В данной статье рассматривается утилизация тепла уходящих газов, которая является важнейшим направлением повышения эффективности и снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. За счет утилизации тепла происходит снижение температуры дымовых газов, что позволяет снизить УРУТ, увеличить КПД и снизить выбросы вредных веществ.
Ключевые слова: утилизация тепла, теплообменник, температура, котел.
В современном мире энергетика играет важную роль в обеспечении потребностей человечества. Большинство предприятий образуют высокотемпературные и низкотемпературные тепловые отходы, которые можно использовать в качестве вторичных энергетических ресурсов. К ним относятся газообразные продукты сгорания котлов. Уходящие газы, образующиеся в результате работы энергетического оборудования, содержат значительное количество тепла, которое в обычных условиях утрачивается безвозвратно. Это явление не только снижает энергетическую эффективность установок, но также ведет к ненужным затратам и загрязнению окружающей среды. Важным моментом в этой проблеме является то, что потери тепла с дымовыми газами составляют от 16 до 18 % [1].
Охлаждение уходящих газов котла с применением подобных решений может быть достаточно глубоким — до 30 и даже 20 °С с первоначальных 120–130 °С. Полученного тепла вполне достаточно, чтобы подогреть воду для нужд химводоподготовки, подпитки, ГВС и даже теплосети.
Температура дымовых газов является важнейшим параметром, определяющим КПД котельного агрегата. Чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла. Однако снижение температуры дымовых газов ниже определенного уровня может привести к образованию конденсата и коррозии оборудования.
КПД котельного агрегата может быть рассчитан по формуле:
где η — КПД котельного агрегата, Q — количество тепла, утилизируемого в котельном агрегате, Q max — максимально возможное количество тепла.
Утилизация тепла уходящих газов может привести к значительной экономии энергии и снижению затрат на топливо. Кроме того, снижение температуры дымовых газов может уменьшить износ оборудования и снизить затраты на ремонт и обслуживание.
Методы снижения температуры дымовых газов: Существуют различные методы снижения температуры дымовых газов, включая:
— Установку теплообменников для охлаждения дымовых газов
— Использование абсорбционных тепловых насосов для утилизации тепла
— Применение систем газоочистки для снижения температуры дымовых газов
Эффективность методов снижения температуры дымовых газов зависит от различных факторов, включая тип топлива, рабочие параметры котла и конструкцию оборудования. Например, установка теплообменников может снизить температуру дымовых газов на 20–30°C, а использование абсорбционных тепловых насосов может увеличить КПД котельного агрегата на 2–3 % [2].
Утилизация тепла уходящих газов может быть реализована с помощью различных технологий и оборудования. Одним из примеров является установка теплообменников для охлаждения дымовых газов. Теплообменники могут быть изготовлены из различных материалов, таких как сталь, медь или алюминий, и могут иметь различные конструкции, такие как трубчатые, пластинчатые или спиральные [3].
Один из способов внедрения утилизатора тепла: на участке газохода устанавливается теплообменник, который использует тепло дымовых газов для нагрева жидкого теплоносителя рис. 1.
Рис. 1. Схема включения теплоутилизатора
Рассмотрим эффект глубокой утилизации на примере центральной водогрейной котельной (ЦВК). ЦВК состоит из 2-х блоков, основные характеристики представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Наименование |
Блок № 1 |
Блок№ 2 |
|
Котлы |
ПТВМ-50–6 шт. |
КГВМ-100–2шт. |
|
ДЕ-10–14–2 шт. |
||
|
Дымососы |
нет |
ДН 22х2–0,65ГМ — 2 шт. |
|
ДН-10–2шт. |
||
|
Дымовая труба |
Высота 100 м |
Высота 120 м. |
|
Диаметр устья 3.2м |
Диаметр устья 3,6 м |
|
|
Газоходы |
Высота от земли 14 м |
Высота от земли 5 м |
|
Деаэраторы ДВ-400 2шт. |
Дв-400–2 шт. |
ДВ-800–1 шт. |
В состав каждого блока входят установки подготовки подпиточной воды, с суммарной нагрузкой порядка 50 % каждая от общего расхода среды.
Дымовые газы котлов ПТВМ-50 проходят через утилизатор и удаляются через газоход, установленный на корпусе утилизатора. Насосами сырая вода подается на вход экономайзера, где нагревается и подается в деаэратор. Экономайзер по сырой воде включается параллельно существующим подогревателям 1 ступени по сырой воде. Автоматика утилизатора обеспечивает управление дымососом для обеспечения номинальной загрузки утилизатора в зависимости от режима работы котлов и температуры воды за утилизатором.
К преимуществам применения технологии относятся:
- Экономия топлива за счет утилизации скрытой теплоты уходящих газов. Расчеты показывают, что количество теплоты, выделяющееся при полной конденсации водяных паров из продуктов сгорания топлива, составляет 9…14 % от теплопроизводительности котла.
- Появляется возможность улучшения экологических показателей котельных за сет снижения выбросов СО, СО 2 и оксидов азота (NO x ) в окружающую среду.
- Конденсационный режим утилизации наиболее эффективен для котлов на природном газе. Продукты сгорания природного газа характеризуются наибольшим содержанием влаги и высокой температурой точки росы. Образующийся конденсат (рН=2,8–4,5) лишен взвешенных веществ карбонатной жесткости и имеет сухой остаток мене 5 мг/л.
Таблица 2
Техническая характеристика конденсационного экономайзера в разных режимах
|
Уходящие газы котлов |
||
|
Режим |
зима |
лето |
|
Нагрузка, % |
50 |
37 |
|
Производительность, МВт |
58 |
43 |
|
Количество дымовых газов, кг/ч |
100462 |
79431 |
|
Температура газов перед утилизатором, °С |
180 |
140 |
|
Температура газов после утилизатора, °С |
42 |
37 |
|
Сопротивление по дымовым газам, мбар |
4,6 |
2,8 |
|
Утилизатор тепла уходящих газов (конденсационный экономайзер) |
||
|
Расход воды через утилизатор, м3/ч |
300 |
|
|
Температура воды на входе в утилизатор, °С |
1 |
17 |
|
Температура воды после утилизатора, °С |
24 |
35 |
|
Мощность утилизатора, кВт |
8011 |
6154 |
|
Количество конденсата, кг/ч |
5253 |
5145 |
|
Гидравлическое сопротивление, мбар |
250 |
|
|
Эффективность до, % |
89,7 |
90,4 |
|
Эффективность после, % |
101,9 |
103,1 |
|
Экономия, с помощью утилизатора, % |
12,2 |
12,7 |
Полученный результат рассмотрим в таблице 3 по реализации глубокой утилизации до и после внедрения конденсационного экономайзера на ЦВК.
Таблица 3
Данные от реализации глубокой утилизации тепла
|
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Данные до внедрения конденсационного экономайзера |
Данные после внедрения конденсационного экономайзера |
|
Отпуск с коллекторов тепловой энергии котлами |
Тыс. Гкал |
1738,28 |
1702,07 |
|
Расход условного топлива |
тут |
263 600 |
256 586 |
|
Удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии |
кгут/ Гкал |
156,21 |
152,05 |
Данная реализация позволила уменьшит УРУТ на 4,16 кгут/Гкал, уменьшить расход условного топлива на 7014 тут.
Утилизация тепла уходящих газов является эффективным способом повышения эффективности позволяет уменьшит расход условного топлива, повысить КПД котла и уменьшит УРУТ тэ. Различные методы снижения температуры дымовых газов могут быть применены в зависимости от конкретных условий эксплуатации котельного агрегата. Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к созданию более эффективных и экономичных технологий.
Литература:
- Конюхов А. В. Глубокая утилизация тепла уходящих газов котельных установок // Проблемы науки. 2022. № 4 (72).
- Утилизация тепла дымовых газов. URL: https://1-engineer.ru/utilizaciya-tepla-dymovyh-gazov/ (дата обращения: 30.09.2024).
- Утилизация теплоты дымовых газов котельных малой и средней мощности. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-teploty-dymovyh-gazov-kotelnyh-maloy-i-sredney-moschnosti (дата обращения: 10.02.2023).
- Янайкин Н. М., Звонарева Ю. Н. Эффективность использования теплоты уходящих газов в газовых котельных // Евразийский научный журнал. 2022. № 5. С. 36–38.
