DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.02.04

Переваги імпульсного підведення тепла для покриття змінних навантажень в системах теплопостачання

Fedor Lukhtura, Vladimir Tsiganov

Анотація


Розглянуто практичне використання отриманих раніше теоретичних результатів із застосування імпульсного (циклічного) підведення теплоти від джерела тепла (котла), що працює на теплову мережу, для покриття суттєво змінних навантажень системи теплопостачання. Проведено аналіз ефективності роботи системи теплопостачання з різними блоками котельних установок і параметрами систем теплопостачання при змінних навантаженнях на основі аналізу розробленої математичної динамічної моделі системи виробництва і розподілу теплоти. Отримана інженерна теорія послужила також основою для розробки алгоритмів оптимізації системи при ступінчастому регулюванні підведення теплоти джерелами тепла шляхом їх переведення на холостий хід, в т.ч. глибоким зниженням навантаження, або з повним їх вимиканням, на змінних режимах роботи котельні при покритті нерівномірних графіків її навантажень. При цьому оцінені витрати споживаної теплової енергії з метою підвищення економічної ефективності та вибору певного складу обладнання котельні в пропонованих режимах. Визначено, в залежності від ємності теплової мережі та/або акумулюючих теплоту пристроїв, величини споживання теплоти і режимів регулювання, раціональні компоновки котельного обладнання з мінімізацією споживання енергоресурсів. Оцінені ефективні значення тривалості імпульсів подачі теплоти агрегатами котельні і паузи між імпульсами, а також сквапності імпульсів, при використанні різних блоків котельного обладнання. При цьому важливою характеристикою надійності системи теплопостачання є частота циклів, що лімітують кількість регламентованих включень котлів відповідної потужності в зв'язку з наявністю втомних напружень в них. Показано суттєвий вплив перерахованих факторів і зазначених функціональних параметрів на характеристики імпульсного підключення джерел тепла і інтенсивність подачі енергоносія при змінних навантаженнях. Характерно, що при порівнянні різних режимів імпульсної подачі (з холостим ходом і без) кращим режимом є режим з повним відключенням джерел теплоти від теплової мережі. При цьому ефективність зростає з ростом числа експлуатованих агрегатів і досягає близько 10% в порівнянні з традиційним способом підведення теплоти для покриття змінних навантажень теплових мереж. Отримані результати також можуть бути корисні для вирішення оптимізаційних завдань при роботі індивідуальної котельні на змінних режимах при покритті її різних, в т.ч. річних, графіків навантажень. Даний підхід і представлені рішення можуть бути поширені на будь-які інші джерела теплоти, що використовують у якості робочого середовища, як рідину, так і газ (пар), для покриття нерівномірних відповідних теплових навантажень.


Ключові слова


графіки навантажень; джерело тепла (котел); робоче середовище; енергія; акумулятор; імпульсне (циклічне, ступінчасте) регулювання; ефективність

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Lukhtura F., Tsiganov V. On the use of pulse heat in a heat supply system. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. Kharkiv: NTU "KhPI", 2018, no. 45 (1321), p. 32–40, doi:10.20998/2413-4295.2018.

Knorre G. F., Aref'ev K. M., Blokh A. G. Teoriya topochnykh protsessov [The theory of furnace processes]. Moscow-Leningrad, Energia Publ., 1966, 491 p.

Katsnel'son B. D., Tarakanovsky A. A. Szhiganiye topliva v pul'siruyushchem potoke [Combustion of fuel in pulsating flow]. Teoriya i praktika pul'satsionnogo goreniya: Tr. TSKTI [Theory and practice of pulsating combustion: Works of CKTI], 1965, Iss. 64, p. 3–7.

Pachaiyappan R., Dasa Prakash J. Improving the boiler efficiency by optimizing the combustion air. Applied Mechanics and Materials, 2015, V. 787, p. 238–242, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM. 787.238.

Mallikarjuna V., Jashuva N., Rama Bhupal Reddy B. Improving boiler efficiency by using air preheater. International journal of advanced research in engineering and applied sciences, 2014, V. 3, no 2, p. 11-24.

Ghritlahre H., Pratap Singh T. Effect of Excess Air on 30 TPH AFBC Boilers on dry Flue Gas Losses and its Efficiency. International Journal of Research in Advent Technology, 2014, V. 2, no. 6, p. 19-23.

Abramovskikh A. А., Ulyanova U. А., Lavrinenko S. V., Matveeva A. А., Malishev D. Modernisation of boiler unit automation system at acting power station. MATEC Web of Conferences 91, 01002, 2017, doi: 10.1051/matecconf/20179101002.

Hu L., Lv Y., Tang K., Richards G. An Improved Methodology for Pulse Combustion with Programmable Timing Sequence Used in Reheating Furnaces. ISIJ International, 2017, V. 57, no. 12, p. 2266-2268, doi: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-020.

Taymarov M. A., Sharipov M. R. Kotol pul'siruyushchego goreniya prirodnykh i piroliznykh gazov [Boiler of pulsating combustion of natural and pyrolysis gases]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological University], 2013, V. 16, no. 21, p. 133–135.

Sinitsyn A. A. Issledovaniye osobennostey raboty kotla, osnovannogo na pul'siruyushchem gorenii gazoobraznogo topliva [Investigation of the peculiarities of the operation of the boiler based on the pulsating combustion of gaseous fuels]. Neftegazovoye delo [Oil and Gas Business], 2006, no 2, p. 1–13.

Degtyar' A. B., Panferov V. I. Postroyeniye algoritma impul'snogo otopleniya zdaniy i issledovaniye rezhimov yego raboty [Construction of an algorithm for pulsed heating of buildings and study of its operating modes]. Vestnik Iuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Komp'yuternyye tekhnologii, upravleniye, radioelektronika» [Bulletin of the South Ural State University. Series: Computer Technologies, Automatic Control & Radioelectronics], 2008, V. 8, no. 17(117), p. 41–44.

Sokolov Ye. Ya. Teplofikatsiya i teplovyye seti: uchebnik dlya vuzov [Heating and heating networks: a textbook for universities]. Moscow, Publishing house of the Moscow Power Engineering Institute Publ., 1999. 472 p.

Lukhtura F., Tsiganov V. On application of the cycle mode of connecting heat batteries in heat supply systems. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. Kharkiv: NTU "KhPI", 2019, no. 2, p. 35–42, doi:10.20998/2413-4295.2019.02.05.

Climate graph. Available at: https://ru.climate-data.org/европа/украина/донецкая-область/мариуполь-619/ (accessed 03.06.2020)

Webb J. Improvising innovation in UK urban district heating: the convergence of social and environmental agendas in Aberdeen, Energy Policy, 2015, no 78, p. 265–272, doi:10.1016/j.enpol.2014.12.003.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Лухтура Ф. И., Цыганов В. И. О применении импульсного подвода тепла в системах теплоснабжения. Вестник НТУ «ХПИ», Серия: Новые решения в современных технологиях. – Харьков: НТУ «ХПИ». 2018. № 45(1321). С.32–40. doi:10.20998/2413-4295.2018.
  2. Кнорре Г.Ф. [и др.]. Теория топочных процессов. М.-Л.: Энергия, 1966. 491 с.
  3. Кацнельсон Б. Д., Таракановский А. А. Сжигание топлива в пульсирующем потоке. Теория и практика пульсационного горения: Тр. ЦКТИ. Л.: 1965. Вып. 64. С. 3–7.
  4. Pachaiyappan R., Dasa Prakash J. Improving the boiler efficiency by optimizing the combustion air. Applied Mechanics and Materials. 2015. V. 787. P. 238–242. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM. 787.238.
  5. Mallikarjuna V., Jashuva N., Rama Bhupal Reddy B. Improving boiler efficiency by using air preheater. International journal of advanced research in engineering  and applied sciences. 2014. V. 3. № 2. P. 11-24.
  6. Ghritlahre H., Pratap Singh T. Effect of Excess Air on 30 TPH AFBC Boilers on dry Flue Gas Losses and its Efficiency. International Journal of Research in Advent  Technology. 2014. V. 2. № 6. P. 19–23.
  7. Abramovskikh A. А., Ulyanova U. А., Lavrinenko S. V., Matveeva A. А., Malishev D. Modernisation of boiler unit automation system at acting power station. MATEC Web of Conferences 91, 01002. 2017. doi: 10.1051/matecconf/20179101002
  8. Hu L., Lv Y., Tang K., Richards G. An Improved Methodology for Pulse Combustion with Programmable Timing Sequence Used in Reheating Furnaces. ISIJ International. 2017. V. 57. № 12. P. 2266–2268. doi: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-020.
  9. Таймаров М. А., Шарипов М. Р. Котёл пульсирующего горения природных и пиролизных газов. Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 21.С. 133–135.
  10. Синицын А. А. Исследование особенностей работы котла, основанного на пульсирующем горении газообразного топлива. Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 1–13.
  11. Дегтярь А. Б., Панферов В. И. Построение алгоритма импульсного отопления зданий и исследование режимов его работы. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2008. Вып. 8. № 17(117). С. 41–44.
  12. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. М.: Изд- во МЭИ, 1999. 472 с.
  13. Лухтура Ф. И., Цыганов В. И. О применении цикличного режима подключения аккумуляторов теплоты в системах теплоснабжения. Вестник НТУ «ХПИ», Серия: Новые решения в современных технологиях. Харьков: НТУ «ХПИ». 2019. № 2. С. 35–42. doi:10.20998/2413-4295.2019.02.05.
  14. Климатический график. URL: https://ru.climate-data.org/европа/украина/донецкая-область/мариуполь-619/  (дата обращения: 03.06.2019).
  15. Webb J. Improvising innovation in UK urban district heating: the convergence of social and environmental agendas in Aberdeen. Energy Policy. 2015. № 78. Р. 265–272. doi:10.1016/j.enpol.2014.12.003.