ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА ДЛЯ ДУТЬЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF THE USE OF AN ADJUSTABLE DRIVE FOR BLOWING FANS OF STEAM BOILERS

Alina Porseva

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

Russia, Samara

Daria Isakova

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 дутьевых вентиляторов производственно-отопительной котельной. Определен срок окупаемости частотно-регулируемых приводов дутьевых вентиляторов.

ABSTRACT

In this work, the efficiency of the use of a regulated drive for blow fans in a production and heating boiler house is evaluated. The payback period for frequency-controlled drives of blast fans has been determined.

Ключевые слова: дутьевые вентиляторы; энергоэффективность; частотно-регулируемый привод; нагрузка котла; оптимизация; котлы.

Keywords: blast fans; energy efficiency; frequency-controlled drive; boiler load; optimization; boilers.

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

Повышение экономичности энергоустановок достигается за счет внедрения усовершенствованных технологий подготовки ресурсов, их более рационального использования, своевременного устранения возникающих в процессе эксплуатации замечаний. Экономичность котельных установок можно улучшить путем совершенствования их топливной и воздухоподающей систем, на основе реализации новых технологических процессов подготовки воздуха, топлива, приготовления горючей смеси и ее подачи в топку котла на сжигание.

Результат реализации идеи применения регулируемого электропривода позволит увеличить надежность работы производственно-отопительной котельной и системы теплоснабжения в целом, снизит затраты на проведение ремонтных работ и на их эксплуатацию, а также позволит сэкономить электроэнергию благодаря использованию ресурсосберегающих технологий.

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

Производственно-отопительная котельная –  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.

Проанализируем деятельность производственно-отопительной котельной, общей мощностью 65,5 МВт.

В ней установлено 6 котлов типа ДЕ-25-14ГМ, оснащенные дутьевыми вентиляторами и дымососами. Воздух, необходимый для поддержания горения топлива, подается в топку дутьевым вентилятором. Удаление продуктов сгорания в атмосферу осуществляется дымососами.

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.

Нагрузка котельной зависит от температуры наружного воздуха, производственной нагрузки и расхода тепла на горячее водоснабжение.

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

Q_{произ.нагр.}= 34 МВт=54 т/ч

Q_отоп= 28 МВт=45 т/ч

Q_гвс= 3,5 МВт=5,5 т/ч

Q_кот= 65,5 МВт =104,5 т/ч

Отопительный период для города Самара составляет 4950 часов        [1,с.435]

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-25-14ГМ установлены дутьевые вентиляторы типа ВДН-12,5, с электродвигателем АО2-82-6 мощностью 40 кВт. Так как котлы 3,4,5 работают на переменных нагрузках, следовательно на таких же переменных нагрузках работают дутьевые вентиляторы этих котлов.

ВДН-12,5 — это дутьевой вентилятор одностороннего всасывания, который предназначен для подачи воздуха в топки паровых котлов с уравновешенной тягой и производительностью по пару от 1 до 25 т/ч.

Из аэродинамической характеристики ВДН-12,5 следует, что при переменных нагрузках работы котла существенно меняется КПД вентилятора, поэтому целесообразно применить регулируемый привод для дутьевых вентиляторов паровых котлов №3,4,5.

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

Рисунок 2. График зависимости коэффициента оптимизации энергозатрат при регулировании расхода воздуха

График показывает: при регулировании без привода (кривая 1),что при нулевом расходе, мы имеем затраты порядка 50% (т.е. 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 котельной 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 с переменной нагрузкой.

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 40 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 вентилятора. 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.}= 228980,724 руб.

Далее рассчитываем стоимость электроэнергии за год с применением регулируемого привода. Расчеты представлены 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.}= 96124,1232  руб.

Таким образом, экономия денежных средств S_эк составит:

S_эк = S_{год б.р.п.} - S_{год с р.п.} = 228980,7 -96124,1   = 132856,6 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 ПЧВ3-15К-В (входной ток 33А, выходной ток 31А) фирмы ОВЕН [2] стоимостью 57300 руб./шт.

Стоимость монтажных работ по укрупненным показателям принимаем равной 40%. Для трёх котлов она составит 68760 руб.

S_уст. = 57300* 3+ 68760 = 240660 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. = 240660 / 132856,6 = 1,8 месяца.                                          (4)

Выводы:

1. Применение регулируемого привода для дутьевых вентиляторов паровых котлов приводит к снижению затрат электрической энергии на собственные нужды на 58,1 %.
2. Указанные расчеты показали, что за год экономия денежных средств составляет 132857 руб.
3. Срок окупаемости внедрения частотно-регулируемого привода составит 1,8 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