Библиографическое описание:

Разуваев А. В., Кудашева И. О., Костин Д. А. Системы утилизации теплоты энергоустановок как способ энергосбережения // Молодой ученый. — 2015. — №23.1. — С. 6-9.

 

Одной из важнейших проблем, стоящих сейчас перед энергетикой нашей страны, является истощение топливно-энергетических ресурсов, таких как нефть, природный газ, каменный уголь, на фоне все более интенсивного роста энергопотребления. Основными направлениями экономического развития России предусмотрена программа развития топливно-энергетического комплекса и экономии энергоресурсов. В частности, планируется переход на энергосберегающие технологии производств, сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергоресурсов (ВЭР).

Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов, имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяются теплотехнические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих процессов не превышает 15-35%.

ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы в утилизационных установках. Использованию ВЭР в последние годы уделяется значительное внимание. Вместе с тем вопросы рационального использования ВЭР освещены недостаточно.

Одним из рациональных направлений использования ВЭР является применение систем утилизации теплоты, в которые входят котлы-утилизаторы (КУ).

Котёл-утилизатор— устройство, передающее теплоту отходящих газов дизелей или газотурбинных установок, сушильных барабанов, вращающихся и туннельных печей другому теплоносителю, общий вид представлен на рис.1.

122354364858684574747.jpeg

Рис. 1. Котёл-утилизатор

 

Применение котлов утилизаторов существенно повышает эффективность работы оборудования.

Котлы утилизаторы позволяют получать:

        горячую воду - применяются на объектах, испытывающих потребность в горячей воде и позволяют оптимизировать затраты на тепло, используя на полезные нужды тепло уходящих выхлопных газов котельных или газопоршневых электростанций;

        пар - применяются на объектах, использующих большое количество пара для технологических нужд.

К преимуществам паровых котлов-утилизаторов относится уменьшение отвода тепла в атмосферу и более эффективное использование топлива.

В зависимости от типа, котлы-утилизаторы могут быть: паровые и водогрейные; оснащенные дожигающим устройством или без него; одного, двух или трех уровней давлений; вертикального и горизонтального профиля; подвесные и самоопорные.

kotlilamont.jpg

Рис. 2. Принцип работы парового КУ

 

При работе котла в качестве парового, (рис.2) — барабан заполняется водойтолько до середины. В последнем случае пар, выделяющийся из воды, поступает в паровое пространство, откуда через патрубок, находящийся в верхней части барабана, или из сухопарника отводится к потребителю. Пополнение испарившейся воды производится по специальной трубе.

Водогрейный КУ (рис. 3.) служит для получения горячей воды для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Водогрейные котлы-утилизаторы обычно называются утилизационными экономайзерами, или подогревателями.

Рис. 3. Схема работы водогрейного КУ

 

 

Применение паровых котлов утилизаторов в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве позволяет реализовывать энергосберегающие технологии.

Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева (экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700 °C.

Большое разнообразие конструкций котлов-утилизаторов и энерготехнологических агрегатов объясняется, прежде всего различными местными условиями их применения. Так, например, на химических производствах есть установки, в которых энергетический агрегат работает при давлении охлаждаемых газов до 0.7 МПа (7 кгс / см2); давление же газов в 0.1 – 0.15 МПа ( 1 – 1,5 кгс / см2) встречается весьма часто.

В некоторых конструкциях котлов-утилизаторов типа ГТКУ имеются два отсека, в которых расположены газотрубные секции. Для регулирования расхода отходящих газов внутри котла установлен перепускной (байпасный) газоход с шибером. Все газовые трубы защищены от износа предохранительными гильзами из стали марки X17.

Конструкция котла обеспечивает хорошую герметизацию агрегата. Испарительные элементы, расположенные в печи и газоходах котла, объединены в общий циркуляционный контур.

Отходящие газы после сушки или обжига материалов содержат много пыли и других химических веществ, что вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора.

Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Этой очистки все равно не хватает для полного очищения газов. Пыль оседает на поверхности нагрева и малейшая протечка увлажняет пыль и значительно уменьшает теплоотдачу, что вызывает неравномерный нагрев и влечёт перекос змеевиков.

Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы приводят к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих живое сечение для прохода газов. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов.

Чтобы устранить оседание частиц сажи на рабочих поверхностях котла, следует предусмотреть высокие скорости газа. Опыты показывают, что котел-утилизатор работает удовлетворительно при скорости газа в трубах не менее 25 - 30 м/сек. При этих скоростях газовый поток находится в режиме так называемого самообдува теплообменных поверхностей, так что сажа не оседает на них. Использование обычно применяемых в промышленности паровых котлов, без учета указанных особенностей теплоносителя, не дает желаемых результатов.

Рис. 4. КУ с принудительной циркуляцией

 

Схема котла-утилизатора с принудительной циркуляцией (рис.4.): 1 —барабан; 2 — испарительная часть; 3 — пароперегреватель; 4 — водяной экономайзер.

Для малых производительностей и низких давлений применяются котлы-утилизаторы газотрубные либо с многократной принудительной циркуляцией, реже — прямоточные сепараторные и барабанные котлы-утилизаторы с естественной циркуляцией.

Таким образом, применение котлов-утилизаторов в системах утилизации теплоты позволяет более полно использовать энергию топлива в энергетических установках, что существенно повышает их эффективность. Также следует продолжитьи исследования в области повышения эффективности котлов –утилизаторов.

 

Литература:

 

  1. Агафонов А.Н., Сайданов В.О., Гудзь В.Н. Комбинированные энергоустановки объектов малой энергетики. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2005. – 262 с.
  2. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. – М.: высшая школа, 1985. – 319 с.
  3. Разуваев А.В. Поршневые двигатели внутреннего сгорания с высокотемпературным охлаждением. –  Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. – 128 с.
  4. Агафонов А.Н., Разуваев А.В. Совершенствование характеристик энергетических установок на базе двигателей ЧН 21/21 объектов малой энергетики - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. – 148 с.
  5. Петриченко Р.М., Аверьянов В.К. Системы жидкостного охлаждения быстроходных ДВС. – Л.: Машиностроение, 1975. – 287 с.
  6. Селиверстов В.И. Утилизация тепла в судовых дизельных установках.  – Л.: Судостроение, 1973. – 218 с.
  7. Кривов В.Г., Агафонов А.Н. Предложения по созданию комбинированных малых теплоэлектроцентралей на базе поршневых и газотурбинных двигателей с утилизацией теплоты // Двигателестроение. – 1998. – № 2. – С. 3-5.
Основные термины: утилизации теплоты, принудительной циркуляцией, Агафонов А.Н, объектов малой энергетики, утилизации теплоты энергоустановок, вторичных энергоресурсов, паровых котлов, выхлопных газов котельных, систем утилизации теплоты, счет выработки теплоты, поверхности нагрева, необходимость очистки газов, полного очищения газов, системах утилизации теплоты, энергосберегающие технологии, использования ВЭР, газов дизелей, Температура газов, использования вторичных энергоресурсов, Разуваев А.В

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle