ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА ДЛЯ ДЫМОСОСОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE ADJUSTABLE DRIVE FOR STEAM BOILER SMOKE PUMPS

Daria Isakova

student of department "Heatgas supply and ventilation", Architectural construction academy Samara state technical university,

Russia, Samara

Alina Porseva

student of department "Heatgas supply and ventilation", Architectural construction academy Samara state technical university,

Russia, Samara

Alexey Salov

scientific Director, Professor of the Department of "heat and gas Supply and ventilation", doctor of technical Sciences, Academy of construction and architecture Samara state technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

В данной работе проведена оценка эффективности применения регулируемого привода дымососов производственно-отопительной котельной. Определен срок окупаемости частотно-регулируемых приводов дымососов.

ABSTRACT

In this work, the effectiveness of the use of a regulated drive of smoke pumps in a production and heating boiler house is evaluated. The payback period for frequency-controlled smoke pump drives has been determined.

Ключевые слова: дымососы, энергоэффективность, частотно-регулируемый привод, нагрузка котла, оптимизация, котлы.

Keywords: exhaust fans, energy efficiency, variable frequency drive, the load of the boiler, optimization, boilers.

Причиной резкого снижения экономичности работы энергетического оборудования производственно-отопительной котельной является работа оборудования в нерасчетных режимах при переменных нагрузках.

Далеко не все организации, в собственности которых находятся котельные, идут на модернизацию систем теплоснабжения и в том числе тягодутьевых устройств, так как это приводит к дополнительным капиталовложениям. Внедрение современного ресурсосберегающего оборудования может привести к снижению затрат электрической энергии. Результат реализации идеи применения регулируемого электропривода позволит увеличить надежность работы производственно-отопительной котельной, сократит затраты на проведение ремонтных работ и на их эксплуатацию, а также позволит сэкономить электроэнергию благодаря использованию ресурсосберегающих технологий.

Высокие затраты и постоянный рост тарифов на энергетические ресурсы говорит об актуальности энергосбережения и повышения энергетической эффективности систем теплоснабжения жилых и общественных зданий.

Производственно-отопительная котельная представляет собой сложный энергетический объект, который обеспечивает тепловой энергией в виде пара промышленные предприятия, а также вырабатывает тепловую энергию в виде горячей воды для покрытия вентиляционной, отопительной нагрузок жилых, общественных зданий и обеспечивают их горячим водоснабжением. Эти котельные могут быть оснащены только паровыми или же паровыми и водогрейными котлами.

Проанализируем деятельность производственно-отопительной котельной, общей мощностью 48 МВт.

В ней установлено 6 котлов типа ДЕ-25-14ГМ, оснащенные дутьевыми вентиляторами и дымососами. Для обеспечения нормальной работы котла необходимо непрерывно подавать в топку воздух, обеспечивать необходимую скорость движения горючих газов по газоходам котла и удалять из котла в атмосферу продукты горения. В котлах с искусственной тягой преодоление сопротивления движения продуктов сгорания осуществляется за счет энергии дымососа.

Для того, чтобы определить время работы каждого котла за весь год и с какой нагрузкой он работает в определенный промежуток времени, строим график продолжительности тепловой нагрузки.

Исходные данные для построения графика: 1 т/ч=0,627 МВт

Q_{произ.нагр.}=23МВт=37 т/ч

Q_отоп=22 МВт=35 т/ч

Q_гвс=3 МВт=5 т/ч

Q_кот=77 т/ч

Отопительный период для города Самара составляет 4950 часов. [1]

Проанализируем режимы работы котла в течении года.

Из графика видно, что котлы 1 и 2 работают с постоянной нагрузкой круглый год, обеспечивая потребителей промышленным паром и горячей водой, котлы 3,4,5 в течении года работают с переменной нагрузкой, так как обеспечивают тепловой энергией нагрузку потребителей в виде горячей воды идущей на отопление, которая в отопительный период является функцией температуры наружного воздуха.

Рисунок 1. График продолжительности тепловой нагрузки котельной

На котлах ДЕ-16-14ГМ установлены дымососы типа ДН-11,2 с электродвигателем 4A200М6 и мощностью 22 кВт. Так как в течении всего отопительного сезона котлы № 3, 4, 5 работают на переменных нагрузках, следовательно на таких же переменных нагрузках работают дымососы этих котлов.

ДН-11,2 - дымосос одностороннего всасывания, предназначен для удаления дымовых газов из топок различных котельных агрегатов, оборудованных золоулавливающими системами и для вытяжки дымовых газов из газомазутных котлов.

Из аэродинамических характеристик ДН-11,2 следует, что при переменных нагрузках работы котла существенно меняется КПД дымососа, поэтому целесообразно применить регулируемый привод для дымососов паровых котлов №3, 4, 5.

Определив по графику время работы котлов и соответствующую им нагрузку, воспользуемся графиком зависимости потребляемой электрической мощности при регулировании расхода дымовых газов.

Рисунок 2. График зависимости коэффициента оптимизации энергозатрат при регулировании расхода дымовых газов

График показывает: при регулировании без привода (кривая 1),что при нулевом расходе, мы имеем затраты порядка 50% (т.е. мы теряем около 50% мощности). При регулировании с приводом (кривая 2) при нулевом расходе затраты равны нулю. График используется для оценки эффективности установки приводов.

Э/Э_макс – зависимость коэффициента оптимизации энергопотребления и энергозатрат.

Q/Q_max – доля нагрузки в рассматриваемый период.

Для котла № 5 рассчитываем Q/Q_max  и полученное число ищем на графике на оси абсцисс. Далее проводим прямую линию до пересечения с кривыми 2 и 1 и находим соответствующие им значения на оси ординат Э/Э_макс. Расчеты заносятся в таблицу 1.  Аналогичный расчет выполняется для каждого котла.

Таблица 1.

Расчётные данные котла №5

Рассчитываем количество потребляемой энергии в кВт для каждого котла по формуле:

Э_п = Э/Э_макс * N,                                                                          (1)

N – номинальная мощность электродвигателя, равная 22 кВт.

Э/Эмакс – зависимость коэффициента оптимизации энергопотребления и энергозатрат.

Стоимость 1 кВт электроэнергии в 2019 году на рынке ФОРЭМ составляет 1 рубль 47 копеек. Рассчитываем стоимость электроэнергии за год без применения регулируемого привода. Для этого время работы котла умножаем на количество потребляемой энергии электродвигателем дымососа. Расчеты заносятся в таблицу 2. Аналогичный расчет проводится и для остальных котлов.

Таблица 2.

Стоимость электроэнергии за год без применения регулируемого привода

Суммарный расход денежных средств на электрическую энергию в течении года без применения регулируемого привода составил:

S_{год б.р.п.}= 119569,39 руб.

Далее рассчитываем стоимость электроэнергии за год с применением регулируемого привода. Расчеты приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Стоимость электроэнергии за год с применением регулируемого привода

Суммарный расход денежных средств на электрическую энергию в течении года с применения регулируемого привода составил:

S_{год с.р.п.}=  41592,64 руб.

Таким образом, экономия денежных средств S_эк составит:

S_эк = S_{год б.р.п.} - S_{год с р.п.} = 119569,39-41592,64= 77976,75 руб.                                        (2)

Рассчитаем стоимость реализации установки частотно-регулируемого привода:

S_уст. = S_ЧРП + S_монт.                                                                                         (3)

где:

S_уст. – стоимость реализации установки частотно-регулируемого привода;

S_ЧРП – стоимость частотно-регулируемого привода, руб.;

S_монт. – стоимость монтажных работ по установки частотно-регулируемого привода.

К установке принимается частотно-регулируемый привод модификации ПЧВ3-11К-Б (входной ток 45А, выходной ток 42А) фирмы ОВЕН [2] стоимостью 42960 руб./шт. Привод устанавливается на 3 котлах, которые работают с переменной нагрузкой.

Стоимость монтажных работ по укрупненным показателям принимаем равной 40%. Для 3 котлов она составит 51552 руб.

S_уст. = 42960 * 3+ 51552 = 180432 рублей.

Срок окупаемости (T_окуп.) установки частотно-регулируемого привода рассчитывается как: сумма затрат на реализацию установки частотно-регулируемого привода (S_уст.) деленое на сумму сэкономленных денежных средств за год (S_эк.).

T_окуп. = S_уст.  / S_эк. = 180432/ 77976,75 = 2,3 месяца.                                              (4)

Выводы:

1. Применение регулируемого привода для дымососов паровых котлов приводит к снижению затрат электрической энергии на собственные нужды на 65,3 %.
2. Проведенные расчеты показали, что за год экономия денежных средств составит 77976,75 руб.
3. Срок окупаемости внедрения частотно-регулируемого привода составит 2,3 месяца.

Список литературы:

1. Соколов Е.Я., Теплофикация и тепловые сети: Учебник для ВУЗов.7- е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001
2. Электронный журнал «ОВЕН»: https://www.owen.ru/product/preobrazovatel_chastoti_oven_pchv3