ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ КПД СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 620.9

Александров Е.А.

магистр кафедры строительных технологий, геотехники и экономики строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

(г. Чебоксары, Россия)

Сёмкин С.А.

магистр кафедры строительных технологий, геотехники и экономики строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

(г. Чебоксары, Россия)

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ КПД СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ

Аннотация: в статье рассмотрено инструментальное обследование системы утилизации. Рассчитано КПД установки и расчет снижение газа. Представлен расчет удельных расходов газа и воздуха.

Ключевые слова: система утилизации, котельная, теплоснабжение, теплообменник, тепловая сеть, трубопроводы, уходящие газы.

Инструментальное обследование ГПА №13 проводилось в соответствии с «Методикой определения энергетической эффективности работы газотурбинных установок компрессорных станций» и «Временной методикой проведения энергетического аудита компрессорного цеха и компрессорной станции с газотурбинными ГПА».

Инструментальное обследование проводилось в рабочем режиме.

Для проведения необходимых замеров использовались показания штатных приборов щита управления ГПА и показания портативного переносного газоанализатора ДАГ-16.

В соответствии с этой методикой по показаниям приборов на щите управления ГПА и по результатам замеров газоанализатором определены усреднённые основные показатели энергетической эффективности ГПА.

По справочным данным определен теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м3 топлива и объем образовавшихся при сгорании газов, а также минимальный расход воздуха:

• теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 м3 топлива: УЦ = 9,59 м3/м3,

• теоретический объем газов, образовавшихся при сгорании 1 м3 топлива: УО = 10,76 м3/м3,

• теоретический массовый расход воздуха: т0 = 16,96 кг/кг.

По содержанию кислорода в уходящих газах посредством методики Равича М.Б. определен коэффициент избытка воздуха: а= 4,61

Реальные удельные объемы газов и воздуха на 1 м3 топлива: Удельный объем воздуха: УВ = а • У В = 4,61 • 9,59 = 44,2 м3/м3 Удельный объем газов:

УГ = УГ + (а-1) • УВО = 10,76 + (4,61 -1) • 9,59 = 45,38 м3/м3

Атмосферное давление: Р0 = 0,133 • Р6 = 0,133 • 754 = 100,28 кПа

4 187

Массовая теплотворная способность топлива: Он = 8060 • —-= 48980 кДж/кг

ж 0,689

Разрежение перед компрессором: ЛР3 =-110-= 1,078 кПа

3 0,102 • 1000

75

Избыточное давление за ТНД: ДР2 =-= 0,735 кПа

2 0,102 • 1000

Давление воздуха перед компрессором: Р3 = Р0 - ДР3 = 100,28 -1,078 = 99,2 кПа

Давление за ТНД: Р2 = Р0 + Щ = 100,28 + 0,735 = 101,02 кПа, Давление за компрессором: Р4 = Р4ИЗБ + Р0 = (2,64 • 98,1) +100,28 = 359,26 кПа

Р 359 26

Степень сжатия в компрессоре: £„ = — =--— = 3,62

^ Р3 99,2

Давление перед турбиной определено по давлению за компрессором: Р = 0,95 • Р4 = 0,95 • 359,26 = 341,3 кПа

Р 3413

Степень расширения в турбине: Ет = — =--— = 3,38

г Р2 101,02

Температура воздуха за компрессором:

г4 = (г3 + 273) • Е0<33 - 273 = (31,3 + 273) • 3,620,33 - 273 = 192,35 °С

Для первого приближения температура воздуха за рекуператором принята:

г5 = 215°С

Средняя температура газов в камере сгорания:

= ( г5 + г1 ) = ( 215 + 780)

--^= ч у = 497,5оС

кс 2 2

Средняя теплоемкость воздуха в камере сгорания:

СкС = 0,0002 • гкс + 0,9967 = 0,0002 • 497,5 + 0,9967 = 1,096 кДж/кг°С

Температура воздуха за рекуператором:

г5 = г, - б Пкс = 780 - 48980 •^ = 214,2 °С

5 1 а т0 • СКС 4,61 • 16,96 • 1,096

Средняя температура воздуха в компрессоре:

= 0^ = (19235+313)=ш „С к 2 2

Средняя теплоемкость воздуха в компрессоре при средней температуре воздуха: Ск = 0,0002 • гк + 0,9967 = 0,0002 • 111,83 + 0,9967 = 1,019 кДж/кг 0С

Увеличение энтальпии воздуха в компрессоре:

Средняя температура рабочего тела в турбине:

= Ь+и = 780 + 520 = 650°С 7 2 2

Средняя теплоемкость уходящих газов в турбине:

= 0,0003 • 7 +1,049 + (а -1) • (0,0002 • гт + 0,9967) = т а

0,0003 • 650 +1,049 + (4,61 -1) • (0,0002 • 650 + 0,9967) _ 1 ^ „^„^.о,

4,61

Уменьшение энтальпии рабочего тела в турбине: Д7 = Ст • (^ - = 1,152 • (780 - 520) = 299,52 кДж/кг КПД ГТУ по обратному балансу:

Дь

= 1,152 кДж/кг-0С

(1 + а • т0) • Д1т -Цт - а • т

О

пгту =-^н-— • 100 =

г

^м

• 100 = 19,96 %

(1 + 4,61 • 16,96) • 299,52 • 0,97 - 4,61 • 16,96 •164,11

= У ; > > > > 0,97

= 48980

Средняя температура воздуха в рекуператоре:

^ = (2^^92,35) = 203,28 °С

Средняя теплоемкость воздуха в рекуператоре:

СрВОЗ = 0,0002 • + 0,9967 = 0,0002-203,28 + 0,9967 = 1,037 кДж/кг°С

Увеличение энтальпии воздуха в рекуператоре:

ДРЕК = СрВЕОЗ • (^ -14) = 1,037 • (214,2 -192,35) = 22,66 кДж/кг

Для первого приближения температура уходящих газов за рекуператором принята: = 500 °С

Средняя температура газов в рекуператоре: Г =(<УХ + ^2) = (500 + 520) = 510 °С

рек 2 ~ 2 -ли ^

Средняя теплоемкость уходящих газов в рекуператоре:

СГРЕК = (0,0003 • 1ГРЕК +1,049 + (а -1) • (0,0002 • 1ГРЕК + 0,9967)) / а = = (0,0003 -510+1,049+(4,61-1)- (0,0002 ■ 510+0,9967))/4,61 = 1,121 кДж/кг0С Температура уходящих газов за рекуператором:

I

ух

и

V • Сво3

у в рек

(¿5 - О • (1 + £)_

vг • срек • прек

При демонтаже утилизационного теплообменника уменьшится сопротивление газового тракта и, соответственно, увеличится мощность и КПД нагнетателя, а также давление газа на выходе из нагнетателя.

При обследовании ГПА №13 по техническим причинам не удалось выполнить измерения по увеличению давления газа на выходе из нагнетателя, т.к. обводные шибера у теплоутилизационных теплообменников находились в нерабочем состоянии (прогорели).

Задаваясь теоретически увеличением давления газа на выходе из нагнетателя на 1,0 кгс/см2 получено:

Степень повышения давления в нагнетателе:

Е = рВЫХ. = 736 = 1,15

Рвх 64

Температурный показатель политропного процесса:

тТ =

Лвых + 273,15) (28,9 + 273,15) (гВХ + 273,15) _ (17,7 + 273,15)

1%Е ^1,15

Коэффициент псевдоизоэнтропы:

= 0, 27

к

к -1

4,16 + 0,0041 •

1вх т 1вых 10

V

2

+ 3,93 •

У

р

1,2044

0,55

+ 5 • (тТ - 0,3)

4,16 + 0,0041 •

'17,7 + 28,3

2

10

+ 3,93 •

0,689 1,2044

0,55

+ 5 • (0,27 - 0,3) = 4,15

КПД нагнетателя по параметрам газа (политропный): 1 1

П пол

к

к -1

т„

4,15 • 0,27

= 0,892

Политропная мощность нагнетателя: NП = N • ппол = 4849 • 0,892 = 4325 кВт КПД ГПА с газотурбинным приводом: пгпа =ппол = 0,892 • 19,63 = 17,51% Удельный расход топливного газа:

ЕтГ = • 100 = —3600--100 = 0,609 м3/кВт^ч

пгпа ■ ОР 17,51 • 33747

Расход топливного газа:

дГПА = ЫЕ • Етг • ппол = 4923 • 0,609 • 0,892 = 2674 м3/час

По результатам расчетов следует, что расход топливного газа уменьшился незначительно, т.е. на 1,0 м3/час.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» №261.

2. Требования к проведению энергетического обследования и его результатам. Утверждены приказом Минэнерго от 30 июня 2014 г. №400.

3. Методика проведения энергетических обследований предприятий и организаций. Афонин А., Коваль Н., Сторожков А. и др., Главгосэнергонадзор РФ, М., 1998 г.

4. Правила коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя. Утверждены постановлением Правительства РФ от 18 ноября 2013г. №1034.

Alexandrov E.A.

Chuvash State University (Cheboksary, Russia)

Semkin S.A.

Chuvash State University (Cheboksary, Russia)

TECHNOLOGY AND ORGANIZATION OF THE DISPOSAL SYSTEM

Abstract: the article considers an instrumental examination of the recycling system. The efficiency of the installation and the calculation of gas reduction are calculated. The calculation of specific gas and air consumption is presented.

Keywords: recycling system, boiler room, heat supply, heat exchanger, heating network, pipelines, exhaust gases.