6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Использование теплоты дымовых газов для нагрева рассола

Метод глубокой утилизации тепла дымовых газов

В настоящее время температуру уходящих дымовых газов за котлом принимают не ниже 120-130°С по двум причинам: для исключения конденсации водяных паров на боровах, газоходах и дымовых трубах и для увеличения естественной тяги, снижающей напор дымососа. При этом теплоту уходящих газов и скрытую теплоту парообразования водяных паров можно полезно использовать. Использование теплоты уходящих дымовых газов и скрытой теплоты парообразования водяных паров называется методом глубокой утилизации теплоты дымовых газов. В настоящее время существуют различные технологии реализации данного метода, апробированные в Российской Федерации и нашедшие массовое применение за рубежом. Метод глубокой утилизации теплоты дымовых газов позволяет увеличить КПД топливопотребляющей установки на 2-3%, что соответствует снижению расхода топлива на 4-5 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла. При внедрении данного метода, существуют технические сложности и ограничения связанные в основном со сложностью расчета процесса тепломассобмена при глубокой утилизации тепла уходящих дымовых газов и необходимостью автоматизации процесса, однако эти сложности решаемы при современном уровне технологий.

Для повсеместного внедрения данного метода необходима разработка методических указаний по расчету и установке систем глубокой утилизации тепла дымовых газов и принятие правовых актов запрещающих ввод в эксплуатацию топливоиспользующих установок на природном газе без применения глубокой утилизации тепла дымовых газов.

1. Формулировка проблемы по рассматриваемому методу (технологии) повышения энергоэффективности; прогноз перерасхода энергоресурсов, или описание других возможных последствий в масштабах страны при сохранении существующего положения

В настоящее время температуру уходящих дымовых газов за котлом принимают не ниже 120-130°С по двум причинам: для исключения конденсации водяных паров на боровах, газоходах и дымовых трубах и для увеличения естественной тяги, снижающей напор дымососа. При этом температура уходящих дымовых газов непосредственно влияет на значение q2 — потери тепла с уходящими газами, одной из основных составляющих теплового баланса котла. Например снижение температуры уходящих дымовых газов на 40°С при работе котла на природном газе и коэффициенте избытка воздуха 1,2 повышает КПД котла брутто на 1,9%. При этом не учитывается скрытая теплота парообразования продуктов сгорания. На сегодняшний день подавляющее большинство водогрейных и паровых котельных агрегатов в нашей стране, сжигающих природный газ, не оснащены установками, использующими скрытую теплоту парообразования водяных паров. Это тепло теряется вместе с уходящими газами.

2. Наличие методов, способов, технологий и т.п. для решения обозначенной проблемы

В настоящее время применяются методы глубокой утилизации тепла уходящих газов (ВЭР) путем использования рекуперативных, смесительных, комбинированных аппаратов, работающих при различных приемах использования теплоты, содержащейся в уходящих газах. При этом данные технологии используются на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов за рубежом, сжигающих природный газ и биомассу.

3. Краткое описание предлагаемого метода, его новизна и информированность o нём, наличие программ развития; результат при массовом внедрении в масштабах страны

Наиболее часто используемый метод глубокой утилизации тепла дымовых газов заключается в том, что продукты сгорания природного газа после котла (либо после водяного экономайзера) с температурой 130-150°С разделяются на два потока. Приблизительно 70-80% газов направляются по главному газоходу и поступают в конденсационный теплоутилизатор поверхностного типа, остальная часть газов направляется в байпасный газоход. В теплоутилизаторе продукты сгорания охлаждаются до 40-50°С, при этом происходит конденсация части водяных паров, что позволяет полезно использовать как физическую теплоту дымовых газов, так и скрытую теплоту конденсации части содержащихся в них водяных паров. Охлажденные продукты сгорания после каплеотделителя смешиваются с проходящими по байпасному газоходу неохлажденными продуктами сгорания и при температуре 65-70°С отводятся дымососом через дымовую трубу в атмосферу. В качестве нагреваемой среды в теплоутилизторе может использоваться исходная вода для нужд химводоподготовки или воздух, поступающий затем на горение. Для интенсификации теплообмена в теплоутилизаторе возможна подача выпара атмосферного деаэратора в основной газоход. Необходимо также отметить возможность использования сконденсировавшихся обессоленных водяных паров в качестве исходной воды. Результатом внедрения данного метода, является повышение КПД котла брутто на 2-3%, с учетом использования скрытой теплоты парообразования водяных паров.

4. Прогноз эффективности метода в перспективе c учётом:
— роста цен на энергоресурсы;
— роста благосостояния населения;
— введением новых экологических требований;
— других факторов.

Данный метод повышает эффективность сжигания природного газа и снижает выбросы оксидов азота в атмосферу за счет их растворения в конденсирующихся водяных парах.

5. Перечень групп абонентов и объектов, где возможно применение данной технологии c максимальной эффективностью; необходимость проведения дополнительных исследований для расширения перечня

Данный метод, возможно, использовать в паровых и водогрейных котельных использующих в качестве топлива природный и сжиженный газ, биотопливо. Для расширения перечня объектов, на которых возможно использование данного метода необходимо провести исследования процессов тепломассообмена продуктов сгорания мазута, легкого дизтоплива и различных марок углей.

6. Обозначить причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе; наметить план действий, для снятия существующих барьеров

Массовое применение данного метода в Российской Федерации не производится как правило по трем причинам:

  • Недостаточная информированность о методе;
  • Наличие технических ограничений и сложностей при внедрении метода;
  • Отсутствие финансирования.

7. Наличие технических и других ограничений применения метода на различных объектах; при отсутствии сведений по возможным ограничениям необходимо их определить проведением испытаний

К техническим ограничениям и сложностям при внедрении метода можно отнести:

  • Сложность расчета процесса утилизации влажных газов, так как процесс теплообмена сопровождается процессами массобмена;
  • Необходимость поддержания заданных значений температуры и влажности уходящих дымовых газов, во избежание конденсации паров в газоходах и дымовой трубе;
  • Необходимость избегать обмерзания поверхностей теплообмена при нагревании холодных газов;
  • При этом необходимо проведение испытаний газоходов и дымовых труб обработанных современными антикоррозионными покрытиями на предмет возможности снижения ограничений по температуре и влажности уходящих после теплоутилизационной установки дымовых газов.

8. Необходимость проведения НИОКР и дополнительных испытаний; темы и цели работ

Необходимость проведения НИОКР и дополнительных испытаний приведена в пунктах 5 и 7.

9. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемого метода и необходимость их совершенствования

Существующие меры поощрения и принуждения внедрения данного метода отсутствуют. Стимулировать внедрение данного метода может заинтересованность в снижении потребления топлива и выбросов оксидов азота в атмосферу.

10. Необходимость разработки новых или изменения существующих законов и нормативно-правовых актов

Необходима разработка методических указаний по расчету и установке систем глубокой утилизации тепла дымовых газов. Возможно, необходимо принятие правовых актов запрещающих ввод в эксплуатацию топливоиспользующих установок на природном газе без применения глубокой утилизации тепла дымовых газов.

11. Наличие постановлений, правил, инструкций, нормативов, требований, запретительных мер и других документов, регламентирующих применение данного метода и обязательных для исполнения; необходимость внесения в них изменений или необходимость изменения самих принципов формирования этих документов; наличие ранее существовавших нормативных документов, регламентов и потребность в их восстановлении

Вопросы применения данного метода в существующей нормативно-правовой базе отсутствуют.

12. Наличие внедрённых пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учётом накопленного опыта

Данные о масштабном внедрении в Российской Федерации данного метода отсутствуют, есть опыт внедрения на ТЭЦ РАО ЕЭС и как было указано выше, накоплен большой опыт по глубокой утилизации дымовых газов за рубежом. Всероссийским теплотехническим институтом выполнены конструкторские проработки установок глубокой утилизации тепла продуктов сгорания для водогрейных котлов ПТВМ(КВГМ). Недостатки данного метода и предложения по совершенствованию приведены в пункте 7.

13. Возможность влияния на другие процессы при массовом внедрении данной технологии (изменение экологической обстановки, возможное влияние на здоровье людей, повышение надёжности энергоснабжения, изменение суточных или сезонных графиков загрузки энергетического оборудования, изменение экономических показателей выработки и передачи энергии и т.п.)

Массовое внедрение данного метода позволит снизить расход топлива на 4-5 кг у.т. на одну Гкал выработанного тепла и повлияет на экологическую обстановку путем снижение выбросов оксидов азота.

14. Наличие и достаточность производственных мощностей в России и других странах для массового внедрения метода

Профильные производственные мощности в Российской Федерации в состоянии обеспечить внедрение данного метода, но не в моноблочном исполнении, при использовании зарубежных технологий возможно моноблочное исполнение.

15. Необходимость специальной подготовки квалифицированных кадров для эксплуатации внедряемой технологии и развития производства

Для внедрения данного метода необходима существующая профильная подготовка специалистов. Возможна организация специализированных семинаров по вопросам внедрения данного метода.

16. Предполагаемые способы внедрения:
1) коммерческое финансирование (при окупаемости затрат);
2) конкурс на осуществление инвестиционных проектов, разработанных в результате выполнения работ по энергетическому планированию развития региона, города, поселения;
3) бюджетное финансирование для эффективных энергосберегающих проектов с большими сроками окупаемости;
4) введение запретов и обязательных требований по применению, надзор за их соблюдением;
5) другие предложения
.

Предполагаемыми методами внедрения являются:

  • бюджетное финансирование;
  • привлечение инвестиций (срок окупаемости 5-7 лет);
  • введение требований к вводу в эксплуатацию новых топливопотребляющих установок.

Здесь мы можем разместить контактную информацию о Вашей компании и ссылку на Ваш сайт
Как разместить контактную информацию

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог».
Скачать опросник

Основной рубрикатор

Экономия тепловой энергии

Экономия электрической энергии

Энергетические обследования (энергоаудит), составление энергетических паспортов

Установка утилизации тепла дымовых газов

Н. Ф. Свиридов, Р. Н. Свиридов, Брянские тепловые сети,

И. Н. Ивуков, Б. Л. Терк, ООО «ВКТИстройдормаш-Проект»

Брянские тепловые сети совместно с проектным институтом ООО «ВКТИстройдормаш-Проект» разработали, изготовили и внедрили в двух котельных г. Брянска установки утилизации тепла дымовых газов (УУТГ), отходящих от водогрейных котлов.

В результате указанного внедрения получено следующее:

— дополнительные капитальные вложения на 1 Гкал/ч получаемого тепла более чем в 2 раза ниже в сравнении, если бы строилась новая котельная, и окупаются приблизительно за 0,6 года;

— ввиду того, что используемое оборудование чрезвычайно простое в обслуживании и используется бесплатный теплоноситель, т. е. дымовой газ (ДГ), ранее выбрасывавшийся в атмосферу, стоимость 1 Гкал тепла оказывается в 8–10 раз ниже стоимости тепла, вырабатываемого котельными;

— коэффициент полезного действия котлов повышен на 10%.

Так, все затраты в ценах марта 2002 года на внедрение первой УУТГ мощностью 1 Гкал тепла в час составили 830 тыс. руб., а ожидаемая экономия в год составит 1,5 млн руб.

Такие высокие технико-экономические показатели объяснимы.

Существует мнение, что коэффициент полезного действия лучших отечественных котлов тепловой мощностью от 0,5 МВт и выше достигает 93%. В действительности он не превышает 83% и вот почему.

Различают низшую и высшую теплоту сгорания топлива. Низшая теплота сгорания меньше высшей на то количество тепла, которое затрачивается на испарение воды, образующейся при сгорании топлива, а также влаги, содержащейся в нем. Пример для наиболее дешевого топлива – природного газа: в ДГ, образуемых при его сжигании, содержатся пары воды, занимающие в их объеме до 19%; высшая теплота его сгорания превышает низшую ориентировочно на 10%.

Для повышения работоспособности дымовых труб, через которые ДГ выбрасываются в атмосферу, необходимо, чтобы пары воды, находящиеся в ДГ, не начали конденсироваться в дымовых трубах при самых низких температурах окружающей среды.

В результате принято выбрасывать в атмосферу ДГ вместе с парами воды при температуре выше 100°С, а теплоту парообразования, т. к. она не используется в теплообменных процессах, считать паразитной. Поэтому длительное время для упрощения тепловых расчетов всевозможных термических печей, в том числе водяных и паровых котлов, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.

Читать еще:  Гадать полюбит ли он меня

Проектами УУТГ реанимированы и улучшены давно забытые технические решения, направленные на утилизацию тепла ДГ.

УУТГ содержит контактный и пластинчатый теплообменники с двумя самостоятельными контурами оборотной и расходной воды.

Устройство и работа УУТГ ясны из приведенной на рисунке схемы и описания ее позиций.

В контактном теплообменнике в вертикальном противотоке движутся ДГ и распыленная оборотная вода, т. е. ДГ и вода напрямую контактируют друг с другом. Для поддержания равномерного распыления оборотной воды используются форсунки и специальная керамическая насадка.

Нагретая оборотная вода, перекачиваемая в своем водном контуре самостоятельным насосом, отдает тепло, приобретенное в контактном теплообменнике, расходной воде в пластинчатом теплообменнике.

Для требуемого охлаждения оборотной воды должна быть использована только холодная водопроводная вода, которая после нагрева в УУТГ доводится до кондиционной температуры в бойлерах существующих котельных и используется далее для горячего водоснабжения жилья.

В контактном теплообменнике охлажденные ДГ дополнительно проходят каплеуловитель и, потеряв в итоге более 70% влаги в виде конденсата паров воды, соединяются с частью горячих ДГ (10–20% от объема ДГ, отходящих от котла), направленных сразу от котла в дымовую трубу, образуя при этом смесь ДГ с низким влагосодержанием и с температурой, достаточной для прохождения дымовой трубы без конденсации остатка паров воды.

Объем оборотной воды непрерывно увеличивается за счет конденсата паров воды, находившихся в ДГ. Образуемый излишек автоматически сливается через вентиль с электромеханическим приводом и может с подготовкой использоваться в качестве дополнительной воды в отопительной системе котельной. Удельный расход сливаемой воды на 1 Гкал утилизированного тепла составляет около 1,2 т. Слив конденсата контролируется уровнемерами В и Н.

Описанный способ и оборудование утилизации тепла ДГ способны работать с чистыми от пыли продуктами сжигания топлива, имеющими не ограниченную по максимуму температуру. При этом чем выше будет температура дымового газа, тем до более высокой температуры будет нагреваться расходная вода. Более того, в этом случае есть возможность оборотную воду частично использовать на нагрев отопительной воды. Учитывая то, что контактный теплообменник одновременно работает как мокрый уловитель пыли, можно практически утилизировать тепло запыленных ДГ, очищая оборотную воду известными способами от пыли перед подачей ее в пластинчатый теплообменник. Есть возможность нейтрализовать оборотную воду, загрязненную химическими соединениями. Поэтому описанную УУТГ можно использовать для работы с ДГ, участвовавшими в технологических процессах при плавке (например, мартеновские, стекловаренные печи), при прокалке (например, кирпича, керамики), при нагреве (слитков перед прокаткой) и т. д.

К сожалению, в России отсутствуют стимулы, побуждающие заниматься энергосбережением.

Схема установки утилизации тепла дымовых газов (УУТГ)

1 — контактный теплообменник;

2 — вентиль с электромеханическим приводом для автоматического слива излишка оборотной воды, образуемого при конденсации паров воды ДГ;

3 — бак накопительный для оборотной воды, нагретой утилизированным теплом ДГ;

4 — ДГ, отходящие от котла;

5 — часть ДГ, направляемая на утилизацию их тепла;

6 — труба дымовая;

7 — часть ДГ, продолжающая движение по существующему борову в дымовую трубу (6);

8 — задвижка, регулирующая расход части ДГ (5);

9 — задвижка, регулирующая расход части ДГ (7);

10 — охлажденная и осушенная часть ДГ, вышедшего из контактного теплообменника (1);

11 — смесь ДГ (7 и 10), имеющая перепад температур ДГ и его точки росы, равный 15–20°С;

12 — распылитель оборотной воды;

13 — насадка специальная с развитой поверхностью;

14 — декарбонизатор, в котором за счет продувки воздуха через оборотную воду из нее удаляется ранее растворенная двуокись углерода;

15 — продувочный воздух;

17 — система подачи холодной воды;

18 — оборотная вода, нагретая утилизированным теплом;

19 — насос для перекачки оборотной воды;

20 — пластинчатый теплообменник для передачи утилизированного тепла от оборотной воды расходной воде;

21 — охлажденная оборотная вода, направляемая в распылитель (12) и на слив ее излишка через вентиль с электромеханическим приводом (2);

22 — расходная вода, нагретая утилизированным теплом ДГ.

В и Н – датчики верхнего и нижнего уровней оборотной воды в баке накопительном (3);

Использование теплоты дымовых газов для нагрева рассола

В КУ теплота дымовых газов используется для получения водяного пара. КПД печи повышается на 10-15%, но расход топлива не снижается (просто помимо подогрева сырья дополнительно вырабатывается некоторое количество пара).

КУ могут выполняться встроенными в конвекционную камеру печи или выносными. Достоинствами встроенных змеевиковых котлов являются простота конструкции отводящих газоходов, уменьшение площади застройки, возможность исключить установку дымососов. Однако вследствие низкой скорости дымовых газов коэффициент теплопередачи оказывается довольно низким, что требует применения большей поверхности теплообмена для съема одинакового количества теплоты, чем у выносного котла-утилизатора.

Выносные котлы утилизаторы делятся на два типа:

котлы газотрубного типа;

котлы пакетно-конвективного типа.

Выбор требуемого типа осуществляется в зависимости от требуемого давления получаемого пара. Первые используют при выработке пара относительно низкого давления – 14-16 атм., вторые – для выработки пара давлением до 40 атм. (однако они рассчитаны на начальную температуру дымовых газов около 850°С).

Давление вырабатываемого пара необходимо выбирать с учетом того, потребляется ли весь пар на самой установке или же имеется избыток, который необходимо выводить в общезаводскую сеть. В последнем случае давление пара в барабане котла необходимо принимать в соответствии с давлением пара в общезаводской сети с тем, чтобы выводить избыток пара в сеть и избегать неэкономичного дросселирования при выводе его в сеть низкого давления.

КУ газотрубного типа конструктивно напоминают теплообменники «труба в трубе». Дымовые газы пропускаются через внутреннюю трубу, а водяной пар вырабатывается в межтрубном пространстве. Несколько таких устройств располагается параллельно.

КУ пакетно-конвективного типа имеют более сложную конструкцию. Принципиальная схема работы КУ этого типа приведена на рис.

Здесь используется естественная циркуляция воды и представлена наиболее полная конфигурация КУ с экономайзером и пароперегревателем.

Химочищенная вода (ХОВ) поступает в колонну-деаэратор для удаления растворенных в ней газов (главным образом кислорода и диоксида углерода). Вода стекает по тарелкам вниз, а навстречу ей противотоком пропускается небольшое количество водяного пара. Вода нагревается паром до 97-99°С и за счет снижения растворимости газов с повышением температуры основная их часть выделяется и отводится сверху деаэратора в атмосферу. Пар, отдавая своё тепло воде, конденсируется. Деаэрированная вода снизу колонны забирается насосом и им нагнетается необходимое давление. Вода пропускается через змеевик экономайзера, в котором подогревается почти до температуры кипения воды при заданном давлении, и поступает в барабан (паросепаратор). Вода в паросепараторе имеет температуру, равную температуре кипения воды при заданном давлении. Через змеевики выработки пара вода циркулирует за счет разности плотностей (естественная циркуляция). В этих змеевиках часть воды испаряется, и парожидкостная смесь возвращается в барабан. Насыщенный водяной пар отделяется от жидкой фазы и отводится сверху барабана в змеевик пароперегревателя. В пароперегревателе насыщенный пар перегревается до нужной температуры и отводится потребителю. Часть полученного пара используется для деаэрации питательной воды.

Надежность и экономичность работы КУ в значительной степени зависит от правильной организации водного режима. При неправильной эксплуатации интенсивно образуется накипь, протекает коррозия поверхностей нагрева, происходит загрязнение пара.

Накипь – это плотные отложения, образующиеся при нагреве и испарении воды. Вода содержит гидрокарбонаты, сульфаты и другие соли кальция и магния (соли жесткости), которые при нагревании преобразуются в бикарбонаты и выпадают в осадок. Накипь, имеющая на несколько порядков меньшую, чем металл, теплопроводность, приводит к снижению коэффициента теплопередачи. За счет этого снижается мощность теплового потока через поверхность теплообмена и, естественно, снижается эффективность работы КУ (уменьшается количество вырабатываемого пара). Температура отводимых из КУ дымовых газов возрастает. Кроме того, происходит перегрев змеевиков и их повреждение вследствие снижения несущей способности стали.

Для предупреждения образования накипи в качестве питательной воды используют предварительно химочищенную воду (можно брать на ТЭС). Помимо этого производится непрерывная и периодическая продувка системы (удаление части воды). Продувка предупреждает рост концентрации солей в системе (вода постоянно испаряется, а содержащиеся в ней соли – нет, поэтому концентрация солей растет). Непрерывная продувка котла составляет обычно 3-5% и зависит от качества питательной воды (не должна превышать 10%, так как с продувкой связана потеря тепла). При эксплуатации КУ высокого давления, работающих с принудительной циркуляцией воды, дополнительно применяют внутрикотловое фосфатирование. При этом катионы кальция и магния, входящие в состав образующих накипь сульфатов, связываются с фосфатными анионами, образуя соединения малорастворимые в воде и выпадающие в толще водяного объема котла в виде легко удаляемого при продувке шлама.

Растворенные в питательной воде кислород и углекислый газ вызывают коррозию внутренних стенок котла, причем скорость коррозии возрастает с повышением давления и температуры. Для удаления газов из воды применяют термическую деаэрацию. Также мерой защиты против коррозии является поддержание такой скорости в трубах, при которой пузырьки воздуха не могут удерживаться на их поверхности (выше 0,3 м/с).

В связи с повышением гидравлического сопротивления газового тракта и снижением силы естественной тяги возникает необходимость установки дымососа (искусственная тяга). При этом температура дымовых газов не должна превышать 250°С во избежание разрушения этого аппарата. Но чем ниже температура отводимых дымовых газов, тем более мощный необходимо иметь дымосос (растет потребление электроэнергии).

Срок окупаемости КУ обычно не превышает одного года.

Используются для подогрева воздуха, подаваемого в печь на сжигание топлива. Подогрев воздуха позволяет снизить расход топлива в печь (кпд повышается на 10-15%).

Температура воздуха после воздухоподогревателя может достигать 300-350°С. Это способствует улучшению процесса горения, повышению полноты сгорания топлива, что является очень важным преимуществом при использовании высоковязких жидких топлив.

Также преимуществами воздухоподогревателей по сравнению с КУ является простота их конструкции, безопасность эксплуатации, отсутствие необходимости устанавливать дополнительное оборудование (деаэраторы, насосы, теплообменники и т.д.). Однако воздухоподогреватели при действующем соотношении цен на топливо и на водяной пар оказываются менее экономичными чем КУ (цена на пар у нас очень высокая – в 6 раз выше за 1 ГДж),. Поэтому выбирать способ утилизации тепла дымовых газов нужно, исходя из конкретной ситуации на данной установке, предприятии и т.д.

Применяются воздухоподогреватели двух типов:

рекуперативные (передача тепла через стенку);

Использование теплоты уходящих газов котельных агрегатов в контактном теплообменнике Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Жихар Г. И., Закревский В. А.

Приводятся результаты исследований работы котла ГМ-50-14/250 с контактным экономайзером. Показано влияние контактного экономайзера на экономию топлива и снижение выбросов оксидов азота.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Жихар Г.И., Закревский В.А.,

Usage of Boiler Unit Exhaust Gas Heat in Contact Heat Exchanger

The paper presents Results of investigations pertaining to operation of a GM-50-14/250 boiler with a contact economizer are given in the paper. The paper reveals influence of contact economizer on fuel economy and reduction of nitrogen oxide discharge.

Читать еще:  Как пользоваться бензопилой советы профи

Текст научной работы на тему «Использование теплоты уходящих газов котельных агрегатов в контактном теплообменнике»

т е п л о э н е р г е т и к а

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ В КОНТАКТНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

Докт. техн. наук, проф. ЖИХАР Г. И., канд. техн. наук ЗАКРЕВСКИИ В. А.

Белорусский национальный технический университет, РУП «Минскэнерго»

Экономия топлива, сжигаемого в котельных агрегатах, и предохранение атмосферы от загрязнения выбросами из дымовых труб являются важными и постоянными заботами энергетиков. Признано необходимым широко использовать ресурсосберегающую технику, мало- и безотходную технологию, местные виды топлива и утилизировать вторичные энергоресурсы. Задача экономии топлива тесно связана с проблемой защиты окружающей среды.

Одним из наиболее сложных и актуальных направлений среди экологических проблем теплоэнергетики является сокращение выбросов оксидов азота котельными агрегатами.

Проблема охраны окружающей среды от выбросов объектов теплоэнергетики приобрела особую социальную значимость. Оксиды азота относятся к числу наиболее токсичных выбросов котельных агрегатов. Они приводят к загрязнению атмосферы при сжигании всех видов органического топлива, в том числе и природного газа. Поскольку токсичность оксида азота превышает токсичность большинства других вредных компонентов, сокращение выброса оксидов азота, крупнейшими источниками которых являются котельные агрегаты и промышленные печи, — одна из актуальнейших задач по защите атмосферного воздуха от загрязнения.

При сжигании природного газа в уходящих газах котлов содержится около 15 % водяных паров. Их скрытая теплота парообразования составляет до 15 % теплоты сгорания газа. Поэтому КПД котла, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, будет ниже фактического КПД на 14-15 %. В последнее время для использования теплоты уходящих газов котлов, работающих на природном газе, применяются контактные экономайзеры.

Установка контактных экономайзеров на котлах ТЭС позволяет решить такие задачи, как глубокое охлаждение уходящих газов, получение конденсата из уходящих газов, использование полученной теплоты конденсации водяных паров для подготовки конденсата системы регенерации, теплоты для подогрева подпиточной воды для нужд тепличного хозяйства,

отопления и вентиляции главного корпуса ТЭС, предварительного подогрева воздуха и улучшения экологии [1].

В связи с отсутствием при сжигании природного газа потерь теплоты от механического недожога топлива, близостью к нулю потерь теплоты от химической неполноты горения топлива и весьма небольшой потерей теплоты в окружающую среду единственной потерей теплоты в котлах, о дальнейшем снижении которой может идти речь, является лишь потеря с уходящими газами, которая равна по отношению к низшей теплоте сгорания газа 5-6 %. Отсюда следует вывод: в котельных агрегатах, работающих на природном газе, единственным путем существенного улучшения использования топлива является глубокое охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможную часть паров, содержащихся в газах, и использовать выделяющуюся при конденсации скрытую теплоту. Кроме того, глубокое охлаждение газов позволяет полнее использовать и их физическую теплоту.

В газовых котлоагрегатах другого пути заметного повышения эффективности использования топлива, кроме глубокого охлаждения продуктов сгорания до температуры, при которой происходит конденсация водяных паров из дымовых газов, нет. Количество теплоты, выделяющейся при полной конденсации водяных паров, т. е. при охлаждении дымовых газов до 0 °С и осушении их до 0 влаги на 1 кг, по отношению к низшей теплоте сгорания природного газа составляет 11,9 %, или около 1000 ккал на 1 м3 газа, поэтому соотношение высшей и низшей теплоты сгорания природного газа для большинства месторождений СНГ в среднем равно 1,12.

Глубокое охлаждение продуктов сгорания газа имеет ряд особенностей. Первая из них заключается в том, что рассмотрение данного вопроса нельзя ограничить только собственно котлоагрегатом или утилизационным теплообменником, где возможно охлаждение газов. Требуется рассмотреть также условия работы элементов котельной, находящихся по газовому тракту за утилизационным теплообменником, поскольку известны случаи разрушения дымовых труб котельных, работающих на газе, из-за выпадения влаги при низких тепловых нагрузках котлоагрегатов, когда температура газов за котлами уменьшается до 80-90 °С и ниже.

Должное охлаждение газов следует обеспечить либо в самом котле, либо в утилизационном теплообменнике, установленном после основного агрегата. При этом необходимо обеспечить такое течение процесса охлаждения газов, чтобы выпадение конденсата в максимально возможной и экономически оправданной степени было осуществлено в пределах основного или утилизационного агрегата, что позволяет, во-первых, использовать выделяющуюся при конденсации паров теплоту, во-вторых, облегчить работу находящихся за теплообменником газоходов, дымососа и дымовой трубы, поскольку в этом случае в газоходы поступят лишь остаточные водяные пары, выпадение которых легче предотвратить.

В газифицированных отопительно-производственных котельных температура продуктов сгорания при расчетной нагрузке составляет на входе в дымовую трубу 120-150 °С, а влагосодержание — 100-130 г/кг сухих газов. При сниженной нагрузке температура уменьшается до 80-100 °С, а температура «точки росы» продуктов сгорания составляет 50-55 °С.

При температуре внутренней поверхности дымовой трубы ниже температуры «точки росы» продуктов сгорания внутри трубы образуется конденсат. Анализ условий работы дымовых труб показывает, что основной причиной конденсатообразования внутри трубы является низкая температура продуктов сгорания при достаточно высоком их влагосодержании. Образованию конденсата способствует также низкая скорость движения продуктов сгорания, при которой имеют место значительное охлаждение газов в трубе и связанное с этим значительное охлаждение стенок.

Для защиты дымовых труб от разрушения их внутренние поверхности покрывают гидроизоляцией, используя для этого торкрет-бетон, пленочные и рулонные покрытия (полиуретановый лак, битумиполь, эпоксидные составы, стеклоткань, винипласт) [2]. При наличии воздушного зазора предусмотрены специальные устройства для перепуска среды из зазора и настилания ее на стенку внутреннего ствола.

При работе котлоагрегатов с утилизаторами теплоты уходящих газов температура их снижается до 20-40 °С, влагосодержание — до 15-50 г/кг сухих газов, а температура «точки росы» — до 20-25 °С. Общее количество влаги в продуктах сгорания по сравнению с котлами без утилизаторов уменьшается в три-пять раз.

В газифицированных котельных установках независимо от того, имеются утилизаторы (контактные теплообменные аппараты) или нет, необходимо применять гидроизоляцию дымовых труб и устройства для отвода конденсата. При установке контактных экономайзеров в действующих котельных, имеющих кирпичные и железобетонные трубы без влагозащиты, работа последних предусматривается при режимах, предотвращающих конденсатообразование в трубе.

Основной режимной характеристикой работы контактного экономайзера является отношение расхода воды к расходу продуктов сгорания, т. е. коэффициент орошения. Наиболее выгодный, с теплотехнической точки зрения, — режим при значении коэффициента орошения более 3 кг/кг для обычно принятых высот насадок. В этом случае температура уходящих продуктов сгорания составляет 25-30 °С, влагосодержание 15-25 г/кг сухих газов. При данных параметрах температура «точки росы» составляет 20-30 °С, а количество влаги, выпадающей в дымовой трубе, — минимальное. Такой режим считается наиболее эффективным.

Для предотвращения конденсатообразования в дымовой трубе можно рекомендовать подмешивание горячего воздуха к уходящим продуктам сгорания. При этом, кроме увеличения температуры смеси продуктов сгорания с воздухом, несколько снижается температура «точки росы» за счет низкого влагосодержания (8-10 г/кг). При наличии обводного газохода разность между температурами уходящих продуктов сгорания и «точки росы» можно также увеличить за счет пропуска части продуктов сгорания мимо контактного экономайзера.

Температура «точки росы» при этом возрастает за счет увеличения вла-госодержания смеси, однако рост температуры смеси происходит интенсивнее. Таким образом, установка в газифицированных котельных контактных экономайзеров не ухудшает условий работы дымовых труб. Количество выпадающего конденсата в дымовой трубе при работе контактных

экономайзеров значительно снижается, а осуществление конструктивных и эксплуатационных мероприятий обеспечивает условия работы дымовой трубы, при которых конденсация влаги сводится до минимума.

Значение «точки росы» продуктов полного сгорания природного газа зависит от коэффициента избытка воздуха в дымовых газах (рис. 1). Как видно из рис. 1, при увеличении коэффициента избытка воздуха от 1,0 до 2,0 температура «точки росы» уменьшается с 60 до 48 °С. Влагосодержание продуктов полного сгорания природного газа также сильно зависит от коэффициента избытка воздуха (рис. 2). Из рис. 2 видно, что с увеличением коэффициента избытка воздуха от 1,0 до 2,0 влагосодержание продуктов сгорания уменьшается от 150 до 80 г/кг.

Использование тепла отходящих газов

Использование тепла отходящих газов.

Результаты эксплуатации в отопительный период 2003-2004/2005 года четырех котлов на подворье Монастыря на Ганиной яме показали, что котлы могут без напряжения нагреть воду до 90 градусов, даже при использовании сырых только что заготовленных дров. Котлы были сконструированы и построены с учетом теории изложенной в статье «Основы конструирования котлов ..» , поэтому в данной статье даются ссылки на некоторые положения и рисунки из неё. На Fig.5 показано горение сырого топлива в одном из котлов. При этом котлы топят только днем. В ночное время в котлах используется режим тлеющего горения в стадии догорания топлива, при полностью закрытой поддувальной дверке (или дверке калорифера регенератора, так как один котел построен с этим устройством). При эксплуатации в таком режиме температура выходящих газов оказалась очень высокой и требуется дополнительное устройство для использования этого тепла.

Газы в котле не могут охладиться до температуры воды, а вода у поверхности нагрева кипит или близка к температуре кипения. Поэтому газы уходят из котла с довольно высокой температурой, примерно в 250-300°, и выше. Газы с такой температурой уносят много теплоты, если их выпускать сразу в трубу. Что бы использовать эту теплоту, в уходящие газы ставят прибор называемый экономайзером. Его используют для подогрева возвращаемой в котел воды.

Конструктивное исполнение экономайзера может быть различным. Общим для всех типов является то, что движение воды в экономайзере должно происходить навстречу тепловому потоку. То есть наиболее холодная вода контактирует с наиболее холодными газами. Далее, при движении по экономайзеру вода нагревается и контактирует с все более нагретыми газами. Этому условию удовлетворяет наиболее полно конструктивное исполнение экономайзера в виде колпака, в котором в каждом вышележащем сечении повышается температура. При таком встречном движении воды и газов (тепловых потоков), между ними сохраняется разность температур, необходимая для передачи теплоты, а так же снижается вероятность выпадения водяных паров, из-за которых происходит ржавление труб. Это особенно важно, если топливом являются дрова, содержащие много водяных паров. Такое движение воды и газов называют противотоком. Следует отметить, что в системе свободного движения газов (при размещении регистров котла или экономайзера в колпаке), при правильносконструированных и обвязанных регистрах, это условие выполняется за счет естественных сил природы, не требует внешнего воздействия, а значит естественно и оптимально.

Устройство и подключение водяных регистров котла и экономайзера должно быть выполнено так, что бы движения воды и тепловых потоков было противоточным. Обвязка экономайзера должна обеспечивать возможность периодического слива воды из него в систему водяного отопления.Это необходимо для периодического выжигания сухих труб экономайзера от сажи через специальную герметичную дверку в колпаке, где установлен экономайзер. В связи с тем, что температура газов поступающих в экономайзер значительно меньше температуры в конвективной системе котла, регистр экономайзера должен иметь большую тепловоспринимающую поверхность. В целях унификации конструктивных элементов котла, регистры котла и экономайзера следует применять одинаковыми. Ту же самую операцию мы рекомендуем делать для регистров котла. Для этих целей на входящей и выходящей трубе необходимо установить отключающие задвижки, а так же кран слива теплоносителя из регистров.

Читать еще:  Серый ламинат и серые двери в интерьере

Установку экономайзера необходимо выполнить во втором, по ходу движения газов колпаке, в схеме «двух горизонтальных последовательных колпаков» приведенной на Fig.4.

С левой стороны оси Е, показана конвективная система котла постоянного действия Fig.2, с регистрами, обозначенная буквой С ( «Основы конструирования котлов ..» ). С правой стороны показан «колпак», с регистрами экономайзера. Обозначения на схеме следующие: 1- выход отработанных газов, 2- экономайзер в колпаке, 3- канал прямого хода, 4- задвижка прямого хода, 5- датчик температуры, 6- датчик состава выходящих через трубу газов, 7-.труба, 8- переточной канал.

Принцип работы этой схемы следующий: Датчик 6 (Fig.4), в зависимости состава выходящих газов, воздействует на исполнительный механизм калорифера системы регенерации 6 (Fig.1 и 2) и оптимизирует подачу воздуха, необходимого для горения. Датчик 5, в зависимости от температуры выходящих из трубы газов, воздействует на исполнительный механизм задвижки 4, открывая или закрывая её. При повышенной температуре выходящих газов задвижка 4 закрывается, и горячие газы из котла через отверстие 1, поступают в экономайзер, где отработав, выходят в трубу 7, через переточной канал 8. При понижении температуры ниже допустимой задвижка 4 приоткрывается, и часть горячих газов поступает через канал 3 в трубу. Конечно, схема может работать и без применения автоматики.

Регистры выполняются с равновеликими путями движения воды. Такая конструкция обеспечивает минимальное силовое воздействие на строительные конструкции котла от температурного удлинения труб регистров, а также малое сопротивление движению воды, хороший напор и легкую их замену. При заполнении системы водой, в регистрах не возникают воздушные пробки, если они установлены с уклоном для стока вода в обратную трубу. Пунктирными линиями и стрелками показана условная схема обвязки котла и экономайзера (с естественной циркуляцией) и направление движения воды.

Мне пишут люди из разных стран мира, в том из США, Канады, Австралии, Испании, Литвы, Латвии, Эстонии, Украины, Белоруссии, Уганды, Хорватии, Словакии, Чехии, Южной Африки, Польши, Швеции, Финляндии и других. Просят проекты котлов и другое. Я начал публиковать на сайте чертежи некоторых дровяных котлов, используя кирпич и печные приборы, которые можно купить в России. В различных странах используются кирпич и печные приборы других размеров. Из них так же можно конструировать и строить котлы, используя публикуемые чертежи. Для этого ниже приводятся некоторые пояснения.

Для кладки котлов используются кирпичи стандартных размеров российского производства. Красный полнотелый печной размером 250х120х65 мм марки 150 и огнеупорный ША8 (ШБ8) размером 250х123х65 мм. Может использоваться так же, в небольших количествах, огнеупорный кирпич других размеров. Исходя из этого, наружные размеры котлов, внутренние размеры топливника и колпака (колпаков) в плане приняты кратными 13 см. Ширина колпака (колпаков) может быть 13 см при размещении в нем одного регистра или 26 см, при размещении в нем двух регистров. Возможна и другая ширина, кратная 13 см. Минимальный размер колпака в плане 13х13 см. В него (в минимальную ячейку) может быть вставлена одна вертикальная труба регистра диаметром 60 мм, что составляет 16,7% от площади ячейки. Количество вертикальных труб принимается равным количеству минимальных ячеек. Высота одного ряда со швом принята 7 см. Высота котлов принята 30 рядов, то есть 210 см. Может быть принята и другая высота котлов.

При использовании кирпичей других размеров, размеры котлов должны быть кратными половине длины кирпича со швом. Диаметр труб регистра должен быть не более 16,7 % площади минимальной ячейки.

Котел с экономайзером может работать, так же как и котел без экономайзера, в режиме регулирования подачи тепла в систему водяного отопления, за счет перераспределения пути движения газового потока, без снижения КПД.

Избыток тепла можно аккумулировать по схеме приведенной на Fig.3. С левой стороны оси Е, показан котел постоянного действия с экономайзером Fig.2, обозначенный буквой С. С правой стороны показана система по схеме «одно-двухъярусный колпак» D, использующая избыток тепла. Цифрой 2 показано тело воспринимающее избыток тепла.

По такой схеме можно решить вопрос горячего водоснабжения (ГВС) в твердотопливных котлах постоянного действия по закрытой схеме. В этом случае, системой D может быть печь с бойлером (водоподогревателем) горячего водоснабжения (ГВС), в которой цифрой 2 обозначен водоподогреватель ГВС. Эта печь работает на одну трубу с котлом и может конструктивно располагаться так же над котлом отопления. Горячая вода в любой период года требуется одной температуры, тогда как для отопления этого не нужно, а летом котел не используется. При работе котла отопления, используются избыток тепла отходящих газов, для ГВС. Если котел летом не работает, или тепла отходящих газов от котла не хватает для получения горячей воды требуемой температуры, то тогда можно будет топить печь ГВС отдельно.

Правила обвязки котлов.

Движение теплоносителя в регистре должно происходить навстречу тепловому потоку. То есть наиболее холодная вода контактирует с наиболее холодными газами. Далее, при движении по регистру вода нагревается и контактирует с все более нагретыми газами. При таком встречном движении теплоносителя и газов (тепловых потоков), между ними сохраняется разность температур, необходимая для передачи теплоты, а так же снижается вероятность выпадения водяных паров, из-за которых происходит ржавление труб. Это особенно важно, если топливом являются дрова, содержащие много водяных паров. Такое движение теплоносителя и газов называют противотоком. Следует отметить, что в системе свободного движения газов (при размещении регистров котла в колпаке), при правильно сконструированных и обвязанных регистрах, и естественном движении теплоносителя (без насоса) это условие выполняется за счет естественных сил природы, не требует внешнего воздействия, а значит естественно и оптимально. При принудительной циркуляции теплоносителя за счет насоса, скорость теплоносителя нужно принимать минимально возможной.

Обвязка должна обеспечивать возможность периодического слива теплоносителя из регистров без слива системы. Это необходимо для периодического выжигания сухих труб регистра от сажи, в том числе через чистку в колпаке, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=123. В котлах необходимо устанавливать автоматику регулирования температуры нагрева воды на выходе. Смысл её состоит в организации движения воды по малому кругу (прямая — обратная труба) до достижения температуры нагрева воды на выходе до значения 45-55 градусов оС, после чего вода направляется по большому кругу. В противном случае возможно выпадение на регистрах конденсата и ухудшения работы котла, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=109 . При отсутствии приборов автоматики можно закольцевать по малому кругу прямую и обратную трубу перемычкой из трубы Д=1 дюйм с регулировочным вентилем. Затапливают котел с открытым вентилем. По достижению температуры теплоносителя до указанных пределов вентиль постепенно закрывают, не допуская повышения его температуры выше верхнего предела. При применении в котле двух и более регистров, выходы их объединяют в одну трубу.

При естественной циркуляции теплоносителя и устройстве теплых полов необходимо предусматривать устройство на обводной обратной трубе шунтирующего насоса с малой скоростью теплоносителя. При этом на трубе предусматривать установку отключающих вентилей. Проектирование и монтаж систем водяного отопления должны выполнять специализированные проектные и монтажные организации.

16/01/2005 © Igor Kuznetsov «Kuznetsov’s stoves»

Методы утилизации тепла

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печей, имеют весьма высокую температуру и поэтому уносят с собой значительное количество тепла. В мартеновских печах, например, из рабочего пространства с дымовыми газами уносится около 80 % всего тепла поданного в рабочее пространство, в нагревательных печах около 60 %. Из рабочего пространства печей дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше их температура и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. В связи с этим целесообразно обеспечивать утилизацию тепла отходящих дымовых газов, которая может быть выполнена принципиально двумя методами: с возвратом части тепла, отобранного у дымовых газов, обратно в печь и без возврата этого тепла в печь. Для осуществления первого метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу и воздуху (или только воздуху). Для достижения этой цели широко используют теплообменники рекуперативного и регенеративного типов, применение которых позволяет повысить к. п. д. печного агрегата, увеличить температуру горения и сэкономить топливо. При втором методе утилизации, тепло отходящих дымовых газов используется в теплосиловых котельных и турбинных установках, чем достигается существенная экономия топлива.

В отдельных случаях оба описанных метода утилизации тепла отходящих дымовых газов используются одновременно. Это делается тогда, когда температура дымовых газов после теплообменников регенеративного или рекуперативного типа остается достаточно высокой и целесообразна дальнейшая утилизация тепла в теплосиловых установках. Так, например, в мартеновских печах температура дымовых газов после регенераторов составляет 750—800 °С, поэтому их повторно используют в котлах-утилизаторах.

Рассмотрим подробнее вопрос утилизации тепла отходящих дымовых газов с возвратом части их тепла в печь.

Следует, прежде всего, отметить, что единица тепла, отобранная у дыма и вносимая в печь воздухом или газом (единица физического тепла), оказывается значительно ценнее единицы тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива (единицы химического тепла), так как тепло подогретого воздуха (газа) не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами. Ценность единицы физического тепла тем больше, чем ниже коэффициент использования топлива и чем выше температура отходящих дымовых газов.

Для нормальной работы печи следует каждый час в рабочее пространство подавать необходимое количество тепла. В это количество тепла входит не только тепло топлива , но и тепло подогретого воздуха или газа , т. е. .

Ясно, что при = const увеличение позволит уменьшить . Иными словами, утилизация тепла отходящих дымовых газов позволяет достичь экономии топлива, которая зависит от степени утилизации тепла дымовых газов

где — соответственно энтальпия подогретого воздуха и отходящих из рабочего пространства дымовых газов, кВт, или кДж/период.

Степень утилизации тепла может быть также названа к.п.д. рекуператора (регенератора), %

;

Зная величину степени утилизации тепла, можно определить экономию топлива по следующему выражению:

где I’д, Iд — соответственно энтальпия дымовых газов при температуре горения и покидающих печь.

Снижение расхода топлива в результате использования тепла отходящих дымовых газов обычно дает значительный экономический эффект и является одним из путей снижения затрат на нагрев металла в промышленных печах.

Кроме экономии топлива, применение подогрева воздуха (газа) сопровождается увеличением калориметрической температуры горения , что может являться основной целью рекуперации при отоплении печей топливом с низкой теплотой сгорания.

Повышение при приводит к увеличению температуры горения. Если необходимо обеспечить определенную величину , то повышение температуры подогрева воздуха (газа), приводит к уменьшению величины , т. е. к снижению доли в топливной смеси газа с высокой теплотой сгорания.

Поскольку утилизация тепла позволяет значительно экономить топливо целесообразно стремиться к максимально возможной, экономически оправданной степени утилизации. Однако необходимо сразу заметить, что утилизация не может быть полной, т. е. всегда . Это объясняется тем, что увеличение поверхности нагрева рационально только до определенных пределов, после которых оно уже приводит к очень незначительному выигрышу в экономии тепла.

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector