«национальный исследовательский мордовский государственный университет
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Н. П. ОГАРЕВА»
Институт механики и энергетики
Кафедра теплоэнергетических систем
Отчет о научно-исследовательской работе
Автор_______________________________________________ Р. А. Шершенов
подпись, дата
ОбозначениеОТЧ-02069964-13.04.01-52-18
Преподаватель__________________________________________С. А. Мальцев
подпись, дата
Саранск 2018
Анализ методов определения потребности в топливе
Одной из актуальных проблем в тепловой энергетике является прогнозирование в потребности в топливе для котельных. Прогнозирование необходимо для определения потребности в топливе, электрической энергии и воде теплоснабжающими организациями жилищно-коммунального комплекса, органами управления жилищно-коммунальным хозяйством.
Исходными данными для определения потребности в топливе, электрической энергии и воде являются:
- физические (материальные) характеристики источников теплоснабжения (отопительных котельных), тепловых сетей и сооружений на них (тепловых пунктов, насосных станций, дроссельных пунктов, баков-аккумуляторов горячей воды);
- нормативные характеристики материальных объектов систем коммунального теплоснабжения;
- планируемые (прогнозируемые) значения расчетных тепловых нагрузок потребителей, количества тепловой энергии и теплоносителей, необходимых для их удовлетворения в заданных режимах.
Все используемые для расчетов данные должны основываться на достоверной информации, проектных характеристиках зданий, помещений, технологических процессов потребителей, количестве жителей, пользующихся горячим водоснабжением и др.
При утрате и невозможности восстановления проектных материалов, а также при недокументированных изменениях теплоснабжаемых зданий и сооружений, расчетные значения их тепловой нагрузки могут быть определены путем натурных обмеров (натурных испытаний) и последующих расчетов. Результаты обмеров и расчетов, выполненных потребителями тепловой энергии, подлежат согласованию с энергоснабжающей организацией. В случае разногласий, к их разрешению привлекается по соглашению сторон экспертная организация или орган государственного энергетического надзора по месту нахождения потребителя тепловой энергии. Потребность в топливе на выработку тепловой энергии определяется по нормам удельного расхода топлива, кг у.т./Гкал, на весь объем тепловой энергии, необходимой для теплоснабжения потребителей в планируемом периоде.
В данной диссертации предлагается такой способ прогнозирования, который обеспечит бесперебойный режим работы котельной во время летнего и зимнего периода, с экономией топлива и малым потреблением топлива.
Разрабатываются и исследуются самые различные методы прогнозирования в потребности топлива. Существует 2 типа расчетов для разных типов режимов работы как одной котельной или же групп котельных.
Потребность в топливе на выработку тепловой энергии по отдельной котельной, по группе котельных, входящих в одну систему теплоснабжения, или по предприятию (организации) в целом определяется с использованием норм удельного расхода топлива соответствующего уровня.
1) Для определения потребности в топливе на производство тепловой энергии используются групповые нормы удельного расхода топлива, основанные на индивидуальных нормах.
Индивидуальная норма - норма расхода данного расчетного вида топлива в условном исчислении на производство 1 Гкал тепловой энергии котлоагрегатом с котлом данного типа при определенных, заранее выбранных оптимальных эксплуатационных условиях. При определении индивидуальной нормы в качестве расчетного топлива принимается вид топлива, указанный в техническом паспорте котла. Индивидуальные нормы измеряются в килограммах условного топлива на 1 Гкал произведенной тепловой энергии (кг у.т./Гкал). Отклонение условий эксплуатации от расчетных, принятых при определении индивидуальных норм, учитывается при расчете групповых норм нормативными коэффициентами.
2) Групповая норма расхода топлива на выработку тепловой энергии - плановое значение расхода топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии при планируемых условиях производства. Групповая норма расхода топлива на выработку тепловой энергии измеряется в килограммах условного топлива на 1 Гкал тепловой энергии (кг у.т./Гкал).
Также при расчете необходимо соблюдать некоторые нормы расхода топлива:
- нормы разрабатываются на всех уровнях планирования на единой методической основе;
- учитываются условия производства, достижения научно-технического прогресса, планы организационно-технических мероприятий, предусматривающие рациональное и эффективное использование топлива;
- нормы систематически пересматриваются с учетом планируемого развития и технического прогресса производства, достигнутых наиболее экономичных показателей использования топливно-энергетических ресурсов;
- нормы должны способствовать максимальному использованию резервов экономии топлива.
1) В нормы расхода топлива не должны включаться затраты топлива, вызванные отступлениями от правил технической эксплуатации и режимов функционирования, на строительство и капитальный ремонт зданий и сооружений, монтаж, пуск и наладку нового оборудования котельной, на научно-исследовательские и экспериментальные работы.
2) Установленные для котельных нормы расхода топлива должны изменяться при возникновении следующих причин, существенно влияющих на расход тепловой энергии и топлива:
- изменение вида или качества сжигаемого топлива;
- выявление испытаниями новых характеристик котлоагрегатов;
- установка нового или реконструкция действующего оборудования.
Все изменения норм на основании испытаний или обоснованных расчетов должны быть введены в действие после их утверждения.
Как было сказано выше про режимы работы в разные периоды года, соответственно зимний и летний, рассмотрим, по каким критериям происходит определение норм расхода топлива в котельной на планируемый период проводится в следующей последовательности:
-определяется плановая выработка тепловой энергии котельной (котельными);
-уточняется характеристика сжигаемого топлива: низшая теплота сгорания, для угля - марка, влажность, зольность, фракционный состав (содержание мелочи класса от 0 до 6 мм, %);
-определяются технические характеристики и параметры функционирования оборудования - тепловая мощность котлоагрегата (котла), Гкал/ч, т/ч пара, температура питательной воды, давление пара, коэффициент избытка воздуха в топке котла, присосы по газоходам и т.д.;
-подбираются типовые нормативные характеристики, соответствующие установленному оборудованию и виду сжигаемого топлива. В случае если нормативные характеристики не соответствуют фактическим для установленных котлоагрегатов (вследствие несоответствия параметров пара, питательной воды, поверхностей нагрева элементов котла, качества топлива и т.д.), а также при отсутствии нормативных характеристик для установленных котлов, проводятся режимно-наладочные испытания с целью установления оптимальных режимов функционирования котла и разработки обоснованных нормативных характеристик;
-по нормативным характеристикам устанавливается индивидуальная норма расхода топлива на производство тепловой энергии каждым котлоагрегатом;
-определяется расход тепловой энергии на собственные нужды котельной;
-определяется норма расхода топлива на выработку тепловой энергии для котельной в целом.
В итоге правильный выбор методики расчета прогнозирования в потребности топлива для котельной, будет зависеть от того, будет ли в расчете участвовать всего один котлоагрегат или же целая производственная котельная. Соответственно на основе исходных данных мы сможем выбрать ту методику расчета, которая будет подходить по всем критериям.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Федеральная энергетическая комиссия Российской Федерации (22.04.2003 N ЕЯ-1357/2). Департамент государственного энергетического надзора, лицензирования и энергоэффективности Минэнерго России (10.04.2003 N 32-10-11/540)
2. Сидельковский Л.Н. Котельные установки промышленных предприятий. Учебник для вузов/ Л.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев (стереотипно с 1988 г). – М.: Изд-во ООО «БАСТЕТ», 2009.
3. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация: учеб. / Б.А.Соколов, 2008.
4. Липов Ю.М. Котельные установки и парогенераторы: учебник / Ю.М.Липов, Ю.М. Третьяков, 2003.
5. Фокин В.М. Расчет и эксплуатация теплоэнергетического оборудования котельных: Учеб. пособие для вузов / В.М. Фокин; Волгоград. гос. архит.-строит. ун-т, 2004.
6. Бойко Е.А. Котельные установки и парогенераторы. Конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов: справ. пособие по курсовому и дипломному проектированию / Е.А. Бойко, Т.И. Охорзина, 2004.
7. Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций. М:Энергоиздат, 1981. - 240 с.
8. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Модель 3.Г. Компоновка и тепловой расчет парогенератора. — М.: Энергия. 1975. — 173 с.
9. Ковалев А.П. Лелеев И.С., Виленскпй Т.В. Парогенераторы. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 376 с.
10. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. М.:Атомиздат, 1980.-360с.
11. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промпредприятий. М.: Энегроатомиздат,1988.
12. Historical Advancement of Fire-Side Heating Surface in Fire-Tube Boilers. –American Boiler Manufacturers Association, Arlington, Va., USA, 2004. – 233 p.
13. Ostapenko D.V. Convective heat transfer in tubes with turbulator // Modern industrial and civil constructions. – 2014. – № 1. – Р. 15-22.
14. SRPS EN 676. Automatic forced draught burners for gaseous fuels – European Standard – 2003.
15. Boke Y.E., Aydin O. & Yildizay H.D. The Comparison of Experimental and Predicted Flame Temperature of Natural Gas Combustion // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. – 2011. – Vol. 33. – № 13. – P 1271-1280.
16. Huang B.J., Yen R.H., Shyu W.S., A. Steady-State Thermal Performance Model of Fire-Tube Shell Boilers // Int. J. Engineering for Gas Turbines and Power. – 1988. – Vol. 110. – № 2. – P. 173-179.
17. Huang B.J., Kop Y.A. System Dynamics Model of Fire-Tube Shell Boiler // J. Dynamic Systems, Measurement, and Control. – 1994. – Vol. 116. – № 4. – P. 745-754.
18. Sorensen K., Condra T., Houbak N., Karstensen C. Modelling and Simulating Fire Tube Boiler Performance // Proceeding, 44th Conference on Simulation and Modeling, Malardalen University, Vasterеs, Sweden. – 2003. – P.
19. Čukić R., Maneski T. Thermomechanical Stress Analysis of the Hot-water Boiler by FEM // Proceeding, 3rd International Congress of Thermal Stress, Cracow, Poland. – 1999. – P. 325-328.
20. Gaćeša B. Thermomechanical analysis of behaviour and improvement of steam block boiler with three flue gas flow producing smaller steam // Procesna Tehnika. – 2002. – Vol. 18. – № 1. – P. 111-114.
21. АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА С ЖИДКОСТЬЮ С КОМБИНИРОВАННЫМ СОПЛОВЫМ ЭЛЕМЕНТОМ: пат. 152 989 Рос. Федерация: B01F 5/04 (2006.01) Леонтьев В. К., Кораблева О.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВПО "ЯГТУ" – 2014148319/05, 01.12.2014; опубл. 27.06.2015 Бюл. № 18.
22. КОТЛОАГРЕГАТ СМОНТИРОВАННЫЙ ИЗ ВОДЯНЫХ ТРУБ, СГРУППИРОВАННЫХ В ВИДЕ ЭКРАНОВ, ОКРУЖАЮЩИХ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ, В КОТОРЫХ ВОДА ОТДЕЛЕНА ОТ НАГРЕВАЮЩЕЙ СРЕДЫ: F22B21/34 Леонов Александр Николаевич (RU), Харабаров Владимир Петрович (RU), Мишина Клавдия Ивановна (RU), Томиленко Геннадий Аксентьевич (RU), Мишин Александр Григорьевич (RU), Карацупина Наталья Александровна (RU).; Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Котлосервис" (ООО "Котлосервис") (RU).; 2006-03-20; опубл. 10.11.2007.
23. Пат. US5558046 A США. PCT PCT/DE1992/000190. Fire-tube boiler / Fritz Schoppe, Josef Prostler; заяв. 05.03.1992; опубл. 24.09.1996.
24. Пат. 2196278 Россия. МПК F24H1/28; F22B7/12. Жаротрубный котел / Г.Г. Каменских, А.Н. Тюкавкин; заяв. 05.04.2000; опубл. 10.01.2003.
25. Пат. 2116579 Россия. МПК F24H1/00. Водогрейный котел / Г.К. Югай, М.А. Шарапов; заяв. 06.01.1997; опубл. 27.07.1998.
26. Пат. 2137982 Российская Федерация, МПК6 С1 F 24 D 3/02. Способ работы отопительной котельной / В. И. Шарапов, М. Е. Орлов; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. техн. ун-т. – № 97105674/06; заявл. 10.04.1997; опубл. 20.09.1999. Бюл. № 26. – 4 с. 362.
27. Пат. 2137984 Российская Федерация, МПК6 С1 F 24 D 3/02. Водогрейная котельная / В. И. Шарапов, М. Е. Орлов; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. техн. ун-т. – № 98117016/06; заявл. 11.09.1998; опубл. 20.09.1999. Бюл. № 26. – 4 с. 363.
28. Пат. 2137985 Российская Федерация, МПК6 С1 F 24 D 3/02. Способ работы водогрейной котельной / В. И. Шарапов, М. Е. Орлов; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. техн. ун-т. – № 98117035/06; заявл. 11.09.1998; опубл. 20.09.1999. Бюл. № 26. – 4 с. 364.
29. Пат. 2148174 Российская Федерация, МПК7 F 01 К 17/02. Способ работы тепловой электрической станции / В. И. Шарапов, М. Е. Орлов; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. техн. ун-т. – № 98122523/06; заявл. 15.12.1998; опубл. 27.04.2000. Бюл. № 12. – 5 с.