В настоящее время для отопления и вентиляции производственных помещений различного назначения, создания воздушных занавес, сушки материалов, для отопления и вентиляции сельскохозяйственных, животноводческих, птицеводческих помещений и теплиц широко используются теплогенераторы стационарного горения ТГГ-250 с тепловой мощностью 250 кВт. Теплогенератор ТГГ-250 (ТГГ-250-01, ТГГ-250-02) представляет собой агрегат для конвективного нагрева отопительного воздуха продуктами сгорания природного газа и подачи нагретого воздуха на технологические нужды.
В состав теплогенератора ТГГ (рисунок 1) входят нагреватель, газовая горелка, оборудование регулировки и контроля подачи газа, дымоход (дымовая труба), вентилятор горелки, подающий вентилятор, предохранительный клапан, система контроля процесса горения на базе фотодатчика.
Рисунок 1 – Теплогенератор ТГГ
К особенностям данного теплогенератора можно отнести значительные габариты, сложность конструкции, в которую входит большое количество дорогостоящего оборудования. Это приводит к большим затратам на комплектующие, изготовление и монтаж. ТГГ-250 рассчитан на тепловую мощность не мене 250 кВт, при этом расход природного газа составляет 28 – 32 м3/ч. Электрическая мощность теплогенератора ТГГ-250 составляет 7 кВт. Высокие затраты электрической мощности обусловлены использованием габаритных и мощных вентиляторов для подачи воздуха в горелку и теплоносителя в обогреваемое помещение или в технологический процесс.
Доступной альтернативой традиционным теплогенераторам стационарного горения могут служить эжекционные теплогенераторы пульсирующего горения (ТГПГ) [1]. ТГПГ включает аппарат пульсирующего горения, установленный внутри эжектирующего кожуха (рисунок 2).
Рисунок 2 – Теплогенератор ТГТГ-250
Высокоскоростное истечение продуктов сгорания из резонансной трубы аппарата пульсирующего обеспечивает эжекционный эффект в профилированном кожухе и подсос окружающего воздуха. В результате смешения продуктов сгорания с воздухом в горловине эжектора образуется теплоноситель с заданными расходными и температурными параметрами. Такие теплогенераторы имеют несомненные преимущества перед агрегатами стационарного сжигания. Во-первых, это меньшие габариты и простота конструкции, а во-вторых, низкая эмиссия угарного газа и окислов азота. Содержание CO и NOx в газообразном теплоносителе на выходе из теплогенератора ниже значений предельно допускаемой концентрации в воздухе рабочей зоны [2, 3], и теплоноситель можно непосредственно использовать для нужд отопления и других технологических процессов.
Интенсификация процессов сжигания органического топлива в аппарате пульсирующего горения за счет акустического резонанса способствует снижению расхода топлива, а следовательно приводит к меньшим затратам при эксплуатации. А из-за того, что аппарат пульсирующего горения полностью снабжает себя воздухом, необходимым для горения, и принудительная подача воздуха необходима только на этапе запуска (2 – 5 с) от маломощного вентилятора, получается существенная экономия электроэнергии. Кроме этого ТГПГ обладает высоким тепловым коэффициентом полезного действия, достигающим 95%, т.к. практически вся теплотворная способность топлива преобразуется в тепло целевого теплоносителя, в то время как в теплогенераторах стационарного горения значительная его часть уходит с продуктами сгорания через дымовую трубу.
Обобщенные сравнительные характеристики теплогенераторов стационарного и пульсирующего горения представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительная характеристика аналогичных по тепловой мощности теплогенераторов
|
Параметр сравнения |
Традиционные теплогенераторы типа ТГГ |
Эжекционный теплогенератор пульсирующего горения ТГПГ |
|
|
Теплогенератор с рекуперативным обогревом |
Теплогенератор прямого нагрева |
||
| Наличие горелочного узла (до 30% стоимости) |
да
|
нет (объемное горение) |
|
| Методы обеспечения качественного сжигания |
тонкая регулировка горелочного узла, система автоматики, каталитическое дожигание и др. |
не требуются (полное сжигание обеспечивается спецификой горения) |
|
| Наличие вентилятора для выдачи теплоносителя потребителю и обеспечения заданной температуры |
да |
нет (используется эффект эжекции) |
|
| Наличие вентилятора для образования топливной смеси |
да |
только при запуске |
|
| Необходимость автоматического контроля предельных концентраций вредных примесей в теплоносителе |
да |
нет |
|
| Наличие дымовой трубы |
да |
нет |
нет |
| Уровень звука |
в зависимости от тепловой мощности, ародинамической обстановки в горелочном узле и шума вентиляторов |
высокий |
|
Как видно ТГПГ имеет единственный недостаток по сравнению с агрегатами стационарного горения – это высокий уровень звука, генерируемый при работе. Эта проблема в производственных условиях предприятий может быть решена установкой теплогенератора пульсирующего горения вне цеха или помещения (наружная установка под навесом), так, чтобы только генерируемый теплоноситель поступал в вентиляционный проем.
Технико-экономическое сравнение теплогенератора пульсирующего горения и аналогичного с ним по тепловой мощности теплогенератора со стационарным режимом сжигания топлива показывает, что себестоимость снижается на 55%, а эксплуатационные затраты – по электроэнергии на 99%, по топливу (природный газ) на 5%.
В соответствии рекомендациями [4] предложен детальный финансовый план реализации проекта производства теплогенераторов пульсирующего горения на базе АО «ЗАВКОМ» (г. Тамбов). Данное предприятие имеет опыт разработки и производства теплогенерирующего оборудования, в частности, теплогенраторов ТГГ-250, как для собственных нужд, так и для поставки. Расчеты показали, что при реализации двух теплогенераторов пульсирующего горения в год (горизонт расчета 3 года) индекс доходности инвестиций составит 2,9, а срок окупаемости проекта – около одного года.
Библиографический список
- Ткачев А.Г. Внедрение техники пульсирующего горения в системах отопления и вентиляции / А.Г. Ткачев, А.А. Баранов, А.А. Пасько // Международная научная конференция: Энерго-ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства. Сборник трудов. Т 2. Тезисы докладов. Иваново. 2004, С. 85.
- Баранов А.А Теплотехническое сопровождение технологических процессов с использованием пульсирующего горения / А.А. Баранов, В.И. Быченок, А.А. Коптев // Теплофизические измерения в начале ХХI века: Тезисы докладов Четвертой Международной Теплофизической школы (24-28 сентября2001 г.). – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. 2001. Ч1. С. 77 –78.
- Северянин В.С. Об эмиссии окислов азота при пульсирующем горении / В.С. Северянин, М.Г. Горбачева – В кн.: Научные и прикладные проблемы энергетики. – Минск: Высшая школа, 1982, № 9, с. 122 – 127.
- Попов А.И. Бизнес-план инновационного проекта: метод. разраб. / А.И. Попов. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. – 15 с.