Одной из приоритетных задач государственной политики России в области энергетики является энергосбережение. Объяснить это можно периодическим увеличением стоимости топливно-энергетических ресурсов, а также неэффективным их расходованием. Удельный показатель потребления тепловой энергии на системы теплоснабжения здания (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха) в расчете на 1 м2 отапливаемой площади за отопительный период в 2,9…4,3 раза превышает аналогичный показатель в странах со схожим климатом (Швеция, Финляндия) [1].
Очевидно, что эффективность использования энергоресурсов на нужды теплоснабжения зданий является низкой и требует уменьшения потребления тепловой энергии. Решение этой задачи возможно путем разработки и внедрения энергосберегающих технологий и оборудования.
Для снижения энергозатрат на подготовку к использованию мазута в качестве жидкого топлива в котельных агрегатах требуется создание определенного давления и температуры его перед форсунками.
Подогрев мазута осуществляется разными способами: переносными змеевиками-подогревателями, путем размыва мазута горячими струями топлива (циркуляционный нагрев) и открытым паром [2].
Все эти способы обеспечиваются стационарным режимом течения теплоносителя в системе топливоснабжения, который достигается за счет установки в схему регулятора давления, позволяющего поддерживать постоянный расход при различном давлении.
Повышение эффективности работы топливного оборудования можно достичь за счет использования избыточного располагаемого давления жидкого топлива в системе топливоснабжения путем создания дополнительного контура с импульсной циркуляцией теплоносителя. Преобразование стационарного режима течения теплоносителя в импульсное движение можно осуществить установкой ударного узла. Импульсный режим течения теплоносителя в системе характеризуется короткими периодами переходных процессов – временем изменения расхода от минимального значения до максимального и обратно [3].
Для улучшения качества распыла мазута требуется увеличивать давление в мазутопроводе. Одним из путей решения этой задачи является установка пульсирующего множителя давления жидкого топлива в схему питания котла.
Для реализации этой возможности, направленной на повышение эффективности работы предлагаемой системы топливоиспользования, необходимо провести исследования с использованием математического моделирования [4].
В процессе построения математической модели с использованием структурной и информационной базы получены обоснования нормативных значений, на основе которых определяются фактические результаты.
Для подтверждения теоретических предпосылок разработана экспериментальная установка (рис. 1) и схема контура с импульсной циркуляцией теплоносителя для повышения давления в мазутопроводе (рис. 2).
1 – водогрейный котёл; 2, 3 – циркуляционный насос; 4 – ударный узел;
5 – мембранный нагнетатель; 6 – мазутопровод; 7 – горелка; 8 – обратный клапан;
9 – топливный насос; Т1 – подающий трубопровод; Т2 – обратный трубопровод
Рис. 1 – Общая схема экспериментальной установки
Одним из основных элементов лабораторной установки является ударный узел, предназначен для создания импульсного режима движения теплоносителя и мембранный нагнетатель, обеспечивающий сжатие гидравлической среды с помощью мембраны для создания дополнительного давление в камере.
В котел теплоноситель подается при помощи сетевого насос 3 по трубопроводу Т2, на котором установлен регулирующий клапан. На байпасе регулирующего клапана установлен ударный узел 4. К входному трубопроводу ударного узла установлен гидравлический мембранный насос 5. Со стороны перекачиваемой среды мембранный насос 5 подключен к мазутопроводу.
1 – ударный узел; 2 – мембранный нагнетатель;
3 – циркуляционный насос; 4 – датчик давления
Рис. 2 – Схема контура с импульсной циркуляцией теплоносителя
По обратному трубопроводу Т2 теплоноситель подается к регулирующему клапану, и поступает в ударный узел 4 где возникает гидроудар, в процессе которого образуется импульс и создается избыточное давление. Из-за избыточного давления теплоноситель поступает в направление мембранного нагнетателя 5. По трубопроводу теплоноситель подается в первую камеру мембранного нагнетателя 5, где из-за импульсного режима течения теплоносителя избыточное давление сжимает мембрану в направлении второй камеры нагнетателя 5.
На корпусе второй камеры установлены два обратных клапана 8. Под влиянием избыточного давления, мембрана во второй камере мембранного нагнетателя 5 сжимает мазут, где он, в свою очередь, проходя через обратный клапан 8, поступает через выходной обратный клапан в магистраль мазутопровода 6, где мазут, проходя через топливный насос 9, подается на мазутную горелку 7. За счет этого повышается давление мазута в мазутопроводе 6 перед топливным насосом 9.
Результаты проведенного эксперимента при стационарном и импульсном режиме течения теплоносителя представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты экспериментальных исследований
|
Импульсный режим |
||||||
|
Параметры |
|
|||||
|
Р, атм. |
1,5 |
2,7 |
4 |
4,5 |
5 |
5,5 |
|
f, Гц |
0,8 |
1,4 |
2,5 |
2,8 |
3,3 |
3,7 |
|
G1, л/мин |
1,2 |
2,4 |
3,4 |
4,2 |
5 |
5,5 |
|
Стационарный режим |
||||||
|
Параметры |
|
|||||
|
Р, атм. |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
|
G2, л/мин |
1,1 |
2,3 |
3,2 |
4 |
4,8 |
5,2 |
По результатам экспериментальных исследований были получены зависимости расхода мазута от давления в мазутопроводе при различных режимах движения теплоносителя (рис. 3 и 4).
Рис. 3 – Зависимость расхода мазута от давления в мазутопроводе при стационарном режиме движения теплоносителя
Рис. 4 – Зависимость расхода мазута от давления в мазутопроводе при использовании импульсного умножителя давления жидкого топлива
Анализируя зависимости расхода в мазутопроводе от его давления можно сделать вывод, что использование импульсного режима течения теплоносителя для привода пульсирующего умножителя позволило увеличить давление в мазутопроводе на 30…35%, что в свою очередь снижает энергозатраты на привод топливного насоса, а также улучшает процесс горения мазута за счет лучшего распыления.
В результате исследования и моделирования импульсной циркуляции теплоносителя установлено, что оптимальное приращение давления к расходу наблюдается при частоте колебаний мембраны 3,7 Гц.
Проведенные лабораторные исследования по совершенствованию системы топливоподачи жидкого топлива (мазута) за счет создания импульсного режима движения теплоносителя позволит повысить эффективность работы и срок службы используемого топливного оборудования, снизить энергозатраты связанные с производством тепловой энергии, снизить удельный расход топлива источника теплоты.
Литература
- Панферов В.И., Анисимова Е.Ю., Панферов С.В. Эффективные энергосберегающие решения при теплоснабжении зданий // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: «Строительство и архитектура». 2015. Т. 15, №4, С. 40 – 48.
- Геллер З.И. Мазут как топливо / З.И. Геллер – М.: Недра, 1965. – 496 с.
- Левцев А.П. Импульсные системы тепло- и водоснабжения: монография / А.П. Левцев, А.Н. Макеев: под общ. ред. д-ра техн. наук проф. А.П. Левцева. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. – 172 с.
- Кутателадзе С.С. Моделирование теплоэнергетического оборудования / С.С. Кутателадзе, Д.Н. Ляховский, В.А. Пермяков – М.: Энергия, 1966. – 351 с.
Literatyra
- Panferov V.I., Anisimova E.Ju., Panferov S.V. Jeffektivnye jenergosberegajushhie reshenija pri teplosnabzhenii zdanij // Vestnik Juzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: «Stroitel’stvo i arhitektura». 2015. T. 15, №4, S. 40 – 48.
- Geller Z.I. Mazut kak toplivo / Z.I. Geller – M.: Nedra, 1965 – 496 s.
- Levcev A.P. Impul’snye sistemy teplo- i vodosnabzhenija: monografija / A.P. Levcev, A.N. Makeev: pod obshh. red. d-ra tehn. nauk prof. A.P. Levceva. – Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2015. – 172 s.
- Kutateladze S.S. Modelirovanie teplojenergeticheskogo oborudovanija / S.S. Kutateladze, D.N. Ljahovskij, V.A. Permjakov – M.: Jenergija, 1966.
