MD4270C1 - Instalaţie energetică pentru arderea combustibilului şi procedeu de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului în aceasta - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la termoenergetică, în particular la instalaţii energetice pentru arderea diferitelor tipuri de combustibil şi la procedee de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului în instalaţii energetice.Instalaţia energetică pentru arderea combustibilului conţine un focar (1) cu nişte arzătoare (2) şi o conductă (3) de gaze prin convecţie, conectată printr-un aspirator (4) de fum şi un canal (5) de evacuare a gazelor fumigene la un coş (6) de fum; o conductă (9) de aer exterior unită cu canalul (5) de evacuare a gazelor fumigene printr-o conductă (11) de scurgere a gazelor fumigene şi o conductă (14) de amestec de aer exterior şi gaze fumigene, care este unit cu un ventilator de refulare (13); o duză (10) instalată pe conducta (9), şi un şubăr (12) montat pe conducta (11) de scurgere a gazelor fumigene, totodată duza (10) şi şubărul (12) sunt înzestrate cu nişte mecanisme de execuţie; un preîncălzitor (8) de aer amplasat în conducta (3) de gaze prin convecţie, conectat la ventilatorul de refulare (13) şi unit cu arzătoarele (2) printr-o conductă (15) de amestec încălzit de aer exterior şi gaze fumigene; un traductor (16) de selectare a probelor de gaze de ardere, instalat la intrarea în conducta (3) de gaze prin convecţie şi conectat la un gazoanalizator (17) de determinare a conţinutului de oxigen şi oxid de carbon în gazele de ardere; un bloc electronic de dirijare (18), care este conectat la gazoanalizator (17) şi la mecanismele de execuţie ale duzei (10) şi şubărului (12).Procedeul de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului într-o instalaţie energetică include selectarea unei părţi de gaze fumigene cu presiune statică mai mare decât presiunea atmosferică dintr-un canal (5) de evacuare a gazelor fumigene şi debitarea acesteia printr-o conductă (11) de scurgere a gazelor fumigene într-o conductă (9) de aer exterior cu presiunea statică a aerului exterior mai mică decât presiunea atmosferică; reglarea debitării aerului exterior şi a gazelor fumigene prin nişte mecanisme de execuţie ale unei duze (10) şi unui şubăr (12), dirijate de către un bloc electronic de dirijare (18), astfel încât conţinutul procentual al oxigenului în aerul exterior să fie redus până la un nivel, la care la intrarea într-o conductă (3) de gaze prin convecţie conţinutul de oxigen în gazele de ardere să constituie mai puţin de 1% în lipsa oxidului de carbon; amestecarea ulterioară a gazelor fumigene cu aerul exterior într-o conductă (14) şi într-un ventilator de refulare (13) pentru obţinerea amestecului omogen de aer exterior şi gaze fumigene; încălzirea amestecului obţinut într-un preîncălzitor (8) de aer din contul utilizării căldurii gazelor de ardere; debitarea amestecului încălzit în nişte arzătoare (2) printr-o conductă (15).

Description

Invenţia se referă la termoenergetică, în particular la instalaţii energetice pentru arderea diferitelor tipuri de combustibil şi la procedee de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului în instalaţii energetice.

Se ştie că pentru arderea completă a oricărui combustibil în condiţii reale se utilizează aerul exterior, care include din punct de vedere teoretic partea de aer exterior necesară, al cărei oxigen participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului, şi partea de aer exterior excesivă, care conţine oxigen, ce nu participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului. În focarele contemporane coeficientul excesului de aer exterior la arderea combustibilului solid se ia egal cu 1,2…1,6, iar la arderea combustibililor lichid şi gazos - cu 1,05…1,15 [1, pag. 43], [2, pag. 2]. În coeficienţii menţionaţi mai sus părţile întregi ale numerelor din punct de vedere teoretic reprezintă părţile de aer exterior necesare, al căror oxigen participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului, iar a zecea şi a suta părţi ale acestor numere reprezintă părţile de aer exterior excesive, care conţin oxigen, ce nu participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului. Se ştie (Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, pag. 106-109) că la arderea completă a diferitelor tipuri de combustibil cantitatea de aer exterior excesivă se măreşte odată cu micşorarea volumului combustibilului de ardere din cauza necesităţii de a reduce producţia de energie termică de agregatul de cazane. Astfel, pentru cărbunele brun pulverulent volumul de aer exterior excesiv poate constitui de la 20% până la 60% din volumul de aer exterior necesar din punct de vedere teoretic, ceea ce demonstrează că se produc pierderi de căldură considerabile, prin urmare, se reduce eficienţa combustibilului de ardere. De aceea utilizarea pentru amestecare a 20…35% de gaze fumigene din cantitatea totală a acestora (Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, pag. 43, 109) aduce doar o oarecare economie de căldură, dar o parte de căldură considerabilă, ca şi mai înainte, se emană cu volumul de gaze fumigene, corespunzător volumului de aer exterior excesiv, utilizat în procesul de ardere al combustibilului, ceea ce reduce eficienţa funcţionării dispozitivului energetic şi sporeşte cheltuielile acestuia pentru necesităţile proprii.

Dezavantajele cazanelor cunoscute constau în lipsa posibilităţii de reglare a debitării aerului exterior pentru arderea combustibilului în funcţie de reducerea cantităţii combustibilului de ardere, când este necesară reducerea producţiei de energie termică, iar utilizarea conductei de recirculaţie duce la amestecarea necalitativă a gazelor fumigene cu aerul din exterior, deoarece începutul procesului de amestecare se produce numai în arzător. Aceasta duce la concentraţia de oxigen neuniformă în amestecul de aer exterior şi gaze fumigene şi la arderea incompletă a combustibilului, ceea ce reduce eficienţa funcţionării şi sporeşte cheltuielile pentru necesităţile proprii ale cazanelor.

Este cunoscut, de asemenea, un cazan destinat pentru arderea diferitelor tipuri de combustibili, care conţine focar cu dispozitiv de ardere şi conductă de gaze prin convecţie, conectată printr-un aspirator de fum la un coş de fum şi dotată cu un preîncălzitor de aer, care este unită cu conducta de aer prin racorduri de eliminare şi de admisie a aerului exterior corespunzător cu dispozitivul de ardere şi printr-un ventilator de refulare. Conducta de aer exterior, printr-o conductă de scurgere a gazelor fumigene cu şubăr, este unită cu canalul de fum, care, prin conducta de recirculaţie suplimentară, este conectat la dispozitivul de ardere. Pe canalul de fum, între porţiunile de cuplare la el a conductei de ocolire şi a conductei de recirculaţie suplimentare, este instalată o supapă de reglare [3].

Mai este cunoscut un procedeu, care poate fi utilizat la arderea cărbunelui brun cu cenuşă uşor fuzibilă prin utilizarea gazelor de ardere, prin amestecarea unei părţi de gaze fumigene cu aer exterior şi debitarea amestecului obţinut pentru arderea combustibilului. Totodată, pentru sporirea eficienţei prin diminuarea zgurificării suprafeţelor de încălzire la arderea cărbunelui brun cu cenuşă uşor fuzibilă şi reducerea cheltuielilor pentru necesităţile proprii, pentru amestecarea cu aer exterior se iau 20…35% din cantitatea totală de gaze fumigene [4].

Cu toate acestea, pentru ambele invenţii cunoscute este caracteristic un şir de dezavantaje. La utilizarea gazelor fumigene pentru arderea combustibilului, din punct de vedere al reducerii cheltuielilor pentru necesităţile proprii de lucru ale cazanului, nu a fost luată în consideraţie partea de aer exterior excesivă, care poate atinge 60% din partea de aer exterior necesară din punct de vedere teoretic la arderea cărbunelui brun cu cenuşă uşor fuzibilă. Partea de aer exterior excesivă măreşte masa gazelor fumigene, care se degajă în atmosferă, ceea ce reduce eficienţa arderii combustibilului, sporeşte cheltuielile pentru necesităţile proprii ale cazanului şi are un impact nociv asupra ecologiei.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în înlăturarea dezavantajelor menţionate, sporirea eficienţei ecologice şi economice de ardere a combustibilului în instalaţia energetică prin reducerea gazelor fumigene emanate în atmosferă.

Problema se soluţionează prin aceea că instalaţia energetică pentru arderea combustibilului conţine un focar cu nişte arzătoare şi o conductă de gaze prin convecţie, conectată printr-un aspirator de fum şi un canal de evacuare a gazelor fumigene la un coş de fum; o conductă de aer exterior unită cu canalul de evacuare a gazelor fumigene printr-o conductă de scurgere a gazelor fumigene şi o conductă de amestec de aer exterior şi gaze fumigene, care este unit cu un ventilator de refulare; o duză instalată pe conductă, şi un şubăr montat pe conducta de scurgere a gazelor fumigene, totodată duza şi şubărul sunt înzestrate cu nişte mecanisme de execuţie; un preîncălzitor de aer amplasat în conducta de gaze prin convecţie, conectat la ventilatorul de refulare şi unit cu arzătoarele printr-o conductă de amestec încălzit de aer exterior şi gaze fumigene; un traductor de selectare a probelor de gaze de ardere, instalat la intrarea în conducta de gaze prin convecţie şi conectat la un gazoanalizator de determinare a conţinutului de oxigen şi oxid de carbon în gazele de ardere; un bloc electronic de dirijare, care este conectat la gazoanalizator şi la mecanismele de execuţie ale duzei şi şubărului.

În conducta de gaze prin convecţie este instalat un economizor, amplasat în faţa preîncălzitorului de aer în direcţia circulaţiei gazelor de ardere.

Procedeul de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului în instalaţia energetică include selectarea unei părţi de gaze fumigene cu presiune statică mai mare decât presiunea atmosferică dintr-un canal de evacuare a gazelor fumigene şi debitarea acesteia printr-o conductă de scurgere a gazelor fumigene într-o conductă de aer exterior cu presiunea statică a aerului exterior mai mică decât presiunea atmosferică; reglarea debitării aerului exterior şi a gazelor fumigene prin nişte mecanisme de execuţie ale unei duze şi unui şubăr, dirijate de către un bloc electronic de dirijare, astfel încât conţinutul procentual al oxigenului în aerul exterior să fie redus până la un nivel, la care la intrarea într-o conductă de gaze prin convecţie conţinutul de oxigen în gazele de ardere să constituie mai puţin de 1% în lipsa oxidului de carbon; amestecarea ulterioară a gazelor fumigene cu aerul exterior într-o conductă şi într-un ventilator de refulare pentru obţinerea amestecului omogen de aer exterior şi gaze fumigene; încălzirea amestecului obţinut într-un preîncălzitor de aer din contul utilizării căldurii gazelor de ardere; debitarea amestecului încălzit în nişte arzătoare printr-o conductă.

Reducerea conţinutului procentual al oxigenului în aerul exterior prin utilizarea gazelor fumigene permite substituirea părţii de aer exterior excesive, care conţine oxigen, ce nu participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului, cu gazele fumigene, se reduc pierderile de energie termică cu gazele fumigene care se emană şi emanarea în atmosferă a gazelor, care au un impact nociv asupra ecologiei.

Partea de aer exterior excesivă, care participă la procesul de ardere a combustibilului, este necesară ca supliment al părţii, care îi lipseşte părţii de aer exterior necesare din punct de vedere teoretic pentru crearea condiţiilor de viteză şi de turbulenţă corespunzătoare de scurgere a oxigenului din arzătoare, contribuind la procesul complet şi eficient de ardere a combustibilului.

Se ştie că coeficientul surplusului de aer exterior depinde de tipul, proprietăţile şi volumul combustibilului de ardere (Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, pag. 106-109). Astfel, dacă este necesar de a reduce producţia de energie termică în dispozitivul energetic tip, atunci cantitatea de căldură şi partea de aer exterior necesară din punct de vedere teoretic se micşorează, iar partea de aer exterior excesivă se măreşte, pentru a păstra condiţiile de viteză şi de turbulenţă corespunzătoare de scurgere a oxigenului din arzător. Dacă nu se măreşte debitarea părţii de aer exterior excesive, atunci la o anumită viteză de scurgere se produce „pătrunderea flăcării” în arzător, creând o situaţie de avarie, iar mărirea peste măsură a părţii de aer exterior excesive creează o altă situaţie de avarie - „ruperea flăcării” de la arzător (Ионин А. А. Газоснабжение, Стройиздат, Москва, 1975, pag. 310-311).

Pentru arzătoarele, care sunt prevăzute pentru două tipuri de combustibil (gaz, păcură) cu posibilitatea reglării procesului de ardere a combustibilului, este necesar de a regla partea de aer exterior excesivă pentru continuitatea lucrului arzătoarelor.

Oxigenul, care se conţine în partea de aer exterior excesivă, ce nu participă la reacţia chimică de ardere a combustibilului, în zona temperaturilor înalte de 1200…1300°С, care apar la arderea completă a combustibilului în focar, oxidează azotul, producând gaze, ce se emană în atmosferă, şi au un impact nociv asupra ecologiei, iar o parte din aerul exterior excesiv duce la apariţia părţii de gaze fumigene excesive, ceea ce contribuie la pierderea energiei termice şi la sporirea emanărilor în atmosferă a gazelor, care au un impact nociv asupra ecologiei.

Dacă se va micşora partea de aer exterior excesivă, folosită pentru arderea completă a combustibilului în condiţii reale, atunci în gazele de ardere va apărea oxidul de carbon, care, de asemenea, este o emanare nocivă şi atestă lipsa de oxigen în zona de ardere a combustibilului, arderea incompletă a combustibilului şi pierderea acestuia. Se ştie că compoziţia chimică a aerului include 79% azot şi 21% oxigen, adică la crearea condiţiilor de viteză şi de turbulenţă corespunzătoare pentru scurgerea oxigenului din arzător participă 79% azot şi 21% oxigen. Cu toate acestea, prezenţa oxigenului, ca element chimic, nu se cere pentru crearea acestor condiţii şi duce la pierderea energiei termice utile şi la producerea emanărilor nocive. Totodată, azotul deţine principala funcţie de asigurare a condiţiilor de viteză şi de turbulenţă de ardere completă a combustibilului şi, fiind gaz neutru, nu are un impact nociv asupra ecologiei. Prin urmare, pentru crearea condiţiilor fizice corespunzătoare de ardere completă a combustibilului este necesar ca în locul aerului exterior excesiv să se utilizeze azotul, care este o parte din gazele fumigene şi constituie în ele 71%. Utilizarea părţii de gaze fumigene în locul părţii de aer exterior excesive va da posibilitate de a crea condiţii de viteză şi de turbulenţă corespunzătoare pentru scurgerea oxigenului din arzător, ceea ce contribuie la reducerea pierderilor de energie termică şi la reducerea emanărilor în atmosferă a gazelor, care au un impact nociv asupra ecologiei. Reglarea automată a debitării aerului exterior şi a gazelor fumigene prin intermediul unor mecanisme de execuţie al duzei şi al şubărului pe baza probelor de gaze de ardere, luate la începutul conductei de gaze prin convecţie, şi analizei acestora, efectuate prin intermediul gazoanalizatorului, dă posibilitate de a menţine în gazele de ardere conţinutul oxigenului mai puţin de 1% în lipsa oxidului de carbon în toate instalaţiile energetice tipice, care funcţionează având diverse sarcini admisibile şi utilizează diverse tipuri de combustibil, prevăzute de prescripţiile tehnice.

Rezultatul tehnic constă în sporirea eficienţei utilizării gazelor fumigene prin substituirea părţii de aer exterior excesive cu o parte de gaze fumigene, a cărei masă este egală cu masa părţii de aer exterior excesive, ceea ce duce la micşorarea masei de gaze fumigene emanate în atmosferă. Aceasta contribuie la reducerea pierderilor de căldură, sporind eficienţa economică, şi la reducerea emanărilor în atmosferă a masei de gaze fumigene, care au un impact nociv asupra ecologiei.

Invenţia se explică prin figură, care reprezintă schema principială a instalaţiei energetice.

Instalaţia energetică pentru arderea combustibilului conţine un focar 1 cu nişte arzătoare 2 şi o conductă 3 de gaze prin convecţie, conectată printr-un aspirator 4 de fum şi un canal 5 de evacuare a gazelor fumigene la un coş 6 de fum. În conducta 3 de gaze prin convecţie este instalat un economizor 7 şi un preîncălzitor 8 de aer. Conducta 9 de aer exterior cu duza 10 instalată pe ea este unită cu conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene, pe care este montat şubărul 12. Duza 10 şi şubărul 12 sunt înzestrate cu nişte mecanisme de execuţie. Conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene este unită cu canalul 5 de evacuare a gazelor fumigene. Conducta 9 de aer exterior este unită cu preîncălzitorul 8 de aer printr-un ventilator de refulare 13 cu conducta 14 de amestec de aer exterior şi gaze fumigene. Preîncălzitorul 8 de aer este conectat la arzătoare 2 prin intermediul conductei 15 de amestec de aer exterior cu gaze fumigene încălzit.

În conducta 3 de gaze prin convecţie este instalat un traductor 16 de selectare a probelor de gaze de ardere, care este unit cu un gazoanalizator 17, ce determină conţinutul de oxigen şi de oxid de carbon în gazele de ardere. Gazoanalizatorul 17 este conectat la un bloc electronic de dirijare 18, care este conectat la mecanismele de execuţie ale duzei 10 şi şubărului 12 şi funcţionează în regim automat.

Instalaţia energetică pentru arderea combustibilului funcţionează în modul următor.

Se efectuează pregătirea instalaţiei energetice pentru lucru prin verificarea funcţionării elementelor de protecţie, de blocare şi de semnalizare ale instalaţiei. Se conectează aspiratorul 4 de fum şi ventilatorul de refulare 13 şi se ventilează canalul de evacuare a gazelor fumigene şi conducta de aer exterior. Se efectuează proba de control sub presiune a conductelor de debitare a combustibilului. Se organizează controlul nivelurilor superior şi inferior ale apei în tambur şi, fiind conectate aspiratorul de fum şi ventilatorul de refulare, se creează descărcarea necesară în focarul 1. Se efectuează controlul privind infiltraţiile de aer exterior în focarul 1, conform instrucţiunilor în vigoare, şi se debitează combustibilul în arzătoarele 2 pentru încălzirea instalaţiei energetice (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Приказ Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229. Зарегистрировано в Минюсте РФ 20 июня 2003 г. Регистрационный № 4799, pag. 43).

După debitarea, de exemplu, a gazului natural în arzătoarele 2, în ele se produce amestecarea aerului exterior cu combustibilul şi aprinderea combustibilului, care se efectuează cu făclia în focarul 1 al instalaţiei energetice. Gazele de ardere ajung în conducta 3 de gaze prin convecţie, în care acestea cedează energia termică economizorului 7 şi preîncălzitorului de aer 8 până la atingerea temperaturii gazelor fumigene şi, pe baza presiunii, create de aspiratorul 4 de fum, se elimină prin canalul 5 de evacuare a gazelor fumigene în coşul 6 de fum. După încheierea etapei de încălzire a instalaţiei energetice se efectuează conectarea acesteia la reţeaua termică. Pentru aducerea instalaţiei energetice în regim de lucru nominal se măreşte debitarea aerului exterior prin conducta 9 de aer exterior, deschizând puţin duza 10, conform schemei regimului pentru debitarea din punct de vedere teoretic a volumului necesar de aer exterior, care conţine oxigen, necesar pentru arderea completă a combustibilului, conform regimului de lucru nominal al instalaţiei energetice. Aerul exterior ajunge în continuare în conducta 14 de aer, în care, de asemenea, se debitează şi o parte de gaze fumigene prin conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene cu ajutorul şubărului 12 pentru reglarea conţinutului de oxid de carbon şi de oxigen în gazele de ardere. Conţinutul de oxid de carbon şi de oxigen în gazele de ardere se determină cu ajutorul traductorului 16 de selectare a probelor de gaze de ardere şi al gazoanalizatorului 17. Totodată, gazele fumigene, care participă la procesul de ardere a combustibilului, au rolul părţii de aer exterior excesive, creând condiţiile de viteză şi de turbulenţă necesare pentru scurgerea oxigenului din arzătoare 2. Debitarea din punct de vedere teoretic a părţii de aer exterior necesare prin conducta 9 de aer exterior, iar a părţii de gaze fumigene, a cărei masă este egală cu masa părţii de aer exterior excesive, prin conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene în conducta 14 de amestec de aer exterior şi gaze fumigene, reprezintă procesul de substituire a părţii de aer exterior excesive, a cărei masă este egală cu masa părţii de gaze fumigene. Începe procesul de amestecare şi de utilizare a căldurii gazelor fumigene prin schimbul de căldură de acţiune directă cu aerul exterior în conducta 14 de amestec de aer exterior şi gaze fumigene, prin care amestecul obţinut se debitează în ventilatorul de refulare 13, unde procesul de amestecare se intensifică. În continuare amestecul de aer exterior şi gaze fumigene se debitează în preîncălzitorul 8 de aer, în care el se încălzeşte pe baza utilizării căldurii gazelor de ardere prin schimbul de căldură recuperator şi continuă să se amestece. Prin conducta 15 amestecul de aer şi gaz încălzit se debitează spre arzătoarele 2 în regim turbulent pentru formarea concentraţiei de oxigen omogene. Sporirea debitării oxigenului în arzătoarele 2 dă posibilitate de a spori debitarea în ele a combustibilului, a cărui aprindere cu făclia se efectuează în focarul 1 instalaţiei energetice. Din focarul 1 gazele de ardere ajung în conducta 3 de gaze prin convecţie, la începutul căreia se efectuează luarea probelor de gaze de ardere cu traductorul 16. Probele de gaz se transmit în gazoanalizatorul 17 pentru determinarea procentajului de oxigen şi de oxid de carbon în ele. Rezultatele obţinute se transformă de gazoanalizatorul 17 în impulsuri electrice şi se transmit în blocul electronic de dirijare 18 a mecanismelor de execuţie al duzei 10 şi al şubărului 12.

La apariţia în gazele de ardere a oxidului de carbon se măreşte debitarea aerului exterior, deschizând duza 10 pe conducta 9 de aer exterior, şi se micşorează debitarea gazelor fumigene, închizând puţin şubărul 12 pe conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene. În cazul în care oxidul de carbon lipseşte în gazele de ardere şi conţinutul de oxigen în ele este mai mare de 1%, se micşorează debitarea aerului exterior, închizând puţin duza 10 pe conducta 9 de aer exterior, şi se măreşte debitarea gazelor fumigene, deschizând puţin şubărul 12 pe conducta 11 de scurgere a gazelor fumigene.

Raportul dintre aerul exterior şi gazele arse este o mărime variabilă, care depinde de tipul, proprietăţile şi volumul combustibilului de ardere, de aceea este foarte important ca la trecerea instalaţiei energetice la alt tip de combustibil sau la schimbarea regimului de lucru al instalaţiei energetice, care necesită pentru aprindere o cantitate mai mică de combustibil, de a controla şi a regla debitarea de aer exterior. Aerul exterior conţine oxigen, care este oxidant pentru combustibil şi pentru azot. În zona de ardere activă a combustibilului oxigenul şi azotul formează gaze ale oxidului de azot, care se emană în atmosferă şi care au un impact nociv asupra ecologiei (Контролируемый химический недожог - эффективный метод снижения выбросов оксидов азота, Росляков П.В., Ионкин И.Л., Егорова Л.Е., Московский энергетический институт (Технический университет), 2009, pag. 4). Sporirea eficienţei lucrului instalaţiei energetice se realizează pe baza reducerii considerabile a masei părţii de aer exterior excesive, utilizate pentru arderea completă a combustibilului prin substituirea ei cu o parte de gaze fumigene, a cărei masă este egală cu masa părţii de aer exterior excesive. Procesul de substituire trebuie să fie controlat şi reglat pentru a menţine în gazele de ardere conţinutul de oxigen mai mic de 1% şi lipsa oxidului de carbon.

Eficienţa economică şi ecologică a invenţiei propuse se confirmă prin următorul exemplu.

Exemplu de executare concretă a procedeului de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului propus aplicat pentru partea de aer exterior excesivă, care ajunge din punct de vedere teoretic cu partea de aer exterior necesară în arzătoarele 2 şi care se emană în atmosferă împreună cu gazele fumigene. Evidenţa părţii de aer exterior excesive pe baza infiltraţiilor prin canalul de gaze şi aer al instalaţiei energetice nu este inclusă în calculul dat.

Procedeul de lucru al instalaţiei energetice propuse este destinat pentru instalaţia energetică tipică în stare de funcţionare, amplasată la CET - 1, Chişinău, Republica Moldova, care corespunde cerinţelor normative în vigoare (vezi «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», Ordinul Ministerului Energeticii al Federaţiei Ruse din 19 iunie 2003, nr. 229, înregistrat la Ministerul Justiţiei al Federaţiei Ruse la 20 iunie 2003, nr. 4799).

Datele pentru calcularea eficienţei economice şi ecologice a procedeului de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului în instalaţia energetică propusă:

- sarcina nominală a instalaţiei energetice constituie 25 MW;

- randamentul instalaţiei energetice constituie 82,0%;

- tipul de combustibil: gaz natural cu putere calorifică superioară 40,144 MJ/m3;

- numărul de ore lucrate constituie 3648 ore/an;

- temperatura medie anuală a aerului exterior constituie +9,4°С;

- entalpia aerului exterior constituie 24,9 kJ/kg;

- greutatea specifică a aerului exterior constituie 1,25 kg/m3;

- temperatura gazelor fumigene emanate în atmosferă este de +150°С.

Entalpia aerului exterior şi a gazelor fumigene o raportăm la 1 m3 de gaz natural, utilizat pentru arderea combustibilului în instalaţia energetică (Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, pag. 45):

- entalpia gazelor fumigene la temperatura de +150°С constituie 2124,3 kJ/m3;

- entalpia aerului la temperatura de +150°С constituie 1797,5 kJ/m3.

Admitem cantitatea de aer exterior teoretică şi reală necesară pentru arderea completă a combustibilului şi a produselor de ardere a combustibilului (Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, pag. 326-327):

- cantitatea de aer exterior necesară din punct de vedere teoretic V°a = 9,01 m3/m3;

- cantitatea de aer excesivă δVa = 0,451 m3/m3;

- cantitatea de gaze fumigene din punct de vedere teoretic V°g = 10,22 m3/m3;

- cantitatea de aburi de apă excesivă δ = 0,005 m3/m3;

- conţinutul părţii totale de gaze triatomice în gazele fumigene constituie 0,266.

Din datele traductorului pentru luarea probelor de gaze de ardere:

- conţinutul de oxigen în gazele de ardere constituie 3,5%.

Efectuăm calculul volumului de aer exterior excesiv provenind din partea teoretic necesară de aer exterior în arzătoarele 2 şi partea evacuată în atmosferă împreună cu gazele fumigene prin formula:

δVв = V°в × αв, unde αв= ; αв= ; αв= 1,2; volumul aerului exterior excesiv constituie: δVв = V°в × (αв - 1); δVв = 9,01 × (1,2 - 1,0); δVв = 1,8 m3/m3; volumul vaporilor de apă excesiv constituie: δ = 0,02 m3/m3; cantitatea volumetrică specifică de aer exterior excesiv la 1 m3 al gazelor naturale constituie: 2,0 m3/m3 (1,8 + 0,2); cantitatea masică specifică de aer exterior excesiv pentru 1 m3 de gaz natural constituie: 2,5 kg/m3 (2,0 × 1,25).

Se determină pierderile anuale de gaz natural pentru încălzirea aerului exterior excesiv până la temperatura gazelor fumigene emanate în atmosferă şi volumul anual de gaze triatomice emanate în atmosferă:

a) cantitatea totală de gaz natural fumigen într-o oră / într-un an, la instalaţie energetică nominală de 25,0 MW, constituie 2734,0 / 9973632 m3/oră/an [25,0 × 3600 / (0,82 × 40,144)] / [( 2734,0 × 3648)];

b) pierderile specifice de căldură ale dispozitivului energetic pentru încălzirea părţii de gaze de evacuare excesive calculate pentru 1 m3 de gaz natural constituie 3532,2 kJ (1797,5 × 2,0 - 24,9 × 1,25 × 0,455);

c) pierderile de căldură într-o oră pe baza utilizării aerului exterior excesiv ale instalaţiei energetice constituie 9657,0 MJ/h (3532,2 × 2734,0/1000);

d) pierderile de gaz natural într-o oră pe baza utilizării aerului exterior excesiv ale instalaţiei energetice constituie 240,6 m3/h (9657/40,144);

e) pierderile de gaz natural anuale constituie 877708,8 m3/an (240,6 × 3648);

f) volumul de gaze triatomice anual emanate în atmosferă, pe baza arderii gazului natural pentru încălzirea aerului exterior excesiv, care au un impact nociv asupra ecologiei, constituie 1980,0 t/an (10,22 × 0,266 × 0,83 × 877708,8)/1000.

În procedeul de lucru al instalaţiei energetice tipice propuse admitem substituirea părţii de aer exterior excesive, a cărei masă este egală cu masa părţii de gaze fumigene, care menţine în gazele de ardere conţinutul de oxigen de 0,5%, în lipsa oxidului de carbon. Efectuăm calculele excesului de aer exterior din partea teoretic necesară a aerului din exterior la arzătorul 2 şi eliberat în atmosferă împreună cu gazele fumigene: αв= ; αв= 1,024; volumul aerului din exterior excesiv constituie: δVв = 9,01 × (1,024 - 1,0); δVв = 0,22 м3/м3.

Se determină pierderile de gaz natural anuale pentru încălzirea aerului exterior până la temperatura gazelor fumigene emanate în atmosferă şi volumul de gaze triatomice anual emanate în atmosferă, care au un impact nociv asupra ecologiei, ţinând cont de substituirea părţii de aer exterior, a cărei masă este egală cu masa părţii de gaze fumigene:

a) pierderile de căldură specifice ale instalaţiei energetice pentru încălzirea părţii de gaze fumigene excesive calculate pentru 1 m3 de gaz natural constituie 388,6 kJ (1797,5 × 0,22 - 24,9 × 1,25 × 0,22);

b) pierderile de căldură într-o oră pe baza utilizării aerului exterior excesiv ale instalaţiei energetice constituie 1062,4 MJ/h (96,0 × 2734,0/1000);

c) pierderile de gaz natural într-o oră pe baza utilizării aerului exterior excesiv ale instalaţiei energetice constituie 26,54 m3/h (262,5 / 40,144);

d) pierderile de gaz natural anuale constituie 96546,9 m3/an (26,54 × 3648);

e) volumul de gaze triatomice anual emanate în atmosferă pe baza arderii gazului natural pentru încălzirea aerului exterior excesiv, care au un impact nociv asupra ecologiei, constituie 217,9 t/an (10,22 × 0,266 × 0,83 × 96546,9)/1000.

Efectul economic al invenţiei propuse pentru instalaţia energetică tipică cu puterea de 25 MW, care constă în reducerea cantităţii de gaz de ardere natural, constituie: 781161,9 m3/an (877708,8 - 96546,9).

Efectul ecologic constă în reducerea emanărilor de gaze triatomice în atmosferă, care au un impact nociv asupra ecologiei şi constituie 1762,1 t/an (1980,0 - 217,9).

Astfel, invenţia propusă, în comparaţie cu instalaţiile energetice cunoscute, dă posibilitatea de:

a reduce considerabil consumul de combustibil pentru încălzirea aerului exterior excesiv la o valoare a energiei termice, care se conţine în gazele fumigene, substituind aerul exterior;

- a reduce emanările de gaze triatomice în atmosferă, care au un impact nociv asupra ecologiei, asupra valorii masice de gaze fumigene, care substituie aerul exterior excesiv;

- a fi utilizată pentru toate instalaţiile energetice tipice existente şi pentru cele în curs de construire, cu modificări constructive neesenţiale ale canalelor de evacuare de gaze şi aer exterior.

1. Зах Р. Г. Котельные установки, Энергия, Москва, 1968, p. 43, 45-46, 103-106, 326, 327

2. Росляков П.В., Ионкин И.Л., Егорова Л.Е. Контролируемый химический недожог - эффективный метод снижения выбросов оксидов азота, Московский энергетический институт (Технический университет), 2009, p. 4, 6, <http://www.combienergy.ru/nts15.html>

3. SU 987287 A1 1983.01.07

4. SU 846924 A1 1981.07.15

Claims (3)

1. Instalaţie energetică pentru arderea combustibilului, care conţine un focar (1) cu nişte arzătoare (2) şi o conductă (3) de gaze prin convecţie, conectată printr-un aspirator (4) de fum şi un canal (5) de evacuare a gazelor fumigene la un coş (6) de fum; o conductă (9) de aer exterior unită cu canalul (5) de evacuare a gazelor fumigene printr-o conductă (11) de scurgere a gazelor fumigene şi o conductă (14) de amestec de aer exterior şi gaze fumigene, care este unit cu un ventilator de refulare (13); o duză (10) instalată pe conducta (9), şi un şubăr (12) montat pe conducta (11) de scurgere a gazelor fumigene, totodată duza (10) şi şubărul (12) sunt înzestrate cu nişte mecanisme de execuţie; un preîncălzitor (8) de aer amplasat în conducta (3) de gaze prin convecţie, conectat la ventilatorul de refulare (13) şi unit cu arzătoarele (2) printr-o conductă (15) de amestec încălzit de aer exterior şi gaze fumigene; un traductor (16) de selectare a probelor de gaze de ardere, instalat la intrarea în conducta (3) de gaze prin convecţie şi conectat la un gazoanalizator (17) de determinare a conţinutului de oxigen şi oxid de carbon în gazele de ardere; un bloc electronic de dirijare (18), care este conectat la gazoanalizator (17) şi la mecanismele de execuţie ale duzei (10) şi şubărului (12).

2. Instalaţie energetică, conform revendicării 1, în care în conducta (3) de gaze prin convecţie este instalat un economizor (7), amplasat în faţa preîncălzitorului (8) de aer în direcţia circulaţiei gazelor de ardere.

3. Procedeu de utilizare a gazelor fumigene pentru arderea combustibilului într-o instalaţie energetică, definită în revendicarea 1, care include selectarea unei părţi de gaze fumigene cu presiune statică mai mare decât presiunea atmosferică dintr-un canal (5) de evacuare a gazelor fumigene şi debitarea acesteia printr-o conductă (11) de scurgere a gazelor fumigene într-o conductă (9) de aer exterior cu presiunea statică a aerului exterior mai mică decât presiunea atmosferică; reglarea debitării aerului exterior şi a gazelor fumigene prin nişte mecanisme de execuţie ale unei duze (10) şi unui şubăr (12), dirijate de către un bloc electronic de dirijare (18), astfel încât conţinutul procentual al oxigenului în aerul exterior să fie redus până la un nivel, la care la intrarea într-o conductă (3) de gaze prin convecţie conţinutul de oxigen în gazele de ardere să constituie mai puţin de 1% în lipsa oxidului de carbon; amestecarea ulterioară a gazelor fumigene cu aerul exterior într-o conductă (14) şi într-un ventilator de refulare (13) pentru obţinerea amestecului omogen de aer exterior şi gaze fumigene; încălzirea amestecului obţinut într-un preîncălzitor (8) de aer din contul utilizării căldurii gazelor de ardere; debitarea amestecului încălzit în nişte arzătoare (2) printr-o conductă (15).