CC BY
62
УДК 69
Сидоров А.В.
магистрант
ФГБОУ ВО «ИжГТУ им. М.Т. Калашникова»
Свалова М.В.
Канд. технич. наук, доцент кафедры «Водоснабжение и водоподготовка» ФГБОУ ВО «ИжГТУ им. М.Т. Калашникова».
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ
Аннотация
Глубокая утилизация тепла подразумевает снижение температуры дымовых газов ниже точки росы водяных паров с их последующей конденсацией. При этом утилизируется значительная часть скрытой теплоты конденсации, а конденсат после дополнительной обработки может быть использован для восполнения потерь воды в энергетическом цикле или теплосети. Осушение дымовых газов снижает точку росы остаточных водяных паров и предотвращает выпадение влаги в дымовой трубе, что приводит к снижению затрат на ее ремонт и продлению срока службы.
Ключевые слова: Теплоутилизатор, теплообменник, рекупиратор.
Большинство технологических процессов сопровождаются с образованием большого количество уходящего тепла. Примерами могут служить выпускные трубы котлов или печей; выпарные установки; сушилки. Излишнее тепло, в большинстве случаев, выбрасывается в атмосферу и не используется в полезных целях. Одним из способов энергосбережения заключается в использовании тепловой энергии, образующиеся при различных технологических процессах, для нужд потребителя. В настоящее время утилизация тепла широко используется, но чаще всего применяемые методы не в полной мере используют тепловую энергию уходящих газов.
Тепловую энергию топочных газов можно поделить на две части. Первая связана с высокой температурой дымовых газов. Утилизация этой тепловой энергии происходит путем снижения температуры топочных газов за счет нагрева другого (воды, воздуха и т.д.). В данном случае температуру топочных газов можно снизить до температуры точки росы водяных паров, содержащихся в дымовых газах [1. с. 4364].
Вторая является скрытой теплотой конденсации водяных паров. Утилизация этого тепла в данном случае происходит только при конденсации водяных паров, а выделяемое при этом тепло нагревает теплоноситель. В общепринятой терминологии такая утилизация называется глубокой. На практике теплоутилизаторы не могут сконденсировать все водяные пары. Для оценки глубины процесса удобно использовать два коэффициента.
Коэффициент осушения дымовых газов равный отношению расхода конденсата к его максимально извлекаемому значению. Так при коэффициенте, равном 1, конденсация водяных паров теоретически максимально возможная, а при коэффициенте, равном 0, конденсации не происходит. Здесь определяющим фактором является конечная температура дымовых газов равная температуре точки росы остаточных водяных паров.
Она определяет конечное влагосодержание, итоговый расход конденсата и мощность конденсатора. Коэффициент глубины утилизации тепла, определяемый как отношение действительной мощности теплоутилизатора к теоретической (максимально возможной). Данный коэффициент более предпочтителен для сравнения теплоутилизаторов, так как учитывает тепловую мощность, включающую в себя охлаждение горячих топочных газов и потери тепла с конденсатом и остаточными водяными парами. В настоящее время
глубокую утилизацию тепла дымовых газов реализуют путем использования теплообменника на участке газохода до дымовой трубы, который передает тепло уходящих газов нагреваемому теплоносителю.
Нагреваемая среда обычно представляет собой холодную воду, используемую для подпитывания сетевого контура. В контактных теплообменниках конденсация водяных паров, содержащихся в топочных газах, осуществляется на орошаемой поверхности или на капельках распыляемой воды. Полученное тепло греет эту воду, и далее горячая вода используется в технологическом процессе.
Теплообменник представляет собой вертикальный корпус (обычно цилиндрический большого диаметра) в верхней части которого установлены форсунки для разбрызгивания холодной воды. Дымовые газы подаются снизу противотоком. Существует три типа контактных теплообменников: без насадки, когда конденсация происходит на капельках распыляемой воды; с пассивной насадкой, когда конденсация происходит на орошаемой поверхности насадки (чаще всего в качестве насадки используют засыпку керамическими кольцами); с активной насадкой, когда используют теплообменную насадку для отвода тепла водой дополнительного контура.
В рекуперативных теплообменных аппаратах процесс теплообмена и конденсации водяных паров осуществляется на поверхности двух разделенных сред. В таких аппаратах теплоносители разделены стенкой, через которую теплота передаётся за счёт теплопроводности материала стенки. Конструкция таких теплообменников представляет собой вертикальный или горизонтальный газоход со встроенным пучком горизонтальных труб [2. с. 6].
Конденсат, получаемый при глубокой утилизации уходящих газов, не рекомендуется использовать, так как в нем присутствуют серная и азотная кислоты, образующие при растворении в воде оксидов серы и азота. Решение проблемы кислотного конденсата для рекуперативного теплообменника является организация его сбора и нейтрализации.
В случае контактного теплообменника используется другой метод, чем-то похожий на периодическую продувку системы оборотного водоснабжения: с увеличением кислотности циркулирующей жидкости часть ее количества отводится в специальный бак, где осуществляется химическая обработка с последующим сбросом воды в дренажную канализацию или направлением её в технологический цикл. При использовании теплоутилизаторов было выявлено, что топочные газы охлаждаются до температуры 35^45°С [3. с. 61]. Коэффициент осушения не превышает 0,7. Коэффициент глубины утилизации так же не достигает высоких значений. Это связано с применением воды в качестве нагреваемого теплоносителя. При этом температура воды не должна быть выше 40 С. Это условие не позволяет использовать сетевую воду обратного контура, так как противоречит применяемым в России температурным графикам теплосетей (150-70, 95-70). Такая схемы осуществима в некоторых зарубежных странах, в которых применяются низкопотенциальные системы отопления.
Применение такого метода для покрытия нужд ГВС так же не целесообразно из-за малых расходов и большой суточной неравномерности. В большинстве случаев глубокую утилизацию тепла используют для подогрева подпиточной воды от 10 до 40°С [4. с. 61]. Увеличить глубину утилизации можно при использовании другой среды нагрева, которая имеет отрицательные рабочие температуры, например, холодный воздух. В зимнее время на большинстве территории России устанавливается отрицательная температура.
Использование воздуха в качестве нагреваемого теплоносителя позволяет снизить конечную температуру уходящих газов до предельных значений и приблизить коэффициент глубины утилизации к 1. Воздух, нагретый топочными газами, может быть использован для подачи его в топку котельного агрегата и обеспечения более эффективного процесса сжигания топлива или для обогрева помещений.
Таким образом, глубокая утилизация тепловой энергии уходящих газов решает комплексную задачу экономии природных ресурсов и защиты окружающей среды от загрязнений.
Список использованной литературы: 1. Поздняков С. Р. Глубокая утилизация тепла топочных газов // В сборнике: Международная научно -техническая конференция молодых ученых.
2. Прохоров В. Б., Денищук Д. А. Влияние системы глубокой утилизации тепла дымовых газов с увлажнением первичного воздуха на работу мусоросжигательного котла // Новое в российской электроэнергетике. - 2020. - № 9.
3. Пяткова В. В., Коновалов Н. П. Экологическая утилизация попутного нефтяного газа с помощью технологии GTL // В сборнике: Молодежь в науке: Новые аргументы. VI Международный молодежный сборник научных статей. Отв. редактор А.В. Горбенко. - 2020.
4. Кожарина А. С. Утилизация Теплоты Дымовых Газов Прокатного Производства // В книге: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тезисы докладов. - 2020.
© Сидоров А.В., Свалова М.В., 2021
