Розрахунок контактного теплоутилізатору димових газів з активною насадкою

Розрахунок контактного теплоутилізатору димових газів з активною насадкою

Вступ

Опалювальні та виробничо-опалювальні котельні, що працюють на природному газі, втрачають із продуктами згоряння палива значну кількість теплоти. Одним з найбільш ефективних напрямків економії органічного палива є використання теплоти продуктів згоряння природного газу для технологічних потреб підприємства та теплопостачання.

Відсутність у продуктах згоряння природного газу сполук сірки дає можливість застосовувати в якості теплоутилізаторів теплообмінні апарати контактного типу. Їх основною перевагою є можливість використання теплоти конденсації водяної пари, які містяться в димових газах. Це дозволяє підвищити коефіцієнт використання палива в котельному агрегаті.

1. Конструкція КТАНів-теплоутилізаторів

Контактний економайзер з активною насадкою є апаратом рекуперативно-змішувального типу, що призначений для нагрівання води в діапазоні температур від 5 до 50 єС для систем хімічного очищення води або для технологічних потреб підприємств. Конструкція Ктанів-утилізаторів складається з трьох основних елементів: зрошуючої камери; активної насадки із трубного пучка; сепараційного пристрою (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Принципова схема КТАНа-теплоутилізатора: 1 — корпус; 2 — активна насадка; 3 — зрошуюча камера з форсунками; 4 — відцентровий сепаратор; 5 — жалюзійний сепаратор; 6, 7 — підведення та відвід води, що нагрівається; 8, 9 — підведення та відвід зрошуючої води У контактному теплообміннику організується два незалежних потоки води — чистої, що підігрівається, — через активну насадку, та води, що нагрівається при безпосередньому контакті з димовими газами. Потік чистої води протікає усередині трубок активної насадки. Через систему зрошення, що являє собою блок форсунок, розпилюється вода. Потік зрошуючої води використовується для інтенсифікації передачі теплоти від димових газів до потоку чистої води.

Пучок труб виконує роль насадки, призначеної для створення розвиненої поверхні контакту зрошуючої води і димових газів. Одночасно така поверхня, у середині якої циркулює вода, бере участь у теплообміні, і щодо цього вона є активною в порівнянні із традиційними насадками, які використовуються в контактних теплообмінниках інших конструкцій.

Теплота димових газів у насадці КТАНа передається воді, що нагрівається, двома способами: за рахунок безпосередньої передачі теплоти димових газів і зрошуючої води, а також за рахунок конденсації водяної пари, що міститься в димових газах, на поверхні насадки.

Вхід димових газів у КТАН здійснюється через зрошуючу камеру 3, у якій за допомогою механічних форсунок розпилюється в об'єм димових газів вода. Потім димові гази надходять в активну насадку 2, у якій відбувається їх охолодження та нагрівання одного або декількох потоків води, що проходить у середині трубок. Відділення краплинної вологи, що сконденсувалася на поверхні труб, від димових газів, а також відвід їх із теплообмінника здійснюється за допомогою сепараційних пристроїв 4 і 5, встановлених у нижній частині апарата.

Блок активної насадки являє собою трубний пучок із шаховим розташуванням труб. Кріплення трубок до трубної дошки здійснюється за допомогою зварювання. Для зміни напряму руху води в насадці із зовнішньої сторони до трубної дошки, розташованої вертикально, приварюються колектори.

Активна насадка є одноходовою з боку димових газів і багатоходовою з боку води, що нагрівається. Кількість ходів по воді, що нагрівається, в одному блоці залежно від його розмірів становить від 10 до 22. Для максимальної уніфікації окремих вузлів різних апаратів з метою спрощення технології виготовлення зрошуючої камери активну насадку КТАНів розбито на блоки.

Для відділення краплинної вологи від димових газів у КТАНах використано двоступінчастий сепараційний пристрій. Як перша ступінь використовується колінний сепаратор, у якому крапельки вологи з газу сепаруються під дією відцентрових сил і, рухаючись по ввігнутих поверхнях лопаток, стікають у лотки, звідки відводяться у зливний патрубок. Як друга ступінь застосовується вертикальний жалюзійний сепаратор, в якому використовується інерційний принцип краплевловлювання (рис. 2.2).

Сепаратор являє собою вигнуті жалюзійні канали з кутом розкриття 120є. При зміні напряму руху димових газів краплі води під впливом інерційної сили прагнуть рухатися в колишньому напрямку, що дозволяє виділити їх з газового потоку.

Рисунок 1.2 — Жалюзійний сепаратор теплообмінника

Опис типоряду КТАНів

Розроблено серію контактних апаратів з активною насадкою для котельних агрегатів теплопродуктивністю від 0,2 до 116 МВт.

У табл. Д.1 — Д. 2 додатку представлені основні характеристики контактних теплообмінників для нагрівання води в діапазоні температур 5−50єС при температурах димових газів на вході в теплообмінник: 140єС (КТАН — 1,5 — КТАН-12); 160єС (КТАН — 0,25 — КТАН — 0,8); 250 єС (КТАН — 0,05 — КТАН — 0,1) та при однаковому рівні температур газів, що відводяться, — 40єС.

Окремі уніфіковані блоки можуть використовуватися для складання конструкцій різних типорозмірів КТАНів. Кріплення окремих блоків і вузлів між собою виконане за допомогою фланцевих з'єднань.

Таким чином, блоковий принцип конструкції КТАНів дозволяє при необхідності нарощувати поверхню нагрівання активної насадки понад розрахункову більш ніж у два рази при теплопродуктивності до 1,5 МВт включно та в 1,5 рази — для КТАНів теплопродуктивністю 2,3 МВт і вище шляхом установки додаткового горизонтального ряду блоків насадки. В Ктані-0,05 УГ через малу теплопродуктивність активна насадка виконана одним блоком без розбивки її на дві частини.

Для зрошуючих камер і активних насадок розроблено п’ять типових блоків. По два блоки із цієї кількості є індивідуальними конструкціями для КТАН — 0,05 УГ і КТАН — 0,1 УГ. Блоки типу КТАН — 0,25 УГ і КТАН — 0,8 УГ використовуються відповідно в апаратах КТАН — 0,5 УГ і КТАН — 1,5 УГ. Починаючи з теплопродуктивності 2,3 МВт і вище, зрошуючі камери та активні насадки складаються з одного базового блоку. Він має наступні характеристики: ширина — 582 мм; висота — 576 мм; довжина — 2380 мм; число трубок — 100 шт.; діаметр і товщина стінок трубок — 32Ч2 мм; поверхня нагрівання — 22,6 м².

Розміри зрошуючої камери у плані повинні бути погоджені з розмірами активної насадки. У верхній частині камери розташовані водяні колектори з форсунками. Для можливості контролю якості розпилу та працездатності форсунок у бічні стінки камери вбудовані ілюмінатори.

Для блоку системи зрошення застосовуються кутові форсунки з тангенціальним підведенням води типу В-1. Дані форсунки при діаметрі вихідного отвору d = 6,0 мм залежно від тиску води дають середнє або грубе розпилювання рідини. Витрата води, що зрошує, для КТАНа визначається, виходячи з розрахунку 6 — 8 м³/год води на 1 м² вхідного перетину КТАНа по продуктах згоряння.

У більшості випадків у КТАНах нагріваються потоки холодної або хімічно очищеної води. Відповідно до вимог водопідготовки нагрівання вихідної води виконують до температури 20єC. Тому активна насадка КТАНа складається із двох пакетів по висоті апарата. У нижній частині насадки здійснює підігрів вихідної води до 20єC, а у верхній частині - підігрів хімічно очищеної води з 20 до 50єС. Для КТАНів з теплопродуктивністю від 0,1 до 2,3 МВт активна насадка складається з одного або двох блоків. Поверхня нагрівання цих блоків розбита на дві частини. Співвідношення величин поверхонь нагрівання цих частин становить F₁/F₂ = 5/8 і F₁/F₂ = 3/8 відповідно.

2. Перевірочний тепловий розрахунок КТАНів-утилізаторів

2.1 Вихідні дані для розрахунку

Вихідними даними для проведення розрахунків є:

— склад природного газу;

— тип котельного агрегату, після якого встановлюється КТАН;

— температура димових газів перед теплообмінником (на виході з котла), єC;

— коефіцієнт надлишку повітря на виході з котельного агрегату б_вих;

— витрата палива в котлоагрегаті В, м³/с;

— ККД котельного агрегату з_ка;

— доля димових газів, що проходять через КТАН, — коефіцієнт обводу з_об;

— температура води, що нагрівається, на вході і виході з теплообмінника, єС.

2.2 Розрахунок параметрів димових газів на вході в КТАН

Нижча теплота згоряння газоподібного палива, кДж/м³:

Теоретичні об'єми повітря й продуктів згоряння при спалюванні 1 нм³ газоподібного палива розраховуються за наступними формулами, м³/м³:

- теоретичний об'єм повітря

=

- теоретичні об'єми продуктів згоряння триатомних газів, азоту й водяної пари

;

де d_г — вологовміст газоподібного палива (враховується за умови d_г >10 г./кг сухого газу). У розрахунках прийняти d_г < 10 г./кг сух. газу.

Дійсна кількість повітря горіння, м³/м³:

де б_вих — коефіцієнт надлишку повітря на виході з котельного агрегату.

Дійсні кількості продуктів згоряння при коефіцієнті надлишку повітря б_вих, м³/м³:

;

.

Об'єм триатомних газів не залежить від значення коефіцієнта надлишку повітря б_вих.

Тоді дійсний обсяг димових газів на вході в КТАН можна визначити за формулою

.

Склад продуктів горіння (у долях):

; ;

Масова витрата:

— сухих димових газів на 1 м³ палива, кг/ м³

— вологих димових газів на 1 м³ палива, кг/ м³

де, , — густина триатомних газів, азоту й повітря, кг/м³. Вони дорівнюють =1,96; =1,25; =1,29 кг/м³;

с_пал — густина природного газу, кг/м³ (див. табл. Д. 3 додатку).

Вологовміст димових газів на вході в КТАН, кг/кг сух. газів:

.

Ентальпія димових газів на вході в КТАН при температурі, кДж/кг:

де С_г -масова теплоємність димових газів, кДж/(кг· К). Теплоємності наведені в табл. Д. 4 додатку;

— теплоємність пари, приймається 1,968 кДж/(кг· К);

r — внутрішня теплота пароутворення, у розрахунку можна прийняти 2495,5 кДж/(кг· К).

2.3 Теплобалансовий розрахунок

Для проведення теплобалансового розрахунку КТАНа необхідно попередньо задатися температурою димових газів після контактного теплообмінника _. Рекомендується на першому кроці розрахунку прийняти t?_г = 40 — 42 єС. За прийнятою температурою газів визначається їх ентальпія, кДж/кг:

де С_г — масова теплоємність димових газів, розрахована при температурі t?_г, кДж/(кг· К);

— вологовміст газів на виході із КТАНа, кг/кг сух. газів. Ця величина наведена в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 — Вологовміст димових газів на виході із КТАНа

Далі визначається теплопродуктивність контактного теплообмінника з боку димових газів, кВт:

де В-витрата палива, м³/с;

ДI = (І? — І??) — різниця ентальпій димових газів на вході й виході із утилізатора, кДж/кг.

Виходячи з отриманих значень, обирають найближчий за теплопродуктивністю теплообмінник зі стандартного типоряду (див. табл. Д. 1 додатку). При цьому фактична теплопродуктивність теплообмінника повинна перевищувати або бути рівною значенню, що отримане в розрахунку.

Якщо в КТАНі здійснюється нагрівання одного потоку води, що нагрі - вається, з урахуванням величини теплових втрат становить, м³/с:

де , — температури води, що нагрівається, на вході й виході із КТАНа відповідно, єС; С_в — теплоємність води, приймається 4,19 кДж/(кг· К);

с_в = 996 кг/м³ — густина води.

2.4 Розрахунок поверхні теплообміну

Визначається об'ємна витрата димових газів в активній насадці, м³/с:

де — середня температура газів у насадці, єС. Тут її рекомендується приймати близькою до температури мокрого термометру =70 єС.

Швидкість димових газів в активній насадці, м/с:

де — прохідний перетин активної насадки, м² (див. табл. Д.2).

Аналогічно визначається швидкість води, що нагрівається в КТАНі, м/с:

де — прохідний перетин по воді, що нагрівається, м²

(див. табл. Д.2).

Коефіцієнт тепловіддачі з боку димових газів до насадки б_г розраховується за емпіричною формулою, Вт/(м²· К)

.

Коефіцієнт тепловіддачі від трубок насадки до води, що нагрівається, _в знаходиться за критеріальною залежністю для вимушеного руху води в трубах при середній температурі води = (+) /2. Теплофізичні властивості води н, л і число Прандтля Pr визначаються за табл. Д. 5.

Значення числа Рейнольдса буде дорівнювати

де d_вн = (d_зов — 2s) — внутрішній діаметр трубок активної насадки, м

(див. табл. Д.2).

Для турбулентного режиму критеріальне рівняння має вигляд

Nu=0,021· Rе_р^0,8 Рr_р^0,43 (Рr_р /Рr_cт)^0,25

Так як температура стінки труби, при якій визначають число Прандтля Рr_cт, є невідомою, то попередньо задаємося співвідношенням Рr_р / Рr_ст = 1. Тоді

Значення коефіцієнта тепловіддачі знаходиться за формулою, Вт/(м²•К):

Величина коефіцієнта теплопередачі від димових газів до води, Вт/(м²•К):

де С_з — коефіцієнт, що враховує забруднення трубок (для технічної води С_з = 0,8 — 0,9; для хімічно очищеної води С_з = 0,9 — 1,0);

s — товщина стінок трубок насадки, м (див. табл. Д.2);

= 45 Вт/(м· К) — коефіцієнт теплопровідності сталі, з якої виготовлені трубки насадки.

Середньологарифмічна різниця температур, єС:

.

Величина питомого теплового потоку через стінку трубки від димових газів до води складе, Вт/м²:

Тоді температура внутрішньої поверхні трубки буде дорівнювати, єС:

За знайденою температурою стінки визначається число Прандтля Рr_cт (див. табл. Д.5), після чого розраховується критерій Нуссельта Nu з урахуванням множника (Рr_р / Рr_cт)^0,25. Уточнюються значення коефіцієнтів тепловіддачі б_в і теплопередачі К.

Необхідна поверхня активної насадки знаходиться за формулою, м²:

.

Отриману поверхню порівнюють із фактичною поверхнею F_кт

(див. табл. Д.1) за формулою

.

Якщо ця умова виконується, то розрахунок вважається закінченим. У противному випадку необхідно змінювати параметри теплоносіїв і знову виконати тепловий розрахунок, тим самим домагаючись виконання нерівності.

Якщо розраховане значення перевищує фактичне F >F_кт, то необхідно підвищити температуру димових газів на виході із КТАНа. Так як охолодження димових газів повинне відбуватися в КТАНі з конденсацією водяної пари, то температура не повинна перевищувати 55 єС.

Якщо розраховане значення менше фактичного F кт, то необхідно понизити температуру димових газів після КТАНа.

У випадку, коли теплове навантаження споживачів нижче можливої теплопродуктивності КТАНа, необхідна зміна коефіцієнту обводу з_об. При F > F_кт коефіцієнт збільшується, а при F кт — зменшується.

Для другого наближення перерахунок ведеться за вищенаведеними формулами, починаючи з теплопродуктивності КТАНа Q_кт при знов прийнятих значеннях або з_об. У випадку невиконання нерівності необхідно виконати ще одне наближення.

Підвищення коефіцієнта використання палива в котельній установці складе, %:

3. Визначення умов конденсації водяної пари в димарі

теплоутилізатор димовий газ конденсація Для надійної роботи димаря необхідно забезпечити температуру на зовнішній поверхні футеровки вище температури точки роси. При глибокому охолодженні димових газів можлива конденсація водяної пари на стінках газоходів і димаря, якщо температура внутрішніх стінок буде нижче температури точки роси димових газів t_рс (її можна визначити за I-d діаграмою вологого повітря за вологовмістом і температурою димових газів). Вологовміст d_зм і температура димових газів перед димарем t_зм за умови байпасування частини димових газів в обхід КТАНу визначаються за формулами:

d_зм = (V_г· з_об·d'' +V_г· (1 — з_об)· d') /V_г=

Температура на поверхні футеровки димаря розраховується за формулою, єС:

де q^д — щільність теплового потоку через димову трубу;

— коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки димової труби.

Щільність теплового потоку при теплообміні внутрішньої поверхні труби з димовими газами, а зовнішньої - з повітрям, можна визначити за формулою, Вт/м²:

де, - температури димових газів у димарі та зовнішнього повітря;

К — коефіцієнт теплопередачі через циліндричну стінку, Вт/(м²· К).

Гази з температурою t_зм надходять у димар. При просуванні нагору по трубі, гази охолоджуються, їхня температура зменшується. Найбільш низька температура стінки буде на виході з димаря. У зв’язку із цим доцільно визначати щільність теплового потоку за температурою газів на виході з димаря.

Зниження температури газів, що відходять, на 1 м димаря, єС/м:

де Q_к — теплова потужність котельної установки, МВт.

Температура димових газів на виході з димаря, єС:

де Н — висота димаря, м.

В інженерних розрахунках при співвідношенні зовнішнього та внутрішнього діаметрів d_зов /d_вн ? 1,8 коефіцієнт теплопередачі через циліндричну стінку можна розраховувати за формулою для плоскої стінки.

Коефіцієнт теплопередачі для плоскої стінки, Вт/(м· К):

де R₁ — термічний опір при переході тепла від димових газів до димової труби, (м²· К)/Вт.

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до димової труби використовується формула:

.

Число Нуссельта

Nu = ,

де Re — число Рейнольдса;

Pr — число Прандтля, можна прийняти Pr = 0,69;

— внутрішній діаметр димаря, м.

Теплофізичні властивості димових газів знаходяться за температурою на виході із труби.

Швидкість димових газів визначається з рівняння нерозривності потоку, м/с:

де В-витрата палива в котлі, м³/с.

Термічний опір димаря, (м²· К)/ Вт:

де = 0,006 м — товщина стінки димаря;

= 45 Вт/(м· К) — коефіцієнт теплопровідності стінки димаря.

Термічний опір при переході тепла від димової труби до зовнішнього повітря, (м²· К)/ Вт:

де — коефіцієнт тепловіддачі від димаря до зовнішнього повітря. При висоті димаря Н більше 20 м середній за висотою коефіцієнт тепловіддачі приймається рівним 35 Вт/(м²· К), при висоті більш 80 м ;

= 46,5 Вт/(м²· К).

4. Аеродинамічний розрахунок газового тракту котельних агрегатів при установці КТАНів

При установці контактних теплообмінників після котельних агрегатів необхідно виконати аеродинамічний розрахунок газового тракту котлоагрегату для визначення потужності димососа. Аеродинамічний опір газового тракту зростає тому, що зниження аеродинамічного опору ділянки КТАН-димар, викликаний зменшенням об'ємної витрати димових газів через їхнє охолодження, менше, ніж аеродинамічний опір теплообмінника з газоходами і зниження самотяги димаря.

Аеродинамічний розрахунок виконується за методикою. Схема установки КТАНа в котельні наведена вище на рис. 2.2.

Витрата димових газів на вході в КТАН складе, м³/с:

Аеродинамічний опір КТАНа складається з опорів ділянок проходу газів через камеру, що зрошує, активну насадку і сепараційний пристрій.

Опір зрошуючої камери Дh_k складається з опору гребінок розведення трубопроводів Дh_гр і опору зрошуваного простору Дh_ор.

Швидкість газів у камері становить, м/с:

= V'_г /S_г

де S_г — прохідний перетин активної насадки, м² (табл. П. 2 дод.).

Опір гребінок трубопроводів, що підводять воду до форсунок камери зрошування, визначається за формулою, Па:

Дh_гр,

де z =1 — число рядів форсунок, встановлених у камері зрошення;

— динамічний тиск, Па.

Визначається за формулою де с_дг — густина димових газів при відповідній температурі, кг/м³

(табл. Д. 6 додатку);

— швидкість димових газів на розглянутій ділянці, м/с.

Величину також можна знайти за номограмою за відомими швидкістю і температурою димових газів (рис. Д. 1 додатку).

Аеродинамічний опір зрошуючого простору пов’язаний з наявністю факелів води, що розприскуються. Він дорівнює, Па:

Дh_зр=120· з_н·м·p·g=120·0,13·2·0,2·9,81=61,2,

де _н — коефіцієнт, що враховує напрямок зрошення встановлених форсунок. При встановленні форсунок проти руху димових газів значення

_н = 0,13;

 — коефіцієнт зрошення, що характеризує відношення витрати води, що зрошує, до витрати димових газів, кг/кг. Для КТАНів прийнято значення µ = 2 кг/к;

р — тиск води перед форсунками, приймається р = 0,2 МПа;

g = 9,81 — прискорення вільного падіння, м/с².

Тоді опір камери зрошення визначимо як Дh_k = Дh_гр + Дh_зр=0,082+61,2=61,282.

Активна насадка являє собою пучок труб, розташованих у шаховому порядку. Витрата димових газів через насадку при температурі газів

м³/с:

Швидкість газів в міжтрубному просторі при проходженні насадки, м/с:

= V_г^нас / S_г=

Опір при проходженні димових газів через активну насадку з урахуванням зменшення прохідного перетину і тертя рідини розраховується за формулою, Па:

h'_н = 1,5· h_н=

де h_н = h_д· С_s·С_d(Z₂ + 1)=

Тут h_д визначається за величиною швидкості і температури за номограмою (див. рис. Д.1) або за вищенаведеною формулою;

С_d — поправковий коефіцієнт, що залежить від зовнішнього діаметру трубок d_зов. Його значення становлять: для d_зов = 0,014 м — 1,2; d_зов = 0,018 м — 1,18; d_зов = 0,025 м — 1,06; d_зов = 0,032 м — 1,0 (діаметр d_зов наведений у

табл. Д.2);

С_s = 1,2 — коефіцієнт форми шахового пучка, що залежить від співвідношень у₁ = s₁/d_зов та у₂ = s₂/d_зов (s₁, s₂ — поперечний і поздовжній кроки трубок).

Z₂ — число рядів трубок у блоці насадки по ходу газів (див. табл. Д.1).

Опір сепараційного пристрою h_с складається з опору відцентрового h_вс і жалюзійного h_жс сепараторів, Па

h_с=h_вс+h_жс=

Витрата димових газів у відцентровому сепараторі при температурі газів, м³/с:

V_г^вс =V_г· В·_об(273+) /273=

Швидкість газів у відцентровому сепараторі, м/с:

= V_г^вс / S_вс=

де S_вс — прохідний перетин відцентрового сепаратора, м² (табл. 5.1).

Таблиця 5.1 — Прохідні перетини сепараційних пристроїв

Опір відцентрового сепаратора, Па:

h_вс = В_пв· С_пв·К_Д·о·h_д=

де В_пв = 3 — коефіцієнт, що враховує кут повороту б = 180є;

С_пв = 0,83 — коефіцієнт, що враховує форму повороту;

К_До =1,4 — добуток, що враховує плавність повороту;

h_д — динамічний тиск, який знаходиться за величиною швидкості і температури .

Витрата димових газів у жалюзійному сепараторі дорівнює витраті газу у відцентровому сепараторі V_г^жс = V_г^вс.

Швидкість газів у жалюзійному сепараторі, м/с:

= V_г^жс / S_жс=

де S_жс — прохідний перетин жалюзійного сепаратора, м² (див. табл. 5.1).

Опір жалюзійного сепаратора, Па:

h_жс = о_о· h_д=

де о_о = 12,5 — коефіцієнт місцевого опору;

h_д — динамічний тиск, який знаходиться за швидкістю і температурою

.

Сумарний опір контактного теплообмінника, Па:

Дh_ктан =Дh_k + h'_н + h_с=

Потужність приводу димососа для подолання опору КТАНу визначається за величинами відомих розрахункових значень — витрати димових газів і тиску Дh_ктан. З урахуванням коефіцієнтів запасу за витратою в₁ = 1,1 і за величиною тиску в₂ = 1,1, розрахункові значення становлять

V_гр = V_г^с•в₁=м³/с і Дh_ктр = Дh_ктан· в₂=.

Тоді потужність приводу димососа при значенні ККД з_д = 0,78 можна визначити, Вт

N_д = V_гр· Дh_ктан /з_д=

Після цього підсумовують знайдені значення опорів всіх ділянок газового тракту котельного агрегату за винятком самотяги димаря й визначають загальний опір тракту. У переважній більшості випадків при установці КТАНів димососи, якими укомплектовані котельні установки, забезпечують необхідний напір. Якщо ж аеродинамічний опір газового тракту сильно зростає (наприклад, через велику довжину й складність газоходів), то необхідно замінити двигун димососа або сам димосос.

5. Визначення економічної ефективності установки КТАНів

Вихідними даними для розрахунку економічної ефективності при установці КТАНу є:

— теплопродуктивність КТАНу Q_кт, МВт (з теплового розрахунку);

— температура води, що нагрівається, на вході і виході із КТАНу, єС;

— ККД котельної установки з_ка;

— теплота згоряння природного газу, МДж/м³ (з розрахунку горіння палива);

— число годин роботи споживачів гарячої води ф, год/рік;

— потужність димососа N_д, кВт (з аеродинамічного розрахунку);

— потужність насосу зрошення N_зр і насосу технологічної води N_тв, кВт;

— число годин роботи насосу зрошення ф_зр і насосу технологічної води ф_тв, год/рік;

— величина інвестицій ІВ, тис. грн;

— норма амортизації А, %;

— строк експлуатації теплообмінника t_то, років;

— ставка дисконтного проценту Е_к, %.

Метою техніко-економічного розрахунку є визначення кількості зекономленого природного газу в котельному агрегаті за рахунок установки КТАНу, а також розрахунок величини отриманого прибутку, строку окупності проекту за динамічною системою.

Годинна кількість теплоти, утилізованої в КТАНі, складе, МДж/год:

Q_год = Q_кт· 3600=

Річна кількість утилізованої теплоти буде дорівнювати, МДж/рік:

Q_річ = Q_год· ф=.

Річна економія умовного палива складе, т.у.п./рік:

де = 29,33 МДж/кг — теплотворна здатність умовного палива.

Економія природного газу, тис. м³/рік:

де — нижча теплота згоряння природного газу, МДж/м³.

Вартість зекономленого природного газу, грн/рік:

S_г =Ц_г· =

де Ц_г — вартість 1000 м³ природного газу, грн/тис. м³.

При використанні вторинних енергоресурсів — теплоти димових газів котельного агрегату, що відходять — витрати на паливо приймаються рівними нулю. Додатковий технічний персонал для обслуговування КТАНу не потрібен, тобто витрати на заробітну платню S_зр = 0.

Додаткова витрата електроенергії при роботі утилізаційної установки складається з: витрати на привод димососа для подолання додаткового опору, викликаного установкою КТАНу; витрати на привод насосу системи зрошення; витрати на привод насосу технологічної води.

Додаткова витрата електроенергії, кВт· год/рік:

W_ел = N_д· ф+N_зр·ф_зр+N_тв·ф_тв=

Витрати на електроенергію визначаються за формулою, грн/рік:

S_ел =Ц_ел· W_ел=

де Ц_ел — вартість 1 кВт· год електроенергії, грн/кВт· год.

Витрати на поточний ремонт приймаються в розмірі 20% від амортизаційних відрахувань, грн/рік:

S_рт = 0,2· А_річ=

де А_річ = ІВ· А= 200 000· 0,15=30 000

А_річ — річна сума амортизаційних відрахувань (А = 0,15).

Інші витрати приймаються в розмірі 30% від суми витрат на амортизацію та заробітну платню. Враховуючи, що S_зр = 0, маємо, грн/рік:

S_пр = 0,3· (S_рт + S_зр) = 0,3· S_рт=0,3·6000=1800.

Економічний ефект від заходів з використанням ВЕР визначається як різниця між приростом прибутку на підприємстві за рахунок утилізації ВЕР і капіталовкладеннями, необхідними для здійснення схеми утилізації.

Приріст прибутку досягається за рахунок скорочення витрати природного газу в котельні, грн/рік:

П = S_г — S_ел — S_рт — S_пр=

Чистий прибуток визначається за формулою, грн/рік:

П_чист = П· (100 — П_пр)/100=

де П_пр — податок на прибуток (25%).

Далі розраховується строк окупності проекту, років:

СО=ІВ ДДП_г=

СО=0,653· 12=7,84

де ДДП_г = УДДП_i/t_то=

ДДП_г — середня за рік сума дисконтованого чистого грошового потоку. Тут t_то — строк експлуатації контактного теплообмінника.

Дисконтований грошовий потік і-го року визначається за формулою ДДП_i = K_дt· ДП_i,

де K_дt — дисконтний множник грошового потоку i-го року

(табл. Д. 7 додатку);

ДП_i = П_чист+ А_річ=564 623+30000=594 623

ДП_i — грошовий потік i-го року.

ДДП₁=0,8333=495 499 ДДП₂=0,6944=412 906 ДДП₃=0,5787=344 108 ДДП₄=0,482=287 025

ДДП₅=0,4019=238 979 ДДП₆=0,3340=198 604

ДДП₇=0,2791=165 959 УДДП_i =495 499+412906 +344 108 +287 025+238979 +198 604+165959 =2 143 080

Список джерел

1. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. С. И. Мочана. — С.-Пб: ВТИ-НПО ЦКТИ, 1998. — 259 с.

2. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна // Е. Е. Новгородский, В. А. Широков, Б. В. Шанин, В. А. Дятлов. — М.: Дело, 1997. — С. 151−161.

3. Рекомендации для проектирования котельных и промышленных ТЭЦ с применением КТАНов-утилизаторов. — Рига: Латгипропром-РПИ, 1987. — 187 с.

4. Тепломассообменные аппараты и установки промышленных предприятий: учебное пособие / Под. ред. Б. А. Левченко. — Харьков: ХДПУ, 1999. — Ч. 1. — С. 271−279.

5. Аэродинамический расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. С. И. Мочана. — М.: Энергия, 1977. — 256 с.

6. Гидравлический расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. В. А. Локшина. — М.: Энергия, 1978. — 255 с.