidas 36 figuras y 5 tablas. La lista de literatura usada incluye 117 títulos.

en la introducción La relevancia del trabajo está justificada. Se observa la presencia de pérdidas de energía en las salas de calderas al reducir los flujos de vapor, y se indica la falta de fiabilidad de las fuentes de calor en caso de accidentes en los sistemas de suministro de energía, que provocan el cese del suministro de calor. Se formulan las metas y objetivos del estudio.

primer capitulo El trabajo de tesis está dedicado a una revisión de la literatura nacional y extranjera en el campo del aumento de la eficiencia de las fuentes de calor al organizar la producción de energía eléctrica en ellas, es decir, al reconstruir salas de calderas en mini-CHP.

Se revisan y analizan los métodos conocidos para organizar la producción combinada de energía térmica y eléctrica en las salas de calderas existentes, incluido el uso de unidades de turbina de gas (GTU), motores de combustión interna y unidades de turbina de vapor (STU). Se señalan las ventajas y desventajas de cada una de estas soluciones técnicas.

Está fundamentada la viabilidad de utilizar motores helicoidales en el campo de la energía eléctrica de complejos de cogeneración de hasta 500 kW.

Se analiza la experiencia nacional y extranjera en el uso de máquinas de expansión de tornillos en diversas industrias.

Teniendo en cuenta lo anterior se formularon los objetivos de la investigación.

En el segundo capitulo Se muestra que para implementar el funcionamiento conjunto de la sala de calderas, el complejo generador eléctrico y el sistema de suministro de calor, es necesario poder predecir con suficiente grado de precisión las características del motor de tornillo y los parámetros de el fluido de trabajo durante el proceso de expansión.

Para resolver este problema, en este capítulo se desarrolla un modelo matemático del proceso operativo del expansor. Los principales aspectos que complicaron fueron la variabilidad de la masa de vapor que se expande en la cavidad de trabajo, la fuga de vapor de las cavidades de alta presión a las cavidades con presiones más bajas, así como la ocurrencia del proceso en el área. húmedo par cerca de la curva límite.

El modelo matemático de un motor de tornillo se basa en la ecuación de la primera ley de la termodinámica en la forma

dQsub=d(Gh)-Vdp=hdG+Gdh-Vdp, (1)

donde dG es el cambio de carga de masa en la cavidad;

dh – cambio en la entalpía específica del vapor en la cavidad durante la rotación

rotor impulsor por el ángulo dφ.

El calor suministrado a la cavidad dQin se compone algebraicamente de la eliminación de calor a través de las paredes de la carcasa BRM hacia el entorno dQext, el suministro de calor con vapor que fluye hacia la cavidad i desde las cavidades traseras dGi-4, dGi-1, así como la eliminación de calor. con fugas en las cavidades delanteras dGi+1,dGi+4,dGi+5.

dQin = dQext + dGi-4*hi-4+dGi-1*hi-1-(dGi+1+dGi+4+dGi+5)*hola, (2)

Según otros investigadores, la disipación de calor al ambiente dQext asciende hasta el 0,5% de la potencia del VRM y no puede tenerse en cuenta.

Teniendo en cuenta (1), el cambio de presión en la cavidad cuando se gira el tornillo impulsor en un ángulo dφ será:

La integración de la ecuación 3 solo se puede realizar mediante métodos numéricos debido a la falta de relaciones analíticas entre las cantidades incluidas en ella.

Cambio de presión en la cavidad de vapor cuando el rotor impulsor gira en un ángulo en diferencias finitas

El cambio resultante en la masa de vapor en la cavidad;

El incremento de entalpía en la cavidad, que es

el valor resultante de tres componentes:

Aumento de volumen durante la expansión isentrópica de a

Cambio en la masa de vapor debido a fugas y fugas.

De la mezcla con el vapor que fluye hacia la cavidad.

Con base en la ecuación (4), se desarrollaron programas para calcular el proceso de trabajo de VRM con vapor seco, sobrecalentado y húmedo.

Para calcular el proceso de funcionamiento de un motor que utiliza vapor húmedo, hemos desarrollado una descripción matemática del diagrama hS en el área de los procesos estudiados en forma de un conjunto de ecuaciones aproximadas.

Una de las principales características del funcionamiento de un motor de tornillo es la eficiencia adiabática, que se puede representar como producto de coeficientes parciales.

, (5)

donde son, respectivamente, los coeficientes que tienen en cuenta las pérdidas por fugas, las desviaciones del régimen respecto al de diseño y las pérdidas hidráulicas.

El artículo propone ecuaciones para calcular estos indicadores.

Flujo de fluido de trabajo a través del VRM

. (6) Alimentación VRM interna . (7)

La potencia eléctrica en los terminales del generador se determina teniendo en cuenta las pérdidas mecánicas en el motor, caja de cambios y generador.

Los materiales obtenidos en los cálculos mediante el método propuesto permiten predecir el desempeño de instalaciones expansoras-generadoras con VRM y optimizar sus parámetros geométricos para maximizar la cobertura de la carga térmica de una determinada fuente de calor, así como realizar desempeños técnicos y económicos. cálculos para evaluar la eficacia de las soluciones técnicas propuestas.

En el tercer capitulo Se brinda una descripción del diseño y esquema de una muestra industrial piloto de la unidad expansor-generador DGU-250 con motor de tornillo, así como los resultados de un estudio computacional y experimental de su funcionamiento en aire comprimido y una comparación. Se dan las características experimentales con datos calculados.

La unidad de cogeneración DGU-250 consta de un motor de tornillo, una caja de cambios, un generador eléctrico y un panel de control. El stand en el que se probó la instalación está equipado con instrumentos para medir y registrar temperaturas, presiones, caudal del fluido de trabajo, así como la velocidad de rotación de los rotores de la máquina de expansión de tornillo.

Al probar el VRM en aire comprimido en las condiciones de la planta del fabricante, se confirmó la operatividad del complejo y de todos los sistemas y se obtuvieron dependencias experimentales.

Utilizando el modelo matemático desarrollado del VRM, se obtuvieron mediante cálculo las mismas dependencias.

Los resultados de una comparación de indicadores experimentales y calculados (la discrepancia no supera el 7%) nos permiten concluir que el modelo matemático propuesto es suficientemente adecuado.

Además, en las condiciones de funcionamiento del VRM en las salas de calderas de vapor incluidas en el sistema de suministro de calor, el factor principal que determina el modo de funcionamiento del complejo es la carga térmica cambiante de la fuente de calor y, como consecuencia, el cambio en la Presión de vapor de entrada Pin. Esto requirió considerar la influencia de Рвх yn en los principales indicadores de la instalación Fig (1,2,3)

Una ventaja importante de VRM sobre otros tipos de máquinas de expansión es el efecto positivo de la presencia de una fase líquida en el flujo de gas en expansión sobre el rendimiento del motor.

Cuando se trabaja con vapor de agua, el condensado no solo se puede formar en la cavidad de trabajo cuando la presión disminuye, sino que también puede ingresar a la máquina junto con el vapor. Como resultado, bajo la influencia de las fuerzas centrífugas, aparece una película de condensado en la superficie del orificio de la carcasa y en las superficies laterales de los dientes, cuyo espesor, dependiendo de la cantidad de condensado, puede ser comparable al tamaño. de los espacios en la máquina. Rellenar los espacios con una película líquida reduce significativamente las fugas entre las cavidades, lo que aumenta significativamente la eficiencia del tornillo.

Figura 1 - Dependencia del consumo de vapor de la velocidad de rotación del rotor principal en varios valores de Pvx.

Figura 2 - Dependencia de la potencia del grupo electrógeno diesel de la velocidad de rotación del husillo y varios valores de Pvx.

motor. Los cálculos utilizando el programa desarrollado mostraron que cuando el tamaño de los espacios se reduce a la mitad, la eficiencia de la máquina aumenta en un 8%.

Capítulo cuatro se dedica a considerar las condiciones para el funcionamiento conjunto más eficaz de VRM y sistemas de suministro de calor bajo una carga de calor variable de los consumidores. La figura 4 muestra un diagrama esquemático de la inclusión de un complejo generador eléctrico en el circuito térmico de una sala de calderas. La cobertura de la parte máxima de la curva térmica se proporciona a través del regulador de presión 5.

Figura 4 - Diagrama esquemático de una sala de calderas de vapor con VRM

1 - caldera de vapor, 2 - desaireador, 3 - máquina de expansión, 4 - generador, 5 - válvula reductora de presión, 6 - regulador de presión, 7 - calentador de red, 8 - bomba de alimentación, 9 - bomba de red, 10 - consumidor.

Durante el funcionamiento del complejo, la tarea no sólo es garantizar el flujo de vapor a través del VRM correspondiente a la carga térmica cambiante, sino también obtener la máxima generación anual de electricidad posible.

La producción de calor del VRM (por este indicador entenderemos condicionalmente la cantidad de calor transferido por el flujo de vapor que sale del VRM a la instalación de calefacción de la red) se expresa mediante la conocida ecuación

De la ecuación (9) se deduce que la regulación de la salida térmica del VRM de acuerdo con la carga térmica cambiante es posible de dos maneras:

· cambiar el flujo de vapor a través del VRM, lo que se puede realizar regulando la velocidad del rotor y Рвх;

· regulación de la presión final, lo que provoca un cambio de la entalpía al final de la expansión isentrópica y, en consecuencia, del valor.

También hay que tener en cuenta que cuando ambos , y oscilan se produce un cambio, principalmente por la aparición de pérdidas por la discrepancia entre los grados de reducción de presión interna y externa, lo que se tiene en cuenta para la eficiencia operativa del motor. .

Este capítulo analiza las posibilidades de regular el flujo de vapor a través del VRM cambiando la velocidad del rotor, así como mediante la presión del vapor en la entrada y salida de la máquina.

Se ha establecido que las mayores posibilidades de cambio

El flujo de vapor se logra regulando la velocidad del rotor; sin embargo, cuando se opera en paralelo con el sistema de suministro de energía, no es posible utilizar esta opción de control.

La determinación de la dependencia del rendimiento térmico del BRM de la presión antes y después de la máquina de expansión mostró que un cambio en Pin conduce a un cambio casi lineal en el flujo de vapor a través del motor, y variar la presión de salida P2 tiene un efecto extremadamente insignificante. (2-3%) sobre el valor de Q. En consecuencia, la regulación del rendimiento térmico del BRM de acuerdo con la carga de calor cambiante de la sala de calderas es prácticamente posible solo debido al cambio de presión del vapor en la entrada al máquina.

En este caso, el límite superior de la capacidad de calefacción está determinado por el valor máximo de la presión del vapor que ingresa a la máquina. Cuando la presión de entrada disminuye, el caudal másico de vapor y, en consecuencia, la capacidad de calentamiento y la potencia del VRM disminuyen en consecuencia.

Se propone determinar la capacidad mínima de calefacción del VRM a partir de la condición de igualdad de la potencia eléctrica Ne generada por el generador eléctrico con el valor de las necesidades propias de la sala de calderas Nсн. Evidentemente, si la energía generada no cubre las necesidades propias de la fuente, el uso de una planta de cogeneración deja de tener sentido.

Para garantizar el uso de la planta de cogeneración durante todo el año, también es necesario cumplir esta condición.

Se puede obtener una expansión significativa del rango de regulación del rendimiento térmico de la máquina cambiando el grado geométrico de expansión del motor, donde Vнр es el volumen de la cavidad de vapor en el momento en que comienza la expansión.

Es posible aumentar el rendimiento térmico del VRM reduciendo el grado geométrico de expansión, ya que esto aumenta el flujo de vapor a través de la máquina. Esto aumentará significativamente la cobertura de la carga térmica con el vapor expulsado en el VRM. Al mismo tiempo, aumenta la producción total anual de electricidad. Dado que es un parámetro de diseño, su valor se puede especificar al diseñar la ventana de entrada de la máquina, en función del rendimiento térmico requerido del VRM para una sala de calderas determinada.

En la Fig. 5, la curva superior muestra la generación de electricidad anual, por ejemplo, para la unidad en estudio en varios valores. El valor máximo de Eg se alcanza en = 2,15 y asciende a 1,98 millones de kWh, de los cuales 1,36 millones de kWh para el período de calefacción y 0,62 millones de kWh para la temporada de verano.

El análisis de los gráficos estacionales anteriores muestra que para cubrir la carga de verano de suministro de agua caliente es recomendable tener valores grandes de , ya que en este caso se aprovechará al máximo la energía potencial del vapor que ingresa al VRM. La generación total de electricidad durante la temporada de verano aumenta con .

Figura 5 - Generación de electricidad para calefacción.

y períodos de verano de funcionamiento de la sala de calderas.

Durante la temporada de calefacción, debido a la necesidad de cubrir la creciente carga de calor, es aconsejable disponer de una máquina con valores bajos. En este caso, la producción de electricidad durante la temporada de calefacción aumenta debido a un aumento en el flujo de vapor a través de la máquina ya que aumenta el volumen de la cavidad llena.

Teniendo en cuenta lo anterior, se propone, en base al programa anual de carga de calor, al diseñar una máquina para una sala de calderas específica, prever la posibilidad de reemplazar la ventana de entrada al cambiar de la temporada de calefacción a la de verano y viceversa. . Las dimensiones de la ventana de entrada determinan de forma única el volumen de la cavidad al inicio de la expansión y, por tanto, el flujo de vapor a través de la máquina.

Los cálculos han demostrado que para la geometría de hélice adoptada, el valor óptimo para el período estival es 3,5; Al mismo tiempo, la generación de electricidad por temporada es de 854 mil kW * h. El valor óptimo para el período invernal es 1,2; Al mismo tiempo, la generación de electricidad para la temporada es de 1.545 mil kWh. La generación eléctrica total anual en esta opción es de 2.400 mil kW*h, 420 mil kW*h (21,2%) superior a la óptima durante todo el año sin sustituir la ventana de admisión.

Los patrones encontrados en el proceso de experimentos y cálculos indican la posibilidad de utilizar el cambio en la contrapresión detrás del VRM para aumentar la potencia eléctrica y la producción anual de electricidad del complejo, cubriendo incondicionalmente la parte base del gráfico térmico.

Para implementar esta propuesta, basta con instalar un regulador de contrapresión detrás del VRM, que funcione según un programa vinculado a la temperatura de calentamiento requerida del agua de la red de acuerdo con el programa de temperatura del sistema de calefacción. En particular, en verano, la presión del vapor detrás del VRM P2 se puede reducir al máximo, lo que permitirá aumentar la potencia del motor durante todo el período y, por tanto, aumentar la generación de electricidad.

La parte final del capítulo presenta los campos calculados de cargas térmicas cubiertas por motores de tornillo de las bases 6.ª (d=250 mm) y 7.ª (d=315 mm). Se describe la metodología para seleccionar los parámetros de diseño del VRM para una sala de calderas específica. Se dan recomendaciones encaminadas a obtener la máxima generación eléctrica anual.

Una evaluación técnica y económica de la implementación del DGU-250 en una de las salas de calderas mostró que la generación anual de electricidad es de 2.400 mil kWh y el período de recuperación no supera los 1,8 años.

PRINCIPALES RESULTADOS Y CONCLUSIONES

1. Se ha realizado un análisis de soluciones técnicas conocidas para la organización de la generación combinada de energía térmica y eléctrica en salas de calderas. Se ha establecido que en condiciones de carga térmica cambiante, el funcionamiento de las unidades según el cronograma térmico se asocia a un deterioro significativo de su eficiencia.

2. Se ha propuesto un modelo matemático del VRM, a partir del cual se ha desarrollado una metodología para calcular el proceso de trabajo del vapor de agua, teniendo en cuenta la variabilidad de la masa, el fenómeno de condensación en las cavidades de trabajo y la presencia de una fase líquida en el flujo.

3. Se ajustaron los sistemas de la muestra principal del expansor.

Se obtuvieron las características experimentales del grupo electrógeno y del VRM, confirmando su desempeño y la adecuación del modelo matemático desarrollado de la máquina.

4. Se realizó un estudio computacional del funcionamiento del VRM sobre vapor de agua. Se ha establecido que la eficiencia del motor está en el rango de 0,65 a 0,75 y varía ligeramente en un amplio rango de velocidades del rotor y presión de vapor inicial, lo que indica la posibilidad de funcionamiento eficiente del grupo electrógeno diesel con fluctuaciones significativas en la carga térmica. .

5. Se ha demostrado que llenar los huecos de la máquina con humedad condensada conduce a un aumento notable de su eficiencia al reducir la cantidad de fugas.

6. Se realizó un análisis del funcionamiento conjunto del grupo electrógeno diesel con el sistema de suministro de calor en condiciones de carga térmica cambiante. Se analizan las posibilidades de regular el modo de funcionamiento del VRM.

7. Se ha desarrollado una metodología para optimizar la generación eléctrica anual en función del consumo de calor para salas de calderas con diferentes valores y ratios de cargas de invierno y verano.

8. Se dan recomendaciones para seleccionar el tamaño estándar y los parámetros geométricos del VRM con el fin de obtener la máxima generación de electricidad anual. Se muestra que casi todo el rango de cargas térmicas de 4 a 75 GJ/h cuando se utilizan los métodos de control propuestos está cubierto por dos tamaños estándar de VRM (6.ª y 7.ª base).

9. Los resultados del estudio permitirán plantear la cuestión de la introducción generalizada de instalaciones de este tipo en las salas de calderas de vapor industriales y de calefacción.

1. Instalación de Repin para salas de calderas de vapor // Materiales de la V conferencia internacional. - Novocherkassk, 2005. - S. 31-34.

2. Investigación Repin de una planta de cogeneración para salas de calderas de vapor // Ahorro de energía y tratamiento de agua No. 2, 2006.-P.71-72.

3. Reactivar la producción de electricidad y frío en centrales de turbinas de gas. // Materiales de la cuarta conferencia científica del sur de Rusia. “Tecnologías e instalaciones que ahorran energía y recursos”. Krasnodar. 2005.-S. 27-30.

4. Sobre la cuestión del aumento de la fiabilidad del suministro de energía a las salas de calderas de vapor // Materiales de la Cuarta Conferencia Científica del Sur de Rusia. “Tecnologías e instalaciones que ahorran energía y recursos”. Krasnodar. 2005. - págs. 27-30.

5. Repin el uso de energía a presión de gas natural en pequeñas estaciones de distribución de gas / Ahorro energético. N° 3, 2004.- págs. 70-72.

6. Cálculo de Repin del proceso de trabajo de una máquina de vapor de tornillo // Actas de la V conferencia internacional. Novocherkassk, 2005. - págs. 28-31.

7. , Complejo Repin para sala de calderas de vapor // Materiales del Seminario Científico y Técnico Internacional. Sochi, 2005

8. Repin el suministro de energía a una sala de calderas mediante un ciclo con un fluido de trabajo de bajo punto de ebullición // Actas de la conferencia internacional "Problemas de la energía", Crimea, 2004

9. , Repin, resultados de un estudio computacional de un complejo generador de electricidad para una sala de calderas de vapor // Materiales del Seminario Científico y Técnico Internacional. Sochi, 2005

2007-06-19

Factores que influyen en el estado técnico de los equipos de calderas en los servicios públicos. La reducción de las reservas de combustible y recursos energéticos conduce a un rápido aumento de la escasez y los precios de los combustibles orgánicos. La consecuencia de esto es una reducción de la capacidad calórica, una desviación de los estándares de calidad, un deterioro de su composición química por la introducción de ingredientes bajos en calorías y un aumento de la proporción de lastre interno. Todo esto conduce a una corrosión acelerada de los equipos y, como consecuencia, a la creación de situaciones de emergencia, así como a una disminución de la eficiencia y a la contaminación del aire.

4.2. Cambios en el tiempo, relación de temperatura de suministro/retorno (1 - sin emisor, 2 - con emisor)

6. Resultados de las pruebas de laboratorio de la caldera Victor-100 con combustible diesel (1 - sin radiador, 2 - con radiador)

9. El efecto de reducir el caudal de agua de la caldera sobre la temperatura del refrigerante (Q es el caudal de agua de la caldera en m3/h, N es la potencia nominal de la caldera, kW)

11.2 Temperaturas del punto de rocío de varios tipos de combustibles (1 - gas natural, 2 - gas licuado, 3 - combustible diesel, 4 - fueloil)

Este problema es más grave en el sector de la vivienda y los servicios comunales, donde, según las administraciones regionales, más del 57% de las calderas han estado en funcionamiento durante más de 20 años y el 40% tienen una eficiencia inferior al 82%. (La Figura 1 muestra la estructura de los equipos de calderas en funcionamiento en el sector de servicios públicos de Ucrania al 1 de enero de 2007)

El funcionamiento de los equipos de calderas se ve afectado negativamente por la descentralización irrazonable del suministro de calor, la selección no autorizada de refrigerante, la transferencia sin medidas para modernizar los equipos existentes a modos de funcionamiento de baja temperatura, la reducción de la potencia de la caldera debido a la baja presión del gas, la violación de los horarios de funcionamiento, la escala. depósitos en superficies de intercambio de calor por convección, aumento de los costos de la electricidad consumida, violación de las normas de reparación, desgaste material y moral de equipos auxiliares y redes de calefacción.

Los factores enumerados provocan una combustión insuficiente del combustible, corrosión y fallas prematuras de los equipos, una disminución en la calidad del suministro de calor y reclamos justificados de los consumidores. La situación actual requiere una solución inmediata a un conjunto de cuestiones para modernizar el sistema de generación y distribución de energía térmica, así como el uso de métodos de bajo costo para extender la vida útil de los equipos existentes.

Esta última circunstancia se debe al hecho de que es imposible reemplazar completamente los equipos existentes por equipos nuevos en poco tiempo debido a la falta de fondos necesarios. La política de aumentar considerablemente las tarifas de los servicios públicos conduce a un aumento de la inflación, lo que afecta negativamente el desarrollo de la economía del país y el nivel de vida de la población. Por lo tanto, el reequipamiento técnico y la modernización de los equipos de calderas es una tarea importante.

Determinar la eficiencia operativa de los equipos de calderas y desarrollar soluciones técnicas para su modernización.

La determinación de la eficiencia operativa de los equipos de calderas debe comenzar con una auditoría energética, durante la cual se estudia no solo el estado técnico del equipo, sino también los factores estructurales, organizativos y económicos que afectan su funcionamiento. En particular, es necesario determinar el consumo anual de energía, determinando el volumen de compra y generación propia, así como el uso y distribución de energía, determinando su costo y la relación de indicadores de costos para varios tipos de energía (electricidad, gas , fueloil, agua, calor, vapor, suministro de aire, suministro de frío, etc.). La gama de preguntas necesarias para tomar las decisiones correctas incluye:

• aclaración de las fluctuaciones estacionales, mensuales, diarias, horarias del consumo de energía y sus derivados;
• determinación de tarifas de energía y combustible teniendo en cuenta los esquemas de pago;
• determinar el perfil de uso energético, desglosado en necesidades productivas y no productivas, la dinámica del consumo energético por tipo de producto u trabajo, elaborando un balance del consumo energético por tipo;
• determinar la eficiencia operativa de sistemas y equipos mediante monitoreo instrumental, inspección visual, toma de las medidas necesarias y examen del estado de los equipos;
• determinación de carga máxima, media y mínima;
• comparación de características reales y de diseño de equipos y sistemas, desarrollo de una lista de actividades propuestas;
• análisis de actividades anteriores realizadas en la empresa para reducir el consumo de energía;
• análisis de oportunidades de ahorro de energía durante la operación actual y las posibilidades para su implementación;
• descripción de oportunidades de ahorro energético, con el desarrollo de opciones para el uso de diversos equipos y esquemas tecnológicos;
• cálculo del costo mínimo y máximo de las opciones propuestas para modernización y reequipamiento de equipos;
• cálculo de costos anuales y ahorro de energía por tipo;
• desarrollo de propuestas para monitorear el funcionamiento de los generadores de calor y las condiciones de temperatura de los equipos que utilizan calor con cálculos de su costo, ahorro anual y evaluación de los períodos de recuperación.

En la Fig. La Figura 2 muestra los principales factores que influyen en la fiabilidad y la rentabilidad de las calderas de calefacción y equipos auxiliares, que deben tenerse en cuenta durante la auditoría energética.

Métodos para aumentar la eficiencia de la generación de energía térmica.

Los esfuerzos para mejorar la eficiencia operativa de los equipos de calderas deben estar dirigidos a reducir las pérdidas de energía térmica con los gases de combustión, las pérdidas como resultado de la quema química y mecánica, el aislamiento de los equipos de calderas y las tuberías. La combustión insuficiente mecánica y química generalmente se elimina realizando ajustes ambientales y térmicos del equipo o reemplazando el dispositivo del quemador por uno más avanzado.

La reducción del desperdicio en la producción y distribución de calor se garantiza mediante la instalación de una moderna automatización de calderas con control climático. Reducir la temperatura de los gases de escape requiere cambiar el modo de funcionamiento, lo que no siempre es factible debido a la aparición de condensación en equipos y chimeneas, subcalentamiento del refrigerante y funcionamiento irracional de la unidad de caldera.

Cabe señalar que al diseñar calderas en años anteriores, los diseñadores buscaron reducir el consumo de metal de las calderas y garantizar su alta mantenibilidad y, para ello, se centraron en las condiciones de funcionamiento de las calderas a alta temperatura, sin preocuparse por el ahorro de combustible y recursos energéticos. . El resultado es que el equipo en funcionamiento está representado principalmente por calderas acuotubulares, que tienen volúmenes reducidos de agua de caldera, están poco automatizadas y, a menudo, están equipadas con dispositivos de quemador primitivos.

Sin embargo, en las condiciones económicas actuales no hay forma de desmantelar este equipo. Por tanto, se necesitan medidas técnicas para aumentar la eficiencia de las calderas, reducir las emisiones nocivas a la atmósfera y prolongar su vida útil. Uno de estos métodos podría ser el uso de emisores secundarios, instalándolos en el horno de la caldera, desarrollado en el Instituto de Termofísica Técnica de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania.

Se sabe que una caldera es un sistema abierto en el que la entrada de reactivos y la eliminación de los productos de reacción se producen durante el proceso químico. El intercambio de materiales se puede realizar mediante transferencia de masa por convección o difusión en el horno de la caldera con eliminación y suministro continuo de materiales de partida y productos de combustión. Un indicador importante de la calidad de las reacciones de transformación química es la intensidad de la combustión.

En las instalaciones industriales, la intensidad de la combustión en un horno de cámara se estima mediante el valor de q v - generación de calor específica por unidad de volumen del sistema, kW/m 3: Q v = BQ n / V, donde B es el consumo de combustible en m 3 /s (kg/s); Qn es el poder calorífico inferior del combustible, V es el volumen de la cámara de combustión, es decir sus parámetros geométricos, configuración, etc. En base a esto, la modernización de los equipos existentes puede tener como objetivo cambiar el volumen de combustión.

Esto asegurará la localización de las reacciones de combustión, la creación de condiciones óptimas para su ocurrencia y el mantenimiento de los modos de operación más rentables para obtener la mayor eficiencia posible y reducir las emisiones nocivas a la atmósfera. Se sabe que la intensidad de la combustión, determinada por la tasa de consumo de sustancias combustibles, depende no sólo de la velocidad de la reacción química, sino también de la velocidad del proceso de formación de la mezcla, cuyo factor determinante es la intensidad de la combustión. Difusión turbulenta y molecular.

Esto último puede garantizarse organizando la recirculación interna de los gases de combustión en la caldera. Las reacciones de combustión ocurren con la liberación de calor, es decir. son exotérmicos, suelen ser irreversibles y continúan hasta que las sustancias de partida se consumen por completo. Sin embargo, en instalaciones de alta temperatura en la zona de combustión también pueden ocurrir reacciones endotérmicas que ocurren con la absorción de calor, por ejemplo, reacciones de disociación de los productos finales de la combustión CO 2, H 2 O, NO X, reducción de CO en una superficie de carbono caliente con falta de oxígeno, etc.

Además, las reacciones entre el combustible y el oxidante nunca tienen lugar directamente entre las moléculas de las sustancias de partida; en la reacción participan partículas elementales con capas electrónicas externas vacías (átomos libres (H, O), hidroxilo OH, etc.) en una proporción suficiente. En gran medida, más activos que las moléculas, contenidos en los gases de combustión suministrados para su recombustión.

Para el combustible líquido, a diferencia del gas, un cambio en la velocidad de combustión se produce solo como resultado de un cambio en la concentración del oxidante en la zona de reacción, que se compensa con radicales -OH, etc. Hay que tener en cuenta que en A una temperatura de 1650°C, el 90% de la radiación espectral de la antorcha se encuentra en la región infrarroja, visible -9%, ultravioleta -1% y hasta el 70% de la eliminación total de calor se produce en el horno de la caldera.

Por lo tanto, uno de los métodos para intensificar la transferencia de calor del horno es lograr el máximo grado de oscuridad de la cámara de combustión. Esto se puede lograr creando un horno de múltiples cámaras, en el que se produce la separación zona por zona de los reactivos de los productos de combustión, con un aumento paralelo de la transferencia de calor por radiación.

En base a esto, proponemos un método de utilización de emisores secundarios, que no solo permiten cambiar la aerodinámica de los gases de combustión, asegurando su recombustión, sino también la re-radiación, compensando el sombreado temporal del hogar. , aumentando su negrura e intensificando la transferencia de calor. En la Fig. La Figura 3 muestra el aspecto de los radiadores secundarios, el esquema de diseño del espacio de combustión con un radiador secundario instalado y el horno de la caldera Vitola-Bifferall fabricada por la empresa alemana Viessmann.

Cabe señalar que la novedad del método propuesto radica en que incluye no solo un cambio en la aerodinámica de la cámara de combustión y un aumento en el área de las superficies de transferencia de calor, como en la Fig. 3.3, sino también la intensificación de la transferencia de calor radiante. Al mismo tiempo, las aletas del emisor secundario permiten, gracias al intercambio de calor por convección, proporcionar una eliminación intensiva de calor y un enfriamiento del emisor secundario, protegiéndolo de las tensiones térmicas durante el funcionamiento.

Los cálculos analíticos muestran que la introducción de gases de recirculación en la raíz de la llama asegura un aumento de la temperatura en el horno, un cambio en la cinética de combustión del combustible y un cambio en las características termodinámicas de la caldera (Fig. 4.2, datos de laboratorio). ) Al mismo tiempo, hasta el 80% de los gases de combustión, dependiendo del ancho de la abertura de la ranura en la parte delantera de la caldera L, se produce una postcombustión repetida (Fig. 4.1, datos calculados).

Los estudios realizados sobre radiadores secundarios en calderas con quemadores de ventilador muestran un aumento en la eficiencia de la caldera en aproximadamente un 1-3%, debido a la intensificación del intercambio de calor por radiación, lo que aumenta la eliminación de calor de la cámara de combustión. Esto reduce la carga en la parte convectiva de la caldera, lo que permite extender la vida útil y reducir el desgaste del equipo al menos entre 4 y 6 años.

Además, se produce un cambio en las características termodinámicas de la caldera, lo que permite, con el mismo consumo de combustible, reducir el tiempo para ajustar la temperatura del agua de la caldera en aproximadamente un 15-20%, lo que en condiciones de funcionamiento ahorra aproximadamente un 3,5%. % de gas natural reduciendo el tiempo de regulación de la temperatura y cuando el quemador alcanza la potencia nominal.

La estabilización del proceso de combustión permite un funcionamiento seguro e ininterrumpido del equipo, su arranque suave y la nueva quema de los gases de combustión y el mantenimiento del modo de combustión óptimo reduce cinco veces las emisiones de CO y dos veces los óxidos de nitrógeno. La selección de emisores secundarios se realiza en función del tipo y potencia de la caldera, el volumen y configuración de la cámara de combustión, las características del dispositivo quemador y el tipo de combustible.

Hasta la fecha, los emisores secundarios para calderas pirotubulares con quemadores de ventilador ya han sido probados industrialmente y recomendados para su implementación. Este trabajo continúa, como en la Fig. La Figura 5 muestra las características de eficiencia operativa de una caldera con radiador secundario de rejilla obtenidas durante pruebas industriales, lo que indica lo prometedor de esta dirección.

Cabe destacar que para la selección de equipos hemos desarrollado modelos analíticos e informáticos que nos permiten realizar la correcta selección de emisores secundarios. Después de pruebas industriales y de laboratorio, es posible utilizar emisores secundarios para modernizar las calderas. En condiciones de laboratorio se realizó una prueba experimental del rendimiento de la caldera Victor-100, producida en serie por la Planta de Equipamiento Municipal de Brovary, con una potencia de 100 kW que utiliza combustible diesel.

Se determinó que después de instalar un radiador secundario en el horno de la caldera, la temperatura aumenta en un promedio de 400°C (Fig. 6.1), mientras que la temperatura de los gases de escape disminuye en 50°C (Fig. 6.2). Durante el período inicial de tiempo, la temperatura de los gases de escape de la caldera es significativamente menor, mientras que la temperatura en el horno es más alta que sin radiador, lo que se explica por el hecho de que en el primer período de tiempo el calor se gasta en calentar el radiador secundario.

Como se puede observar en el gráfico (Fig. 6.2), el tiempo de estabilización para el proceso de llegada de la caldera al modo de funcionamiento no supera los 5 minutos, el método propuesto también tiene un efecto positivo en el funcionamiento de la caldera, eliminando la formación de condensado durante un arranque "en frío", protegiendo así su estructura de la corrosión y el sobrecalentamiento local. Cabe señalar que estudiar los procesos que tienen lugar en las cámaras de combustión de las calderas que funcionan bajo presurización es difícil debido a los mayores requisitos de estanqueidad.

Se puede obtener una ilustración de los procesos que ocurren en el horno de una caldera utilizando métodos de modelado por computadora utilizando paquetes de aplicaciones CFD. Nuestro modelo CFD confirmó la exactitud del método elegido. Así, surge una nueva oportunidad para determinar las características operativas de las calderas para la selección de emisores secundarios y otros métodos para su modernización. En la Fig. La Figura 7 muestra diagramas de temperatura de la caldera Victor-100.

Se ve claramente que después de instalar el radiador secundario en el horno, la distribución de temperatura en todo su volumen cambia, en particular, no hay zonas de sobrecalentamiento locales, la temperatura en la salida del horno y en la parte delantera de la caldera disminuye. Los datos del cálculo CFD son totalmente consistentes con los datos de la investigación de laboratorio y se confirman mediante cálculos analíticos.

En la Fig. La Figura 8.1 presenta datos calculados sobre los cambios en las características aerodinámicas de la cámara de combustión y la velocidad del flujo en la caldera con y sin radiador secundario, diagramas de presión (Fig. 8.2) y, como consecuencia, cambios en la distribución de metano ( Fig. 8.3) y concentración de NO X (Fig. 8.3) Ni que decir tiene que se pueden realizar cálculos similares para otro tipo de calderas y cualquier equipo auxiliar y térmico.

Métodos para aumentar la eficiencia de la distribución de energía térmica.

Se puede reducir el consumo de combustible mediante una combustión de alta calidad y reduciendo las pérdidas de calor. La regulación automática de alta calidad de los procesos de generación y distribución de calor garantiza importantes ahorros de combustible y recursos energéticos. Se pueden lograr ahorros significativos en energía térmica y mejorar el rendimiento del equipo actualizando el circuito hidráulico.

El circuito hidráulico influye significativamente en el proceso de generación y distribución de calor y en la vida útil de los equipos de caldera. Por lo tanto, al considerarlo, es necesario tener en cuenta los siguientes parámetros: la dinámica horaria de los cambios de temperatura, los caudales de los circuitos individuales y la relación relativa entre el volumen de agua de la caldera y el volumen total de agua en el sistema de calefacción.

Un parámetro importante es también la temperatura del agua de retorno. Para evitar la formación de condensación en la caldera y en los gases de combustión, la temperatura del agua de retorno debe mantenerse siempre por encima del punto de rocío, es decir, en promedio de 50 a 70 ° C. Una excepción son las calderas de condensación, en las que, a bajas temperaturas del agua de retorno, el proceso de condensación se intensifica y, como resultado, aumenta la eficiencia. En este caso, si f o ≤ 10%, es necesario tomar medidas adicionales para garantizar que se mantenga la temperatura del agua de retorno especificada.

Tales medidas son la organización de la mezcla, la separación de los circuitos mediante intercambiadores de calor, la instalación de válvulas mezcladoras y un separador hidráulico (flechas). Además, un factor importante para reducir los costos de combustible y energía eléctrica es la determinación del flujo de refrigerante a través de la caldera (grupo de calderas) y determinar el caudal óptimo (Fig. 9).

Modernización de tuberías de calderas.

Para modernizar las tuberías de calderas se recomiendan medidas y dispositivos sencillos que puedan ser fabricados por el personal operativo. Se trata de la creación de circuitos adicionales en el sistema de suministro de calor; instalación de un separador hidráulico (Fig. 10.1), que permite ajustar la temperatura y presión del refrigerante, y un esquema de flujo paralelo (Fig. 10.2), asegurando una distribución uniforme del refrigerante.

La temperatura del refrigerante debe ajustarse constantemente en función de los cambios en la temperatura del aire exterior para mantener la temperatura deseada en los circuitos conectados. En este sentido, una reserva importante para el ahorro de combustible es el máximo número posible de circuitos de suministro de calor y la automatización del proceso de control. El tamaño del separador hidráulico se selecciona de modo que, a plena carga, la diferencia de presión entre las líneas de suministro y retorno no supere los 50 mm de agua. Arte. (aproximadamente 0,5 m/s).

El separador hidráulico se puede montar vertical u horizontalmente, cuando se instala (Fig. 10.1) en posición vertical, existen una serie de ventajas adicionales: la parte superior funciona como separador de aire y la parte inferior se utiliza para separar la suciedad. Al conectar calderas en cascada, es necesario garantizar flujos iguales de refrigerante a través de calderas de la misma potencia.

Para ello, la resistencia hidráulica de todos los circuitos paralelos también debe ser la misma, lo que es especialmente importante en el caso de las calderas acuotubulares. Esto garantiza condiciones de funcionamiento iguales para las calderas de agua caliente, un enfriamiento uniforme de las calderas y una eliminación uniforme del calor de cada caldera en la cascada. En este sentido, se debe prestar atención a las tuberías de las calderas, asegurando la dirección paralela del movimiento del agua de ida y vuelta.

En la Fig. 10.2 muestra un diagrama de flujos paralelos, que se utiliza para tuberías de calderas que funcionan en cascada sin bombas y accesorios individuales del circuito de la caldera que regulan el flujo de refrigerante a través de la caldera. Esta medida sencilla y económica elimina la formación de condensación en las calderas, así como los frecuentes arranques y paradas de los quemadores, lo que reduce el consumo de energía y prolonga la vida útil de la caldera y del dispositivo quemador. El esquema propuesto de "flujos paralelos" también se utiliza en sistemas horizontales extendidos y cuando se conectan colectores solares y bombas de calor en un sistema común.

Soluciones técnicas para garantizar la evacuación de los gases de combustión.

La lucha por ahorrar combustible en nuestras condiciones económicas a menudo se reduce a cambiar los modos de funcionamiento de los equipos de calderas. Sin embargo, esto a menudo conduce a fallas prematuras y costos materiales y financieros adicionales asociados con la reparación del equipo. Un gran problema cuando se trabaja con cargas bajas es la humedad en los productos de combustión, que se forma durante la reacción de combustión debido a la cinética química.

En este caso, a una temperatura de los gases de combustión de aproximadamente 50-60°C, se forma condensación en las paredes de la chimenea y en el equipo. El contenido de humedad en función del punto de rocío se muestra en la Fig. 11.1, esto conduce a la necesidad de mantener altas temperaturas en el horno y reducir la eficiencia de la caldera debido a un aumento en la temperatura de los gases de combustión. Esta afirmación no se aplica a las calderas de condensación, que utilizan el principio de obtener calor adicional debido a una transición de fase durante la condensación del vapor de agua.

En la Fig. La Figura 11.2 muestra la dependencia directa del punto de rocío (t p) del coeficiente de exceso de aire α para varios tipos de combustible. La presencia de vapor de agua en los productos de combustión y su condensación en las paredes afecta negativamente el funcionamiento de las chimeneas, provocando corrosión de las superficies metálicas y destrucción de los ladrillos. El condensado tiene un ambiente ácido con un pH ≈4, lo que se debe a la presencia en él de ácido carbónico, trazas de ácido nítrico y, cuando se quema combustible líquido, ácido sulfúrico.

Para eliminar las consecuencias negativas durante el funcionamiento durante el diseño y la puesta en servicio, se debe prestar especial atención a las cuestiones del funcionamiento seguro del equipo de la caldera, la optimización del funcionamiento del dispositivo del quemador, la eliminación de la posibilidad de separación de la llama en el horno y la formación de condensación en las chimeneas.

Para ello, se pueden instalar adicionalmente limitadores de tiro en las chimeneas, similares a los limitadores de la empresa alemana Kutzner + Weber, que están equipados con un freno hidráulico y un sistema de peso que permite ajustar su apertura automática durante el funcionamiento de la caldera y la tubería. ventilación cuando está parada (Fig. 12). El funcionamiento de la válvula se basa en el principio físico de rotura del chorro y no requiere accionamiento adicional.

El principal requisito a la hora de instalar limitadores de presión es que estos dispositivos puedan ubicarse en la sala de calderas o, como excepción, en habitaciones adyacentes, siempre que la diferencia de presión en ellos no supere los 4,0 Pa. Si el espesor de la pared de la chimenea es de 24 mm o más, el dispositivo se monta directamente en la chimenea o en una consola externa.

La temperatura máxima permitida de los gases de combustión es de 400°C, la presión de respuesta de la válvula de seguridad es de 10 a 40 mbar, la capacidad de aire es de hasta 500 m 3 /h, el rango de control es de 0,1 a 0,5 mbar. El uso de limitadores de presión aumenta la confiabilidad del funcionamiento de calderas y chimeneas, extiende la vida útil de los equipos y no requiere costos de mantenimiento adicionales.

Una prueba experimental muestra que no existen condiciones para la formación de condensado en las chimeneas después de instalar una válvula limitadora de presión en la chimenea y al mismo tiempo reducir la concentración de emisiones nocivas a la atmósfera.

Nuevos métodos de tratamiento de agua para mejorar la eficiencia operativa de los equipos de calderas.

La composición química y la calidad del agua en el sistema tienen un impacto directo en la vida útil del equipo de caldera y en el funcionamiento del sistema de calefacción en su conjunto. Los depósitos resultantes de las sales de Ca 2+ , Mg 2+ y Fe 2+ contenidas en el agua son el problema más común que encontramos en la vida cotidiana y en la industria. La formación de depósitos provoca graves pérdidas de energía.

Estas pérdidas pueden alcanzar el 60%. El crecimiento de depósitos reduce significativamente la transferencia de calor, pueden bloquear completamente parte del sistema, provocar obstrucciones y acelerar la corrosión. La presencia de oxígeno, cloro, hierro ferroso y sales duras en el agua aumenta el número de situaciones de emergencia, provoca un mayor consumo de combustible y reduce la vida útil de los equipos. Los depósitos de dureza de carbonatos se forman a bajas temperaturas y se eliminan fácilmente.

Los depósitos formados por minerales disueltos en agua, como el sulfato de calcio, se depositan en superficies de transferencia de calor a altas temperaturas. (Los depósitos calcáreos llevan al hecho de que incluso las "Normas interdepartamentales para la vida útil de los equipos de calderas en Ucrania" prevén un aumento del consumo de combustible del 10% después de sólo siete años de funcionamiento). Los depósitos son especialmente peligrosos para los dispositivos de control automático. Intercambiadores de calor, contadores de calor, válvulas termostáticas para radiadores, contadores de agua.

Para garantizar el funcionamiento adecuado del sistema, se deben utilizar descalcificadores de agua. En las llamadas "zonas muertas" del sistema se pueden formar burbujas estacionarias de composición química compleja en las que, además de oxígeno y nitrógeno, puede haber metano e hidrógeno. Provocan corrosión por picaduras del metal y la formación de depósitos de limo, que afectan negativamente al funcionamiento del sistema. En este sentido, es necesario utilizar salidas de aire automáticas, que se instalan en los puntos más altos del sistema y en las zonas de débil circulación del refrigerante.

Cuando se utiliza agua del grifo de la ciudad para reponer, es necesario controlar la concentración de cloruro. No debe exceder los 200 mg/l. Un mayor contenido de cloruros provoca que el agua se vuelva más corrosiva, incl. debido al funcionamiento inadecuado de los filtros ablandadores de agua. En los últimos años, la calidad del agua corriente, del grifo y de la red ha mejorado en general debido al uso de accesorios especiales, juntas de dilatación de fuelle y la transición de los sistemas de calefacción central por gravedad a los sistemas de calefacción central de tipo cerrado.

Los problemas de depósitos se resuelven mediante métodos tanto físicos como químicos. Hoy en día, los productos químicos se utilizan ampliamente en el control de depósitos. Sin embargo, los elevados costes y la complejidad del proceso tecnológico, así como la creciente conciencia de la necesidad de proteger el medio ambiente, no dejan más remedio que buscar métodos físicos. Pero el método de preparación del agua para ellos no garantiza la protección contra la corrosión y la dureza del agua en el futuro.

Para evitarlo se utilizan varios tipos de filtros, tanques de sedimentación, imanes, activadores y sus combinaciones. Dependiendo del sedimento, los elementos del sistema protegen solo de los componentes corrosivos permanentes y la piedra de caldera, o de todos los componentes dañinos junto con la magnetita. Los dispositivos más simples para la purificación física del agua son los filtros de malla. Se instalan directamente delante de la caldera y tienen un revestimiento de malla de acero inoxidable con el número requerido de orificios: 100-625 por cm 2.

La eficiencia de dicha purificación es del 30% y depende del tamaño de las fracciones de sedimento. El siguiente dispositivo es un filtro hidrociclón, cuyo principio de funcionamiento se basa en la ley de inercia durante el movimiento giratorio. La eficacia de dicha limpieza es muy alta, pero es necesario garantizar una alta presión de 15 a 60 bar, dependiendo del volumen de agua en el sistema. Por esta razón, estos filtros rara vez se utilizan.

El desarenador es un colector cilíndrico vertical con una partición que frena el flujo de agua. Gracias a esto se separan partículas grandes. La función de filtrado la realiza una malla ubicada horizontalmente con un número de orificios de 100 a 400 por cm 2. La eficiencia de dicha limpieza es del 30 al 40%. La purificación del agua se vuelve más complicada si es necesario quitarle la piedra del caldero.

Los separadores de lodos retienen principalmente sólo grandes fracciones de compuestos de carbonato de calcio que se depositan en la malla. Los residuos circulan y se depositan en el sistema de calefacción central. Se han generalizado varios dispositivos para el tratamiento de agua magnético y electromagnético que utilizan campos magnéticos constantes y alternos. El tratamiento magnético provoca que las sustancias que causan depósitos se polaricen bajo la influencia de campos y permanezcan suspendidas.

El dispositivo más simple basado en este principio es un magnetizador. Normalmente se trata de un cilindro de metal con una varilla magnética en su interior. Mediante una conexión de brida, se instala directamente en la tubería. El principio de funcionamiento de un magnetizador es cambiar el estado eléctrico de las moléculas líquidas y las sales disueltas en él bajo la influencia de un campo magnético.

De este modo no se forman piedras de caldera y las sales de carbonato precipitan en forma de limo cristalino fino, que ya no se deposita en las superficies de intercambio de calor. La ventaja del método es la polarización constante de la sustancia, por lo que incluso los depósitos antiguos de piedra de caldera se disuelven. Sin embargo, este método indudablemente respetuoso con el medio ambiente y con bajos costes operativos tiene un inconveniente importante.

Un aumento en la resistencia hidráulica del sistema conduce a un aumento en el consumo de energía y una carga adicional en los equipos de bombeo; en los sistemas de circulación cerrada, los depósitos de lodo se depositan en radiadores, accesorios y accesorios de tuberías, por lo que es necesario instalar filtros adicionales. ; la varilla magnética del dispositivo se corroe activamente.

La eficiencia de dicha purificación alcanza hasta el 60% y depende del tamaño de las fracciones de sedimento, la composición química de las sales disueltas y la intensidad del campo magnético de fuentes externas. En la última década se ha producido una búsqueda activa de nuevos métodos de tratamiento físico del agua, basados ​​en nanotecnologías modernas. Un ejemplo son los dispositivos de la empresa alemana Merus (Fig. 13), que se fabrican mediante un proceso de producción especial mediante prensado de diversos materiales, como aluminio, hierro, cromo, zinc, silicio, etc.

La tecnología permite obtener una aleación única que tiene la propiedad de "memorizar" la intensidad del campo magnético durante el procesamiento tecnológico posterior y convertirla en señales electromagnéticas en el lugar de instalación en la tubería. El dispositivo concentra eficazmente los campos electromagnéticos del medio ambiente y actúa sobre los aniones de bicarbonato disueltos en agua, manteniéndolos en forma coloidal y convierte el óxido en magnetita, con pulsos electromagnéticos, produciendo un efecto similar al efecto de las señales acústicas en el agua (ultrasonido).

Esto provoca el proceso de cristalización directamente en el cuerpo de agua y no en las paredes de las tuberías u otras superficies de intercambio de calor. Este proceso se conoce mejor en química como “cristalización en volumen”. A diferencia de otros métodos de tratamiento físico del agua, los dispositivos Merus no requieren fuentes de energía, costos de mantenimiento ni instalación del dispositivo. El efecto del dispositivo sobre el agua dura hasta 72 horas y permite el tratamiento del agua en tuberías principales de hasta 10 km.

Gracias a un nuevo principio de acción basado en la activación del agua mediante la rotura de los enlaces intermoleculares de hidrógeno, los dispositivos Merus se utilizan eficazmente incluso en los casos en que los métodos conocidos de tratamiento del agua no son efectivos. Por ejemplo, en tuberías de condensado, sobrecalentadores de vapor tecnológicos de flujo directo que funcionan con agua del grifo sin retorno de condensado, hornos electrotérmicos, cuando se instalan en tuberías de plástico, etc.

La eficacia de dicho tratamiento alcanza el 90%, lo que permite ablandar el agua sin componentes químicos, reducir el consumo de sal durante la cationización del sodio e inhibir el crecimiento de bacterias patógenas como el bacilo de Koch y la legionella. Al mismo tiempo, la composición química del agua no cambia, lo que suele ser importante para la producción farmacéutica y alimentaria, el tratamiento del agua de piscinas, etc.

conclusiones

• El estado técnico de los equipos de calderas de los servicios públicos se ve afectado principalmente por la falta de financiación suficiente y un marco jurídico imperfecto.
• La determinación de la eficiencia de los equipos de calderas debe comenzar con una auditoría energética.
• Se puede aumentar la eficiencia operativa y la vida útil de los equipos de calderas instalando emisores secundarios, lo que mejorará los procesos aerodinámicos y cinéticos que ocurren en el horno.
• Se pueden lograr ahorros significativos en energía térmica y mejorar el rendimiento del equipo actualizando el circuito hidráulico.
• La instalación de limitadores de tiro en las chimeneas conduce a la estabilización de la combustión, la ventilación de las chimeneas, la eliminación de la posibilidad de formación de condensación y su funcionamiento confiable con cargas bajas de las unidades de caldera.
• Durante el funcionamiento del equipo de caldera, es necesario prestar atención al tratamiento de alta calidad del agua y a la desaireación del refrigerante.

1. Cálculo térmico de unidades de caldera (método normativo) / Ed. N.V.Kuznetsova.- M.: Energía, 1973.
2. Basok B.I., Demchenko V.G., Martynenko M.P. Modelado numérico de procesos aerodinámicos en el horno de una caldera de agua caliente con radiador secundario. Ingeniería térmica industrial, nº 1/2006.
3. Características de funcionamiento, instrucciones de conexión y esquemas hidráulicos para calderas de media y alta potencia. De Dietrich, 1998.

Descripción:

Los costos de energía constituyen una parte importante de los costos operativos de cualquier edificio comercial. La modernización de los sistemas de ingeniería puede reducir estos costos. Las inversiones de capital en la modernización de equipos de calderas en muchos casos tienen un corto período de recuperación.

Eficiencia económica de la modernización de la sala de calderas.

Los costos de energía constituyen una parte importante de los costos operativos de cualquier edificio comercial. La modernización de los sistemas de ingeniería puede reducir estos costos. Las inversiones de capital en la modernización de equipos de calderas en muchos casos tienen un corto período de recuperación.

Regulación altamente eficiente

Una de las mejores formas de garantizar el funcionamiento eficiente de una sala de calderas es una regulación altamente eficiente, que se puede aplicar tanto a las salas de calderas de vapor como a las de agua caliente. Un control altamente eficiente le permite ahorrar una media del 4 al 5 % de la energía térmica utilizada y se amortiza en un año.

¿Cómo puedes mejorar la eficiencia de tu caldera? Se sabe que con una determinada relación entre los caudales de aire y combustible, la combustión más completa se produce dentro de la caldera. En este caso, es necesario realizar el proceso de combustión con una cantidad mínima de exceso de aire, pero bajo la condición obligatoria de asegurar la combustión completa del combustible. Si se suministra un exceso de aire a la cámara de combustión en cantidades mayores que las necesarias para el proceso de combustión normal, entonces el exceso de aire no se quema y sólo enfría inútilmente la cámara de combustión, lo que a su vez puede provocar pérdidas debido a una combustión química incompleta del combustible.

También es necesario controlar la temperatura de los gases de combustión. Cuando la temperatura de los gases de combustión a la salida de la caldera es demasiado alta, la eficiencia de la unidad se reduce significativamente debido a la liberación a la atmósfera del exceso de calor, que podría utilizarse para el fin previsto. Al mismo tiempo, cuando se trabaja con combustibles líquidos, no se debe permitir que la temperatura de los gases de combustión a la salida de la caldera descienda por debajo de 140 °C cuando el contenido de azufre en el combustible no sea superior al 1% y por debajo de 160 °C cuando el contenido de azufre en el combustible no supera el 2-3%. Estos valores de temperatura están determinados por el punto de rocío de los gases de combustión. A estas temperaturas comienza el proceso de condensación en los conductos de humos y en la cámara de recogida de humos. Cuando el azufre contenido en el combustible entra en contacto con el condensado, se produce una reacción química que da lugar a la formación de ácido sulfuroso primero y luego de ácido sulfúrico. El resultado es una intensa corrosión de las superficies calefactoras.

Para conseguir una mayor eficacia del ajuste de alta precisión, es necesario realizar previamente una limpieza básica del hogar y de las chimeneas. Para reducir el exceso de aire y reducir la temperatura de los gases de combustión es necesario:

– eliminar las fugas en la cámara de combustión;

– comprobar el tiro de la chimenea y, si es necesario, instalar una compuerta en la chimenea;

– aumentar o disminuir la potencia nominal de entrada de la caldera;

– controlar el cumplimiento de la cantidad de aire de combustión;

– optimizar la modulación del quemador (si el quemador está equipado con esta función).

Para las calderas de gas, puede utilizar un medidor de gas y un cronómetro para determinar si se suministra la cantidad requerida de combustible al quemador. Si la caldera funciona con gasóleo pesado, se comprueba si el caudal medido por la boquilla del caudalímetro y la presión generada por la bomba de gasóleo son adecuados para el funcionamiento eficiente de la caldera.

Se utiliza un analizador de gases de escape para evaluar la eficiencia de la combustión. Las medidas se toman antes y después del ajuste.

Las más adecuadas para una regulación altamente eficiente son las calderas con hogar de gas inflable y hogar de gasoil. Menos adecuadas son las calderas con quemadores combinados para dos tipos de combustible, así como las calderas de gas con quemadores atmosféricos.

Para los quemadores combinados, operar con un tipo de combustible es a menudo un compromiso para mantener la funcionalidad con otro tipo de combustible. Y la regulación de calderas de gas con quemador atmosférico está limitada por la normativa técnica y las características físicas del equipo.

Regulación por pases

Para calderas de hierro fundido en sistemas de calefacción, al regular el suministro de calor al sistema de calefacción de acuerdo con la temperatura del aire interno en la sala de control del edificio (regulación "desviación"), se puede realizar apagando periódicamente el sistema (" regulación bypass”) mediante un sensor de temperatura. Esto permitirá ahorrar entre un 10 y un 15 % de la energía térmica consumida y se amortizará en dos años.

Para calderas de acero, este método de regular la temperatura del agua no es deseable. Desde el punto de vista de las características de resistencia de una caldera de acero, una gran diferencia de temperatura no es peligrosa, pero la caldera no debe funcionar con una temperatura del agua en la tubería de retorno (en la entrada de la caldera) inferior a 55 °C. El hecho es que a esta temperatura del agua de la caldera, la temperatura de los gases de combustión en los puntos de contacto con la pared de la tubería de humos puede estar por debajo de la temperatura del punto de rocío, lo que provocará la formación de condensación en las paredes de la chimenea. tuberías y provocar su corrosión prematura. Por lo tanto, a menudo utilizan el control de la temperatura del agua mediante una válvula de tres vías con un sensor de temperatura; la desventaja de este método es el largo período de recuperación, a partir de 5 años. Como alternativa, el control de salto se puede utilizar en combinación con un sensor termostático de temperatura del agua de retorno. Este método es menos económico y se amortizará en un plazo de 4 a 5 años.

Regulación mediante apagado

En la práctica común, en otoño, con el inicio de la temporada de calefacción, el servicio de mantenimiento pone en marcha el sistema de calefacción y lo apaga solo en primavera. Esto lleva al hecho de que incluso en los días cálidos la caldera no se apaga y sigue funcionando.

El control automático mediante el apagado cuando la temperatura exterior alcanza los +8 °C puede ahorrar entre un 3 y un 5 % de la energía térmica consumida y se amortizará en 2 o 3 años.

Regulación del ciclo de caldera

Si el funcionamiento de la caldera se regula por “pasos” en función de la temperatura del aire exterior, suele surgir el siguiente problema: durante los periodos de transición, cuando la temperatura exterior cambia bruscamente durante el día, el ciclo de encendido/apagado de la caldera suele ser corto, el las tuberías y los dispositivos de calefacción no tienen tiempo de calentarse adecuadamente y esto provoca un subcalentamiento del edificio; En invierno, cuando la temperatura fría se mantiene constante, el ciclo de encendido y apagado de la caldera es excesivamente largo, lo que provoca un sobrecalentamiento excesivo del edificio. Para eliminar este problema, se recomienda instalar un controlador que regule el tiempo mínimo y máximo de encendido de la caldera. Esto ahorra del 3 al 5% de la energía térmica consumida y se amortizará en aproximadamente 3 años.

Artículo preparado N. A. Shonina, profesor titular en MArchI