CC BY
325
УДК 621.181
Р. А. Ильин, А. К. Ильин Астраханский государственный технический университет
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСЕРГИИ ТОПЛИВА В КОТЛАХ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Эффективность котлов в настоящее время обычно оценивается термодинамическим КПД, который для промышленных котлов находится в пределах 0,75-0,93. Этот КПД не дает представления о действительной энергетической эффективности использования сжигаемого в котлах топлива. Последнее учитывается эксергетическим КПД котлов цех (0,35-0,50). Более точные оценки дает введенный в [1] коэффициент использования первичной тепловой эксергии топлива в теплоэнергетических установках, в том числе - котлах, цех т. Показано, что цех т <цех .
В данной работе для определения эффективности котлов в системах теплоснабжения применяется по [2] полный коэффициент использования эксергии
Пех.полн = Ехполезн/(Ехтопл + Ехстр X (1)
где Ехполезн - полезная эксергия на входе в потребитель тепловой энергии
котла; Ехтопл — тепловая эксергия топлива, сжигаемого в котле; Ехстр -
эксергия, затраченная на создание котла - «строительная» эксергия.
После преобразований представим (1) в удельных величинах:
'Лех.полн = V(1/^х.т + 1/'Лех.стр ) , (2)
где
Пех.стр = Пех.т • С /(Ехо.стр • т) , (3)
цехт - коэффициент использования первичной эксергии по [2]; С - срок использования котла, с; Ехо.стр - удельная строительная эксергия, Дж/кг
массы котла; т - удельная масса котла, кг/кВт (масса котла, отнесенная к его полезной тепловой мощности).
Таким образом, цех полн учитывает как эффективность преобразования тепловой энергии топлива в полезную эксергию (по цех т), так и эффективность использования строительной эксергии (по Цехстр). Очевидно,
что цех полн < цех т, т. е. полный коэффициент использования эксергии, по аналогии с применяющимся иногда коэффициентом использования энергии, является критерием эффективности затрат эксергии на создание теплоэнергетической установки и на ее работу цех т < 1, Цехстр > 1. Увеличение коэффициентов
отражает повышение эффективности установки. Необходимо отметить, что в формулах (2) и (3) применительно к газотурбинным (Г ТУ), паротурбинным (ПТУ), парогазовым (ПТУ) установкам величина в числителе (3) отсутствует.
Важные выводы можно сделать на основе (3), если принять в качестве С величину срока эксергетической окупаемости Со ех, который в этом случае соответствует условиям лех.стр = 1 и1/лехстр = 1. Тогда из (2) получим
л = 1/(1/л +1), (4)
1ех.полн V Уех.т 'V? V '/
что дает минимальную величину лехполн при различных лехт (рис. 1).
Рис. 1. Минимальная величина полного коэффициента использования эксергии
в зависимости от л ехт
На основании (1)-(3) выполнен анализ эксергетической эффективности использования котлов для теплоснабжения по коэффициенту цех полн . В расчетах использовались характеристики следующих котлов.
Паровые котлы: Е-1-9ГН (1 т/ч, 0,9 МПа), Шухова - Сарафа (1 т/ч, 0,8 МПа), КРШ-6,5-13 (6,5 т/ч, 1,4 МПа), ВВД-200-13 (6,5 т/ч, 1,4 МПа, 250 °С), ДКВр-35-13-250 (35 т/ч, 1,4 МПа, 250 °С), ДКВр-10-13 (10 т/ч, 1,4 МПа), ДКВр-2,5-13 (2,5 т/ч, 1,4 МПа), Е-25-14ГМ (25 т/ч, 1,4 МПа), Е-10-14ГМ (10 т/ч, 1,4 МПа), КЕ-10-14-С (10 т/ч, 1,4 МПа), КЕ-25-24-С (25 т/ч, 2,4 МПа), Е-35-40-У (35 т/ч, 4,0 МПа, 440 °С), Е-50-40-У (50 т/ч, 4,0 МПа, 440 °С).
Водогрейные котлы: РгоШегт-К0-3000 (3 000 кВт, Самара), РгоШегт-К0-5800 (5 815 кВт, Самара), Dual-500 (581 кВт), ЕПргех-3500 (3 500 кВт), ЕПргех-1100 (1 100 кВт), R 3406 (1 189 кВт), R 3403 (853 кВт), КВ-ГМ-30-150 (35 МВт, 150 °С, 2,5 МПа), КВ-ГМ-6,5-150 (7,56 МВт, 150 °С, 2,5 МПа), КВ-ГМ-180-150 (210 МВт, 150 °С, 2,5 МПа), КВ-ТС-50 (58 МВт, 150 °С, 1 МПа).
Электродные водогрейные котлы: КЭВ-10000/6 (10 000 кВт, 1 МПа, 130 °С), КЭВ-1000/6 (1 000 кВт, 1 МПа, 95 °С), КЭВ-1000/0,4 (1 000 кВт, 1 МПа, 130 °С), ЭКП-300/0,4 (0,4 т/ч, 300 кВт, 0,6 МПа).
Судовые паровые котлы: КВВА-12/15 (12 т/ч, 1,5 МПа), КВ-1 (35 т/ч, 2,55 МПа).
В расчетах приняты: цех т = 0,33 для паровых и водогрейных котлов [1],
ехостр = 50 • 106 Дж/кг . Величина лехполн определена для срока работы котлов 5 и 7 лет. Результаты представлены на рис. 2.
0,3
0,2
0,1
/КЭВ-10000/6
-КВ-ГМ-30-150
0
Я 3406, Я 3403
КВ-ГМ-180-150
КВ-ГМ-6,5-150, КЕ-25-24-С
- Рго&егт -N0-5800
- Protherm-N0-3000 Е11ргех-1100, Е-25-14ГМ
КВВА-12/15
-Биа1-500, Е11ргех-3500, КРШ-6,5-13, ДКВр-35-13-250 ЖВ-ТС-50, Е-10-14ГМ, КЕ-10-14-С, КЭВ-1000/6 -ВВД-200-13
т, кг/кВт
и---------1----»
2
4
6
8
Рис. 2. Зависимость полного коэффициента использования эксергии Лехполн в котлах от удельной массы котлов при различных сроках их использования
Из рис. 2 видно, что решающее влияние на эффективность использования эксергии в котлах для теплоснабжения оказывает его удельная масса т, кг/кВт. По зависимости (4) при лехт = 0,33 получим Лех полн > 0,25 . При этом условии оказывается, что большая группа котлов эксергетически не окупается при т > 2 для указанных сроков работы. Окупаемость достигается при больших сроках использования, что указывает на необоснованность концепции применения котлов непосредственно и только для теплоснабжения при реальных величинах т и на необходимость ее принципиального пересмотра.
ех.т
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Ильин Р. А. Анализ эффективности теплоэнергетических технологий. - Астрахань: СНЦ РАН, ЮНЦ РАН, Лаборатория нетрадиционной энергетики, 2003. - 88 с.
2. Ильин Р. А., Ильин А. К. Оценка срока окупаемости теплоэнергетических технологий по коэффициенту эксергии-нетто // Материалы 6 Всерос. совещ. по энергосбережению. - Екатеринбург: Энерго-Пресс, 2005. - С. 135-136.
Статья поступила в редакцию 24.03.06
EFFICIENCY OF USE OF FUEL EXERGY IN BOILERS OF VARIOUS PURPOSES
R. A. Ilyin, A. K. Ilyin
The method of an estimation of fuel efficiency in boilers on the basis of a factor of an exergy transformation and a factor of an exergy expenditure on boiler formation is entered and used.
