Технические решения по использованию утилизаторов в котельных малой мощности

ОР ДЕ НА ТРУД ОВОГО К РА СН ОГО ЗНАМЕНИ
АК АДЕМИЯ К ОММ УН АЛЬНО ГО ХОЗЯЙСТВА им. К.Д. ПАМФИЛОВА

У тверждаю

Зам. председателя совета

Росжилкоммунсоюза

В.И. Горелов

19 декабря 1990 г.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ УТИЛИЗАТОРОВ
В КОТЕЛЬНЫХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Сектор научно-технической информации

Москва 1992

Приведены основ ные тех ниче ские решения по ути лизации т епл оты дым овых газов котельных, работающих на газообразном, жидком и твердом топлив е. Рассм отрены э кономические и экологические вопросы применения теплоутилизаторов .

Технические решения раз работаны отделом коммунал ьно й энергетики АК Х им. К .Д. П амфил ова (канди даты техн. н аук З.В. Ко ротк ов а и В.В . П оном арев а, инж . Н .Г. Зюнев а) и п редн азна чены для инж енерн о-технических работников к оммун альных тепл оэнергетических предприятий и проектантов.

За м ечан ия и предложения по настоящим техническим решениям просьба направл ять по адресу: 1 23371, Мос ква, Вол окол амс кое шоссе , 11 6. АКХ им. К .Д . П амфило ва, отдел коммун альной энергетики .

В н а сто ящее врем я одним из осн овных путей экономии топливно-энергетических ресурсо в (ТЭ Р) в к оммунальной эне рге тике является п овышени е эффективн ос ти их испо льзова ния путем утили зации тепла уходящих газов.

В сист ем е местн ых Сов етов около 1 4 тыс. коте льных , из которых 1 0 тыс. к отельны х мощностью мен ее 3,5 МВт. Сумма рна я мощность устан овленны х к отлов около 99 МВт, в том числе чуг унных 1 6,3 МВт. Потери теплов ой эне ргии с уходящими газами со средней темп ерату ро й газов 1 50 °С составляют 4- 5 %, т.е. около 29 тыс . ГДж , что равноценно потере 800 т у.т /ч или около 2,7 мл н. т у.т /год .

В р еш ение эне ргетической програ ммы в н ашей стран е значи тельный вк лад може т вн ести при менение теплоутилизационных установок, работающ их на дымовых г аза х коте льных.

В насто я ще е время те плоэнерге ти ческие предприятия не з аи нтере со ваны в экономии топли вно-э не рг етически х ресурсов в связи с низкой их стоимостью и отсутствием си стемы матери ального стимулирован ия за экономию ТЭР. Вопрос э кономного расходования топлива стоит на повес тке дня как в нашей стране, так и за руб ежом, поэтому работы по вы бору и про екти рованию теплоутили заци онны х установок н ахо дят все большее распростран ение.

Задаче й н астоящ ей работы является оп ределение воз можнос ти и целесообразн ости и спользов ан ия утили заторов теплоты дымовых газ ов к отельных, ра ботающи х на раз личн ых вид ах топлива.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Температура уходящих газов из котельных агрегатов при номинальной нагрузке составляет около 120-130 °С, к от лы мощностью менее 0,7 кВт выбрасы ваю т дымов ые газы с т емпературой свыше 200 °С.

Установка в ко н вективной шахте котлов водяных экономайзеров и во здух он аг ревателей для ряда котлов не п озв оля ет максимально снизить потери тепла с у ходящими газами . При современном уровне эк сплу атации котельных температура выбрасываемых газов ограничивается по соображ ениям возможной конденсации влаги в ды мовой трубе. При конденсации резко возрастают коррозионные процессы в св язи с высокой аг ресси вностью конденсата, причем для серосодержащих топлив температура точки росы составляет 1 20-1 30 ° С. След ова тель но , повышение эффективности утилизации теплоты дымовыми газами в значительной степени з ави си т от техни ческого ур овн я при меняе мого о боруд ования, в ча стности, приме нения антикоррозионных материалов .

Решению об установке ут и лизаторов тепл оты должно предшествовать определение возможных п отребите лей потенци альной тепл оты ути лизаторов. Для этого пред варите льно н еобходим о оп ред елить конк ретные потоки воды и воздуха, их ра сходы, температу ры , до которых м огут бы ть подогре ты теплоносители в утили заторах.

В качестве потребителей могут рассматриваться ко т ель ны е, систе ма теплосн абжения и сторонни е потреби тели .

Правильный выбор вида и требуемой производ и тельно сти у ти лизатора опреде ляется не устан овленной м ощн ос тью котлоаг регатов, а наличием реальных потреби телей ути лизиру ем ой т еп лоты .

П отребителями могут быть: подогрев исходной и хи мически очищенной воды, подогрев дутьевого воздуха, си стема горячего в одоснабж ения, подогрев обратн ой сетевой воды, технологи ческие нужды предприятий , подогрев в оды для систем теплоснабжения тепличных и парниковых хоз яйств, открытых и з акрытых плавате льны х бассе йнов , мойки улиц и тран сп орт ных сред ств, подогре в возду ха для отоплени я помещений склад ов, для теплов ых завес и размораживания твердого топлива.

О д ним из вариантов решения является использование нагретого во здуха с температурой 60-70 °С и выше для обогрева отк рытых площадок, обогрева наружных лестниц. Нед ост атком системы воздушного подогрева является недопустимость большой механ ической нагрузки на подогреваемую площадку и бо льшой рас ход э лект роэнергии [ 14] .

П ринципиа льная схема установки с воздушным подогревом площадок приведена на ри с. 1. По дог ретый возду х поступает в воз душные каналы, расп ол оженные п од площадкой, - подающие А , затем - в обра тн ые Б, образующие замкнутый ко нтур . Охлажденный в оз дух снова пода ется в систем у подог рева.

Такая схема обеспечивает равномерное плавление снега на пл ощ адке толь ко п ри длин е ка налов д о 50 м . При больше й их длине целесообраз но приме нять с хему 1 ,б , о беспечи вающую возм ожн ос ть пе ри одического изменения на правления воздух а в кан ала х, для этого закры вают установленны е в воздуховодах ши беры 1 и 4 отк ры ваю т шиберы 2 и 3. Непременны м услов ием явл яется близость обогреваемой площадки к котельной , иначе буд ут ве лики потери те пла и электроэн ерги и на транспортирование те плоносителя. На ри с. 1 , в приведен а п ринципи альная схем а подогре ва наружной лестницы.

Экономическую э фф екти вность исполь зования вторичны х теп ловы х ресу рс ов для плавле ния снега на открыты х пл ощ адк ах определяют путем сопост авления п рив ед енны х затрат п ри талом реш ени и с затратами на убо рку и вы возку снега и наледи.

Р а сход тепла, затрачивае мый н а удаление снега, Вт/м2 , определяют:

q = q пл + q гр + q атм + q исп ,                                                           (1)

где q пл - скрытая тепло т а плавления сн ега, кДж/кг ( q пл = 335 кДж/кг ); q гр - потер я теплоты в грунте , находящемс я под п лощ адко й, в среднем 20- 40 % q пл ; q ат м - потери теп лоты в атмосферу конвекцией и ради ацие й, сост авляющи е при пл авлении снега около 1 0 % q пл ; - потери теплоты на и спарен ие слоя сн ега, принимаемые равными 0,1 q пл .

Р и с. 1. Схем а подогрева н аружных п лощадок и ступ еней лестниц н агретым воздухом:

а - по д ог рев н аружных п лощадок с устройством к анал ов дли ной до 50 м ; б - то ж е, длиной более 50 м ; в - подогре в ступеней н аруж ных лестниц; 1-4 - шиберы

Схе м ы утилизации теплоты дымовых газов котельных и виды при меня емых ут илизаторов зависят от конкретных источн иков теплоты , возмож но сти использо вания потенциала дымовых газов , потреби теле й теплоты, вида топлива, состава дымовых газов, определявш его агрессивность его по отношению к обор удованию котельных.

Побудительными мотива м и устан овки утилизаторов является стремление н аиболее полно удовлетворить потребности в энергии не путем ввода дополнительных мощностей, а за счет энергосбереж ения. В следств ие о тсутствия после довательной п олитики в нашей стране в опросы ути лизации не реш аются на должном уровне. В частности, при большом количестве разработок и авторск их свидетельств по конструкциям утилизаторов в се ри йном производстве н аходятся отд ельные утили заторы, не позволяющие в широк ом масштабе исп ользовать рационально потенциальную теплоту уходящих дымов ых газов.

УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В ГАЗИФИЦИРОВАННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Газообразное топливо является наибол е е п ерспектив ным для сжигания в котельных установках п о ряду п оказателей. С точ ки зрения утилизации теплоты у ход ящ их дымовых газов их пре имуще ство в отс утст ви и окислов серы, механически х примес ей и высоком вл аго соде рж ан ии.

Отсутствие соед и нений серы поз воляет охлаж дать газы до относите льно низкой температуры, поскольку точ ка росы 40- 50 ° С. Отсутствие ме хани че ски х примес ей отличае т выбор теп лоут или заторо в и облегчае т и х э ксп луатацию. Относительно высокое вл аго сод ержание ды мовых газ ов дает возможность использовать теплоту конденсации вод яных паров, соде ржащихся в дымовы х газ ах, и та м увеличить э ффе ктивность процесс а утилизации.

Специ фи ческие о собенности газа и продуктов с горани я позволяют применять контактные теплообмен ники , в которых происх одит непосре дственный теплообмен меж ду дымовыми газами и охлажд ающ ей их водой. Такие теплообмен ники при достаточн о приемлемых габарита х, уме рен ном расходе металл а на их и зго товле ни е и сра вни тельно не высоком расх оде электроэн ерги и п ри эксплуа таци и обеспечивают глубокое охл аждение ды мовы х газов до 40 °С и конденсацию 6 0- 90 % водян ых паров , сод ерж ащихся в газа х.

Но н аг рев воды в контак тных теплообменни ках возможен тол ько до температуры « мокрого термометра» , ко торая состав ляет 50- 60 ° С. Температу ра « мокрого термометра» зав иси т от вл аго содержани я дымовы х газов и коэффициента избытка воздух а. С ум ен ьшением к оэффицие нта избытка воздуха и увеличением вл аго сод ерж ани я парциа ль ное давление водяных паров в дым овы х газах растет, а вме сте с ним при прочих равны х услови ях растет темпе ратура « мокрого термометра» .

Эффективность контактных э кон омайзеров снижается с увели чен ием т емпературы воды на входе, и при менение их ре комен дуется при температуре воды на входе не выше 35 ° С.

Характеристика вы пускаемых серий но стальных водяных экономайзе ров контактно го типа ЭК -БМ1-1 , ЭК-БМ1- 2 приведен ы ниж е.

Теплоп ро изв одительн ос ть,

МВ т (Гкал/ч)

0 , 37 (0,32)         1 ,22 (1 ,05)

Темпе р атура газ ов на входе, ° С, не ниже                                    1 40                    1 40

К оэффици ент из бытка воз духа н а в ходе, не более                      1 ,5                     1 ,5

Кол и чество г азов, проходящих чер ез эк ономайзер, кг/ч           3600                1 4400

Количество нагр е вае мой воды, т/ч                                              8-1 2                  3 0- 40

Т е мперату ра на выходе, °С, не ниже:

горя чей воды                                                                             5 5- 42                 5 5- 42

уходящих газов                                                                          3 0- 40                 3 0- 40

Давле н ие в оды перед распред елит елем, МПа (кг/см2) ,

не более                                                                                          0 ,049                  0 ,049

(0 ,5)                    (0,5)

Аэр один амич еско е сопротивл ение при н оминальн ой

за гр узке, Па (кг/см2)                                                                      3 00- 500           3 00- 500

(30 - 50)              (30- 50)

Влагосо держание у ходящих газов, г/кг                                        3 5- 55                 35 - 55

Количество свободной углеки сл оты в н агрето й воде, мг/л       5 0- 70                 50-70

Габариты, мм:

дли н а                                                                                          1 488                  2 443

ширина                                                                                       1 028                  2 030

в ысота                                                                                        4 500                  5 000

Ма сс а, кг:

металлич еской части                                                                6 758                  2 006

керамичес к ой насадки                                                             71 7                    28 64

об щ ая                                                                                          1 375                  4 870

Характеристика контактного агрегата АЭ-0,6 приведена ниже [ 8].

Тепло в ая мощ ность, Мвт (Гк ал/ ч) ............................................................... 0 ,6 (0,5 )

Температура г азов на вх оде и выход е, °С ................................................... 1 40 / (40-50 )

К оэффицие нт избы тка воздух а в газах, не более ....................................... 1, 4

Расход газов, кг/с (кг/ч) ................................................................................ 30 (1 0620)

Расход н аг реваем ой воды, т/ч ...................................................................... 2 0

Температ у ра на грева в оды, °С:

в к онтактной каме ре ................................................................................ 4 5- 55

вод оп ров одной ......................................................................................... 3 5-45

Аэ р од инамическое сопротивлени е, Па ...................................................... 3 00

Га б ариты , мм:

длина ......................................................................................................... 280 0

шир и на ...................................................................................................... 2150

вы сота ........................................................................................................ 5570

Мас с а, кг:

м е та ллоконструкций ............................................................................... 31 00

ке рамич еской насадки ............................................................................. 2 200

Вода, нагретая конт актным сп особ ом в ЭК-БМ1, содержи т сво бодн ую углекислоту в к оличест ве до 0,0 8-0 ,1 г/м3. П ри оп ределенных условиях эта вода ста нови тся к оррозионно- активн ой, что стави т о граничение для и спользовани я воды . Для снижения соде рж ания св обод ной углекислоты установка кон тактных экономай зе ров д оп олняе тся дека рбон изаци онной колонкой. Осн овны е характе ри сти ки дек арбониз аци онных колонок приведены ниже.

                                                                                                     Ти п колонк и

                                                                                                     КД-06                КД-08

Прои з водитель ность по вод е, кг/с (т/ч)                                    4 ,1 5 (1 5)            8,3 (30)

Р а сход продуваемого воздух а на 1 т воды, м3                          0 ,1 5                   0, 1 5

С н иже ние содержания сво бодн ой углеки слоты , кг/м3           0 ,075                 0 ,075

Аэродинамическое сопротивле н ие, Па (мм вод .ст.)               1 50 (15)             1 50 (1 5)

Габариты , м:

ди ам етр                                                                                   0 ,574                 0 ,81 6

д лина                                                                                       0 ,748                 0 ,99

высота                                                                                     1 ,28                   1 ,434

Масса, кг:

металлическ о й части                                                             9 5,6                   1 36,6

керамических колец                                                              70                      1 40

общая                                                                                       1 65,5                 276,6

Уста н овка дек арбонизата ро в ведет к сниже нию температуры нагрева вод ы на 1, 5-2 °С. Поэтому для сниже ни я потерь теплоты в дек арбони зационную колонку ре коменд уется под авать теплый воздух для прод увки из верхней зоны котельной .

При повышенных требованиях к нагрев а ем ой воде устанавливается промежуто чный теплообменник в контур циркуляции орошающей воды . При этом соотнош ение расход ов воды ци ркуляционного конту ра контактного экономайзе ра и воды, поступающей к потре бителю, прини мается равны м 1 ,2-1,4.

Конструкция эко н ом айзерного агре гата АЭ-0 6, разр аботанного Кие вским НИИ Са нитарной те хники и оборудования зданий, обеспечивает нагрев воды до 40-4 5 °С . Конструкция агрега та содержи т по верхностный вод опод ог реват ель , предназна ченный для п одогрева воды , дек арб они зато р для снижения содержания углекислоты в конд енсате водяного пара, две обогревательные камеры для предотвращения замерзания воды промеж уточного циркуляционного контура в случае выключ ения агрегата, особенн о п ри установке его на открытом воздухе.

Ожидаемый годовой эко н омиче ский эффе кт от использования контактных аппаратов составляет, ты с. руб.: для ЭК -БМ1-1 около 8-1 0, ЭК -БМ1- 2 около 27- 30, АЭ-06 - 12-1 3*.

* Вел и чины экономическо го эффекта приведены в цен ах 1 989 г .

Схема установки контактных экономайзеров предпочтительна авто н омна я для каждого к отлоаг рег ата, что предот вращ ает присосы холодного воздуха в экономайзер при отключении одно го из котлов. Групп овая схема подключения может бы ть принята только в существ ующих котельных как вынужденное реше ние.

Пр еимущ ественны е области применения контактных экон омай зеров: нагре в исходной воды, подп ито чн ой в оды дл я тепловых сетей, питат ельной воды для котлов, нагрев воды для систем горячего водоснабжен ия, а также подогрев воздуха для отопления и кондиционирования.

Распространенным видом контактных теплообменников ск ру бберн ого типа являются нас адочны е аппара ты, в которых в ка честве насадки преимущественно используют кольца Рашиг а.

Пр и веденные типы контактн ых экономайзеров устанавливают за котлами мощ ностью свыше 2,5 т/ч (1 ,5 Гк ал/ч). Для котлов мал ой производительности контактные экономайзеры могут быть изготовлены в индивидуальном п орядке в ка че стве н естандартного оборудования либо могут быть использов аны блоки экономайзера ЭК -БМ1 для установки в качестве групп ового эконом айзера.

Одним из п ре имущ еств использова ния скрытой теплоты парообразования дымовых г азов является возможность использования получаемого конденсата, т.е. экономия в оды.

Количество сконденсировавшейся и з д ымовых газов воды можно опреде лить п о соотношению:

Ск = G с г B ( d ′г - d ″г),                                                             (2)

где G г - количество конденсата, кг/ч; G с г - расход сухих дымов ы х газов, кг/м3; B - расход топлива на к отел, м3/ч; d ′г , d ″г - в л аго содерж ание дымовых газов соотве тственно на входе и вы хо де из утилизатора, кг/кг с.г . (сухих газов).

Анализ во д ы на дей ствую щих контактных экономайзерах показал, что содержан ие с вободного угле кислого газа на в ыходе из конта ктно й камеры м ожет достигать 1 00 мг /л при температуре воды 30- 50 ° С [ 2]. В связи с эти м у меньшается концентрация водородных ионов, в результате рН становит ся н иже 7, а вода приобретае т я рко выраж енные кислотные свойства. Для исполь зования к онд енса та в каче ств е п ита тель ной воды необходима ус танов ка дека рбони зато ра . Опа сность коррозионной активнос ти воды при пониж енном зн ачении рН сущ ествует , особенно при малой жесткости и небольшой би карбон атной ще лочн ости исх одной в оды .

Испол ь зова ние воды, находяще йся в непосредственно м контакте с дымовыми г азами , для бытовых целей запрещен о, поэ тому нео бходимо использование промежуточного тепл ообмен ника.

Схема утилизаци и теплоты дымовых газов за котлом паро производите льностью 1 т/ч представлена на рис. 2. Для подачи газов через экономайзер за ним установлен вентилятор Ц13- 50 № 3. Для во зможности переклю чения дымовых газ ов помимо установки имеются переключающие заслонки. Прим енени е такой установки позволило повысить КПД с 82 до 93 % (по в ы сшей теплоте сгорания). Температура у ходящи х газов снижалась с 180 -160 до 4 5- 38 ° С, подогрев воды в тепл ообменнике п ро изводился от 1 0 до 34- 30 ° С. Годов ой эк ономи ческий эффект составил 7 тыс. ру б. [ 4 ] .

Р ис. 2. Схема утилиз ации д ымовы х газов парового к отла:

1 - котел ; 2 - к онта ктный экономайзе р; 3 - венти лятор; 4 - теплообменник; 5 - бак орошающей воды; 6 - бак горячего в одо снабже ни я

С хема котельной с контактным тепл оути ли затором без водоумягчительной у ст ан овки , разработанная Киевским НИИ С ани тарн ой техники и оборуд овани я зданий [ 1], п редставлена на рис. 3.

П рак ти ческ ое примен ение такой схемы в котельной Челя бин ск ого завода о ргстекл а показало, что в результате конд ен сационных процессов в утилизаторах может быть получе но к оличеств о кон денсата, способное полностью в озмести ть пот ре бн ость к отельно й, при этом он а может эксплуатиров аться бе з хим водоочи стки (при воз врате из системы теплоснабжения 66 % конденсата).

Ри с. 3. Схема котельной с контактн ым тепл оутили затором без в одоумяг чи тельн ой уст ановки:

1 - котел; 2 - контактный экономайзер; 3 - деа э ратор; 4 - дек ар бони затор; 5 - теплообменник горячего водосн абжен ия; 6 - бак; 7 - промежуточный теплообменник; 8 - теплообменн ик; 9 - система тепл осн абжени я; 1 0 - возд ухоподогре ватель

Н агретая в экономайзе ре вода стек ает в дек арбони затор и с п омощью насос а направляется в пр омеж уточный теплообменник системы горяче го водоснабж ения, а затем во зв ращ аетс я с нова в экономайзер [ 2] . Часть воды подается в бак, оттуда насосом - в де аэратор и идет на подпитку си стемы теп лоснабжения. Вода, циркулирующая в возд ухоподогревателе 1 0, с мешивается с водопроводной водой , часть которой возмещает ее поте ри за с чет испарения в воздухоп одогревателе , а ее остаток удал яется в канализац ию. В теплообменн ике 8 в ода, пос тупившая и з подогрев ателя 1 0, н агревается и вновь поступае т в это т подог ре ватель.

Эксплуатац ия такой установки позволил а снизить н а 1 0 % удель ны е кап итальные вложения и на 1 5 % себестои мость вы рабатываемой тепл овой энергии.

М ак симальн ая тем пература, до которой можно нагреть воду при прям ом теп лообмен е в контак тном теплообменнике, обычно состав ляет 50 -70 °С . Для существ енного повышения температуры нагреваемой жидкости возможн о исп ользование в качестве промежуточного теплоносителя жидкостей с более высокой температурой кип ения (следовательно, и с более высокой темп ерату рой « мокрого термометра» ). В качестве такого тепл оносителя могут быть испо ль зов аны вы сококипящи е органические теплоносители, минеральные масла, которые нагреют воду в пром еж уточном теп лообменнике. При этом необходима за к онтактным экономайзером по ходу газа установка водяного эконом ай зера, охлаждающ его дополнительно уходящие газы до температур, исключающих существован ие в уходящих газ ах паров промеж уточного теплоносителя и одновременно утилизирующего дополнительное количество теп лоты.

Л атгип ро промом и Рижским по литехническим институтом разработ ан а к онструкция контактных орош аемых теп лообмен ников с акти вной насадкой (КТ АН ) [ 13] .

КТАН является те п лообменником рекупе рати вно-см еси тельно го типа. В нем органи зуются автономн ые п отоки воды, нагрев аемой при н епосре дственно м контакте с дымо выми газами и чистой воды, подогреваемой в поверхн остн ом теп лообменн ике. Поток орошаемой воды интенсифицирует процесс теплоп ередачу от дымовых газов к чистой воде в поверхнос тном тепл ообменнике.

Температура воды на выходе из н асад ки ограничивается температурой мокрого термометра дымовых газ ов, которая составляет 55-65 °С. Поэ тому температура во ды на выходе из активной н аса дки принимается равной 50 °С .

Разработан ряд типов КТАН ов для газ ифицированных котлов, т еплоп рои зводит ельн ость которых 0,23-11 6,3 МВт (0,2-1 00 Гкал/ч ).

Основн ы е типы и характеристики К ТАНов , марки котл оагрег атов , для к ото рых рекоменду етс я установ ка утилизаторов и рекомендации по комплектации КТАНами кот лов для различны х условий работ котельных приведены в та бл. 1- 3.

Особенность ю схемы с пр именением КТАНов по сравнению с традиционной схемой скр уббера с промежуточным теплообменником является то, что процесс теплообмена газа с орошающей и нагреваемой водой происходит одновременно на одной поверхности теплообмена. Практически невозможно в КТАНе осуществить противоток для обоих теплоносителей. Соблюдается противоток только при теплообмене между орошающей водой и нагреваемой, а между газом и орошающей водой существует прямоток, что снижает интенсивность тепломассообмена.

Д ос тоин ством КТ АН является больш ая интенсивность проце ссов тепло- и массообмена газов и орошающей воды за сче т повышения (до 6- 8 м/с) скорости газов, а также компактность, поскольку все тепл ообменны е поверхности сосредото че ны на одном месте. Однако в эксплуатации КТАН не очень удобе н, так как ремонт трубчаты х п оверхно стей требует остан овки котла.

Сл е дует отмстить, что если для тради ционной сх емы обы чного конта ктного экономай зера с выне сенным теплообменником име ется боль шое количество экспе ри ме нтальны х данны х, то КТАНы провере ны недостато чно в усл овиях практи ческой эксплуатации и, видимо, долж ны быть внесены коррективы в их характеристики п о ме ре накоплени я данных.

Если при установке КТАН а на номинальную теплоп роизводи тельн ость тепловая н аг рузк а потребителей ниже номинальной, сле дует изменя ть колич еств о дымовых газ ов, перепускаемых по обводно му газо хо ду. При этом изм еняется температура дымовых газов за КТ АН ом , а т епл оп роиз води тельно сть КТАН а остается неизменной .

Е сли т ребуемая п ов ерхность теп лообме на больше ф актич еск ой пове рхности КТАН а, ко эффициент обв ода увеличивают, у вели чив ая расход дымо вых газов через КТ АН и уменьшая расч етную п оверхность н агрева. В слу чае же, когд а рас четная поверхно с ть м ен ьше ф акти ческой, ум еньш ают к оэффициен т обвода, что при води т к уменьш ению расхода дым овы х газ ов через КТАН и ув ел ичению р асче тн ой поверхн ости нагре ва.

Таблица 1

Осн овные т ехни чески е ха рактеристики ти пово го ряда КТАН ов-утили заторов

Показатель

Тип котлоагрегатов

Е-0 ,2 /9Г; Е -0,4 -9Г; (МЗК-8Г); «Фа ке л»; 0,63ГМ

Е -1 -9 Г-1; МЗК- 7АГ -1 ; « Братск-1 Г»; «Ф ак ел-Г»

Е-2, 5-0,9ГМ; ДКВР-2,5-13; ДЕ-4-14ГМ

КВГМ-4; ДКВР-4-13; ДЕ-6,5-14ГМ

КВГМ-6,5 ; ДКВР-6,5-13; ДЕ-10-14ГМ

КВГМ-1 0; ДКВР-1 0-1 3; ДЕ-16-14ГМ

Е-35-40ГМ; КВГМ-20; ДКВР-20-13; ДЕ-25-14ГМ

КВГМ-30; ТВГМ-30; ДКВР-35-13; Е-50-14-40ГМ

КВГМ-5 0 ; ПТВМ-30-М ; ПТВМ -50; Е-7 5-1 4/ 40ГМ; Е-100 -1 4/24

КВГМ-100; ПТВМ-100; Е-160-24

Марка

КТАН -0,05УГ

КТАН -0,1 УГ

КТ АН -0,25УГ

КТАН -0,5УГ

КТА Н -0,8УГ

КТАН -1 ,5УГ

КТАН- 2, 3УГ

КТАН -4,5УГ

КТАН-6УГ

КТАН- 1 2УГ

Те пл оп ро изводи тельнос ть, МВ т

0,006-0,06

0,0 1-0 ,1

0,03- 0 ,3

0,06- 0 ,6

0,1-1

0, 2 -1,7

0,3-3

0, 5 -6

0,7-7

1 ,4-14

Расход н а греваемой воды ( номинальный), т/ ч

1

2,5

6

1 2

20

30

75

1 40

1 50

1 30

Тем п ература нагреваемой воды, °С:

на входе

5-20

5-20

5-20

5-20

5-20

5 - 20

5-20

5-20

5-20

5-20

на выходе

45-50

45-50

45- 5 0

45-50

45 - 50

45-50

45-50

45 - 50

45-50

45-50

Табли ца 2

Р ек оменд ации п о к омплект ации КТ АН ами котлов для различных усл овий ра боты к отельны х

Услов и е работы котельной

М а рка котлов

Е-2 ,5 -0,9ГМ; ДКВР-2, 5-1 3; ДЕ -4-14ГМ

КВГМ -4; ДКВР 4-1 3; Д Е-6,5-1 4ГМ

КВГМ- 6,5; ДКВ Р-6,5 -1 3; ДЕ -1 0-1 4ГМ

КВГМ-10; ДКВР-10-13; ДЕ-16-14ГМ

Е-25-40ГМ; КВГМ-20; ДКВР-20-13; ДЕ-25-14ГМ

КВГМ-30; ТВГМ-30; ДКВР-35-13; Е-50-14/40ГМ

КВГМ-50; ПТКВМ-30; ПТБМ-50; Е-75-14/40ГМ; Е-100-14/24

КВГМ-100; ДТВМ-100; Е-150 -24

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Водогр ей ные и ли паров од ог ре йные коте льны е теп лосн абжения или с ц ент рали зов анным горячим водосн абжением из котельной :

в открытой си стем е

при Q пар / Q в = 2,5 п аровые к от ельны е с возвратом конд ен сата м енее 20-25 %

КТАН-0,25УГ

КТАН-0,5УГ

КТАН-0,8УГ

КТАН-1,5УГ

КТАН-2,3УГ

КТАН-4,5УГ

КТАН-6УГ

КТАН-12УГ

в закрытой системе

при Q пар / Q в > 2,5 п аровые к от ельны е с возвратом конд ен сата более 25 %

КТАН-0,1УГ

КТАН-0,25УГ

КТАН-0,5УГ

КТАН-0,8УГ

КТАН-1,5УГ

КТАН-2,3УГ

КТАН-4,5УГ

КТАН-6УГ

Та бл ица 3

Технические х арактеристики КТАНов- утили заторов

Показатель

Марка КТ АН а

КТАН-12УГ

КТАН -6УГ

КТАН-4,5УГ

КТАН-2,3УГ

КТАН -1, 5УГ

КТАН-0,8УГ

КТ АН -0,5УГ

КТА Н -0,25УГ

КТАН -0,1УГ

КТАН -0,05УГ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

11

Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч)

1 2

(1 0,32)

6

(5, 1 6)

4,5

(3,87 )

2,3

(1, 98)

1 ,5

( 1 ,29)

0, 8

(0,68)

0,5

(0,43)

0,25

(0,2 1 )

0,1

(0,085)

0 ,05

(0,043 )

Ра с ход дымовых газов, нм3

- 35,9

1 7,96

1 3,44

6,68

4,5

2,2

1 ,38

0,69

0,23

0, 1 3

Т е мп ература наг реваемой воды, ºС:

на входе в КТ АН

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

на в ы хо де из КТАН а

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

Т емперату ра дымовых газ ов, ºС:

на входе в КТ АН

1 40

1 40

1 40

1 40

1 40

1 50

1 60

1 60

250

250

на в ы хо де из КТАН а

40

40

40

40

40

40

40

40

40

4 0

Р а сход орошающей воды, кг/с (м3 /ч)

18,8

(67 , 7)

9,4

(33,8)

5,7

(24,1 )

4,5

( 16 ,2)

3,5

( 12 ,5)

1 ,75

(6,3)

1 ,2

(4,3)

0,6

(2, 1 6)

0, 17

(0,6)

0,08

(0,3)

Расход нагреваемой воды, кг/с (м3/ч)

6 4,2

( 231 )

32,1

(115)

23,9

(8 5,5)

12,3

(44)

8

(28,8)

4,3

(1 5,5 )

2,7

(9,6)

1 ,35

( 4, 9)

0,56

( 2 )

0,28

(1)

Раз м еры КТ АН а, м:

длина

3,78 5

3,78 5

3,78 5

3,785

2,662

2,5 7

1 ,704

1 ,305

0,92

0,79

ширина

5,792

3,4 78

2,404

1,8 24

1 ,75

0,994

1 ,344

1 ,344

0,4 8

0,48

в ы сота

5,52

5,52

5 ,24

4,74

4, 1 58

4, 11 3

3,3

2,595

2, 1 94

1 ,882

Пр о ходные сечения для теплоносителе й, м2 :

по воде

1 ,9 3 ×10 -2

2 ,4 6 ×10 -2

1 ,86 ×10 -2

1 ,34 ×10 -2

1,11 ×10 -2

0,55 ×10 -2

0 ,31 ×10 -2

1 ,54 ×10 -2

0 , 55 ×10 -2

0 ,39 ×10 -2

по га з ам

4,6 1

2,3

1 ,73

1 ,1 5

0,78

0,39

0,36

0, 1 8

0,0425

0,0304

Поверхно с ть теплообмена, м2

362

1 81

135 ,8

90,5

52,4

3 1 ,2

25

1 2,5

2,59

1 ,84

Аэро дин ам ического сопр отивлени е, Па

6 7 5

657

569

448

493

454

206

270

490

29 3

Гид равли ческое сопротивление , МПа

0,025

0,02 5

0,02 4

0,0 1 3

0 ,009

0,0 1

0,0 18

0,0 1 9

0,022

0,0 1

Ма с са, кг

1 2636

6675

4990

3236

2556

1 458

11 41

682

1 70

11 9

В том слу ч ае, когда тепл опроизв одите льно сть котла уменьшается за сче т п окрытия части нагрузки котла КТАН ом , т епл опрои зв оди те льн ост ь КТАНа оцен ивается по форм уле

,                                ( 3 )

г де QpH - ни зш ая теп лотв орная способн ость топлив а, кДж/нм3 ; ηк - КП Д котла; η об - ко эффици ен т, у читывающий доли ра сх ода дым овых га зов , пе ре пускаемых помимо КТАН а по обв одному газоходу для п од сушки ды мовых газо в, проходящ их через КТАН ; J ′ , J ″ - соответственно энталь п ия дымовы х газов перед КТАН ом и п осле него, кДж/кг ; G с г - удел ь ный ма ссов ый расход су хи х дым овы х га зов, кг/нм3 ; В - расход топлива на котел при работе без КТ АН ов-утили заторов, нм3 /ч.

Если т епл опро изводи тельн ос ть котла при установке КТА На не меняется, тогда тепл оп роизводительн ость определяется по форм уле

Q кт = G с г ( J ′ - J ″ ) B η об ,                                                     (4)

Т е пл обал ансо вы е расчеты по возможным п отребител ям тепл оты в паровых и во догрей ных котел ьны х, проведенные Латгипропромом, п редставлены в табл. 4- 6.

Анализ те пл обал ансовы х расчетов показ ал, что в открытых систем ах теплоснабж ения и в с истемах с цен трал изованн ым горячим в одоснабжением КТАНы , установл енны е в водо грейных и паро вод ог рейны х котельны х, при соотнош ении н агрузок 50 % / 50 % , им еют полную загрузку п ри всех режи мах ра боты . В паро во дог рейны х котельных в средн еотопи тельно м режиме КТ АНы имеют полную загрузку и при мен ьшей чем 50 %-н ой доле водогрейной з аг рузки из общей н агрузки котель ной .

Таблица 4

Те пл обалан совы й расчет п о воз можны м п отре бителям теп ла КТ АН а в водогрейной котельной при расчетном режиме

П оказат ел ь

Тип к отла

К ВГМ-4

КВГМ-6,5

КВГМ -10

КВГМ -20

КВГМ- 30

КВГМ -50

КВГМ-100

1

2

3

4

5

6

7

8

Тепло п рои зводи тел ьн ость котла, МВт (Гк ал/ч)

4,65

(4)

7,56

(6, 5)

11,6

( 10 )

23,2

(20)

35

(30)

58

(50 )

116 ,3

( 1 00)

Во зм ожная тепл опро изводит ель ность КТАН, МВ т (Гкал/ч)

0, 5 4

(0,493)

0,94

(0,8 0 5)

1 ,64

( 1, 41 )

3,33

(2,86)

4, 9 3

(4 , 24)

6,7

(5, 7 6)

13,4

(11 ,5 2)

Потребители котельной для закрытой с и стемы теплоснабж ения

Р асход теплоты на подогрев подпи точн ой воды

МВт (Гкал / ч)

0,09

(0,08)

0,15

(0,13)

0,23

(0,02)

0,46

(0,4)

0,67

(0,6)

1,2

(1)

2,3

(2)

%

16

16

14

14

14

17

17

дутьев ого воздуха:

МВ т (Гк ал/ ч)

0, 1 35

(0, 11 6)

0 ,2 06

(0, 1 17)

0,343

(0,295)

0 ,64

(0,55)

0,96

(0,826)

1 ,56

( 1 ,34)

3

(2,57)

%

23

2 2

20

1 9

1 9

23

23

Итого...

МВт (Гкал/ ч)

0,23

(0, 1 96)

0,357

(0,307)

0,552

(0,475)

1,1

(0,95 )

1 ,66

( 1 ,426)

2,7 2

(2,34)

5,3 1

(4,57)

%

39

39

34

33

33

40

40

Потребители котельной для открытой системы теплоснабжения или котельной с централизованным горячим водоснабжением

Рас хо д теп лоты н а по дог рев подпи то чно й вод ы или в оды для централ изованного горячего во досн абж ения :

МВт ( Гк ал /ч)

0,65

(0,558)

0,36

(0,3 1 )

1,6 3

(1,4 )

3,26

(2, 8)

4,88

(4,2)

8, 1 4

(7)

1 6,3

( 1 4)

113

114

100

99

100

121

121

Таблица 5

Те пл обалан совы й расчет п о воз можны м п отре бителям теп ла КТ АН а в котельной с паровой и водогрейной нагрузкой при расчетном режиме (% от возможной нагрузки КТАНа)

Расход т еплоты , %

Возврат конденсата, %

Соотношение нагрузок котельной, % / %

7 5 / 25

50 / 50

25 / 75

В закрытой системе

На п одпитку тепловы х сетей и питание котлов

80

11

1 3

1 4

50

25

22

19

25

3 5

30

2 2

На подогрев дутьево го воз ду ха

-

20

20

20

Ито г о

80

31

33

34

50

45

42

39

25

55

50

36

В открытой системе

На подпитку те п лов ой се ти

-

27

54

8 1

На подогре в д уть евого воздуха

-

20

20

-

На питание паров ы х кот лов

80

9

6

3

50

22,5

15

7,5

25

34

23

11,5

Итого

80

56

80

84

50

69,5

89

88 ,5

25

8 1

97

92,5

Таблица 6

Те пл обалан совы й расчет п о воз можны м п отре бителям теп лоты КТ АН а в котельной с чисто паровой нагрузкой при расчетном режиме

П оказате ль

Возврат конденс ат а, %

Тип котла ДКВ Р

2,5-13

4 - 13

6,5-13

10- 13

20- 1 3

35-13

1

2

3

4

5

6

7

8

Теплопроизводительность котла , МВт (Гкал/ ч)

-

2,4 9

( 2,1 4)

3,9 9

(3,43)

6 ,45

(5,57)

9,89

(8,5)

1 8,6

(16 )

3 4,9

(30 )

Во зм ожная тепл опро изводительность КТ АНа , МВ т (Гкал/ ч)

-

0,32

(0,275)

0,51

(0,44)

0,81

(0,7)

1 ,29

( 1 ,11)

2, 2 7

( 1, 95)

5 ,1

(4,39)

Расхо д теп лоты на по догрев, Гк ал/ ч или % от Q кт

пи тательн ой воды:

М Вт (Гкал/ ч)

80

0,04

(0034)

0,063

(0 ,054)

0,102

(0,088)

0,15

(0,13 )

0,29

(0,252)

0,52

(0,45)

%

12

12

12,5

12

13

10

МВт (Гкал/ ч)

50

0,097

(0 , 084)

0, 1 57

(0,135)

0,256

(0, 2 2)

0,3 8 7

(0 ,3 33)

0 ,7 33 (0,63)

1,31

(1 ,125 )

%

30

30

30

3 0

32

2 5

МВ т (Гкал/ч )

25

0,149

(0,128)

0,235

(0,202)

0,38

(0,33)

0,59

(0,51)

1 ,1

(0,945)

1,97

(1,69)

%

45

46

47

45

48

38

д утьев ого во зду ха:

М Вт (Гкал/ч)

-

0 ,07

(0,06)

0, 11

(0,095)

0, 1 8

(0,154)

0 ,2 7

(0,236)

0 ,5 7

(0,44)

0,98

(0,845)

%

22

22

22

21

22

19

И того :

М Вт (Гкал/ ч)

60

0 ,11

(0,09 4)

0, 1 73

(0, 14 9)

0,28 1

(0,2 4 2)

0,426

(0,336)

0,8 0 5

(0 ,6 92)

1 ,51

( 1, 295)

%

34

34

34 ,5

33

35

29

МВт (Гкал/ ч)

50

0, 1 67

(0, 1 44)

0,267

(0,23)

0,435

(0,374)

0,66

(0,569)

1,2 4

( 1, 07)

2,29

( 1 ,97)

%

52

52

52

5 1

54

44

МВ т (Гкал/ч )

2 5

0,2 1 6

(0, 1 86)

0,345

(0,297)

0 ,56

(0,484)

1,1

(0,946)

1 ,61

( 1 ,385)

2,95

(2,535)

%

69

6 9

69

57

70

57

В водогрейн ы х и паровод ог рей ны х котельны х, работающи х в зак рыты х системах тепл оснабже ния, а такж е в чист о паровых котельных, КТ АНы н ед огруж ены. Пр оцент н ед огрузки колеблется в широких п реде лах в зависи мости от услови й работы к отельной и лежит в пределах от 20 до 70 %. В п одобны х случая х рек ом ендуе тся устана вли вать К ТАНы меньшего тип ораз ме ра, соответствующие имеющейся теп лов ой нагрузке, и ли у ста новку КТАН ов не за всеми котлам и с возможностью переключения с одного котла на другой .

В озмож ны е схе мы подклю че ния КТ АН ов по воде представлены на рис. 4.

Принципиаль н ая схема котельной с установленны м КТАНом и конта ктным подогрева телем д утьевого в оздуха приведена на рис. 5.

Гор я чие га зы от к отла п оступают в КТ АНы , где подог реваются хим очищ енная и исходная вод а в труба х активной насадки. Охлажденные дымовые газы дым ососом н аправля ются в дым ов ую трубу. Для и склю чения образования конде нсата в дымовой трубе и п одводящ ем борове и ме ется частичный перепуск газов п о обводному газоходу. П одог ретая орошаю щая в ода из КТ АНа нап равляе тся в контактн ый воздухоподог рева тель для подогрев а дуть евого воздуха котла. Охлажденная в воздухо подог ревателе орошающ ая вода направляется насосом на орош ен ие в КТ АН . Из быток воды за счет конденсации влаги из дымовых газов направля ется в сборный бак.

По требования м вод оподго тови тельн ого ци кла котельной подог рев исходной воды п еред водоп одгото вит ельной установкой производи тся до 20 °С . В нижней ча сти насадки КТ АН а осуществляется подогрев исходной воды от 5 до 20 ° С, а в ве рхней части п одогрев хим очищ енн ой воды от 20 до 50 °С .

В в одогрейных котельных , работающих в закрытых си стемах теплосна бжения, расход тепл оты на подогрев подпиточной в оды составляе т около 30 % от возможной теплоп рои зводит ельности КТАН а в средн еотопите льном режиме и всего 1 4-1 7 % в расчетном режиме. Для этих котельных целесообразна устано вка воз д ухоподо грева телей д ля н аг рева дуть ев ого воздуха к от лов. П одог рев в ра сче тном реж име ду тьевого воздуха до 30 ºС позволяет исп ользова ть около 20 % теп лоты, п олу чаемо й в КТ АНе -ути ли за торе. В среднеотопительном режим е этот п роцент сн ижае тся д о 1 5 %.

Р ис. 4. Схем ы вклю чения КТАНов :

а - в ко тельной с цент рализов анной си стемой горя чего водо снабж ени я; б - в котельной для от крытой или зак рытой си стем тепло сн абжения; в - подключение воздухоподогревателя

Рис. 5. Принци пи ал ьная схема уста новки КТ АН ов в ко тельной:

1 - котел; 2 - контактн ы й возду хоп одог рева тель; 3 - КТАН; 4 - вентиля то р; 5 - дымосос; 6 - насос орошения КТАНа; 7 - на сос ороше ния воздух оподог рев ателя ; 8 - бак орошающей воды; 9 - ре гулирую щий клапан

Суммар н ая нагрузка КТ АН ов в в одогрейных котельных, работающ их в закрытых си стема х теплоснабжения, составляет 35- 50 % от возможной т епл опро изводи тель ности в завис имости от режима работы котельной.

В ко те льны х, работающих в закрытых си стемах теплоснабже ния, часть утилизи рова нного теп ла м ожет быть исполь зов ана д ля подогрева обратной сетевой воды в систе ме теплосн абжения.

О дн ако в КТАНах подог рев обратной се тевой воды нецелесообразен, так как в течен ие отопи те льного сезон а температура ее выше или срав ним а с мак симально в озможн ой тем пературой подогрева воды в КТАНе.

Разработанный типоряд КТАНов поз в оляе т и спол ьзовать эту к он струкцию в широком диапазоне мощностей за котлам и тепл опрои зводи тель нос тью 0,23-1 16,3 МВт, но эта к онст рукц ия нужд ается в дополнительной экспериментальной проверке.

Р асче тные да нны е по годовой эконо мической э ффективности для КТ АН ов, уста навл ивае мых за водогрейными и паровыми котлами, приведены в та бл. 7. Согласно расчетам, о куп аем ость кап италовлож ен ий находится в предела х 1- 3 ле т в зав исимости о т мощности котла . Себестоимо ст ь те пловой эн ергии в 5-10 раз ниж е, че м при в ыработке из котельн ой . Годовой экономический эфф ект выш е дл я паровых к оте льных вследстви е большой прод олжительности работы котлов в те чен ие года.

В последнее в ремя зн ач ительн ое внимание уделяется разработке мероп ри ятий по утилиз ац ии теплоты дымовых газов для котель ных мощн остью свыше 11 6,3 МВт. Для средних мощностей преимущественно предлагае тся исп ользовать подогреватели воды и возд уха . Раз рабо тка п роектн о-кон структ орски х решений п роводи лась ВНИПИэн ергоп ромом (Ук раинск ое, Б аки нское отд еления), МИН Х им. Г. В. Пле ханов а.

В рассматриваемы х решен иях в зависим ости от ко нкретны х условий может быть увеличен коэффициент исп оль зования топлива на 4-1 2 % по сравнению с установками без ути ли зации теплоты уходящих г азов.

В основном, техническ ие решения основаны на применении контактных охладителей уходящих газов и контактных воздухоп одогревателей.

Схема утилизации теплоты уходя щ их дымовых газов для отк ры той и закрыто й систем теплоснабжения с котлами КВГМ-180 п риведена на рис. 6. На рис. 6, а уходящи е дым овы е газы охлажд аются в контактном те плообменн ике 3 до 52 ° С. О рошающ ая вода циркулирует в замкнутом контуре, отдавая теплоту в воздухоподогревателе 5 и охлажд аясь от 67,2 до 10 ºС . В ка л орифере 6 произ во дится дог рев воздуха на 3-5 ºС выше точки росы . С целью более полной утилизации те плоты у ход ящих г азо в часть в оды из ц иркуляционного ко нтура проходит чере з водоводяной теплообменник 4, в котором осуществляется подогрев подпиточной воды с 5 до 52 ° С.

Таблица 7

Расч е тная год овая экономи че ск ая эффективность установки КТАНов (данные Латгипропрома)

Тип котлоагрегатов

Капита льные вложения

Годовая экономия условного топлива, т у.т/год

Го д овая вы ра ботка теплоты за счет утилизации, ГДж (Гкал )

Го д овая потребность в электроэнергии, кВт · ч

Экономия топлива, тыс. руб .

Годовые эксплуатационные расходы, тыс. р уб.

Себестоимость, руб/ГДж (руб/Гкал )

Годовой экономический эффект, тыс. руб.

Окупаемость, лет

на электроэнергию

на амортизацию

на текущий ремонт

Всего

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Водогрейные котлы

КВГМ-4- 1 50

8,58

190

5573

( 1 330)

17 250

4,6

0,52

0, 7 3

0, 1 5

1,4

0,2 5

(1,05)

1 ,91

2,7

КВГМ-6,5- 1 50

10,28

26 0

7 626

( 1 820)

25000

6,29

0,75

0 ,8 7

0, 1 7

1 ,79

0 , 2 3

(0,98)

2 ,96

2, 3

КВГМ-10- 1 50

13,5

4 1 5

1 21 72

(2905 )

3 1 464

1 0,04

0,94

1 ,15

0,2 3

2, 32

0, 1 9

(0,79)

5,7

1 ,7

КВГМ-20- 1 50

1 6,08

765

22437

(5355)

50430

1 8,51

1,51

1 ,87

0,27

31,5

0,14

(0,58)

12,95

1

КВГМ-30- 1 50

1 9,63

1290

378 3 6

(9030)

84 1 25

3 1 ,21

2,52

1 ,67

0,33

4 ,5 2

0, 12

(0,5)

23, 7 5

0,7

КВГМ-50- 1 50

29,23

23 00

67 4 59

(1 61 00)

101896

55,65

3, 0 6

2,48

0,50

6,04

0, 09

(0,37 )

45,23

0,6

КВГМ-100- 1 50

66,2 5

4560

1 33745

(3 1 92 0)

183260

11 0,33

5,5

5 ,63

1 ,1 3

1 2 ,26

0,09

(0,38)

88,13

8,7

Паровые котлы

ДЕ-4-14ГМ

6,15

162,8

4775

( 11 39,6)

9840

3 ,94

0,29

0, 5 2

0,1

0,9 1

0, 1 9

(0,79)

2 ,11

1 ,6

ДЕ-6,5-14ГМ

6,5 1

425, 1

1 2468

(2975,7)

29 0 40

1 0,29

0,87

0,55

0,11

1 ,53

0,12

(0,51)

7,7 8

0,7

ДЕ-10-14ГМ

9 , 08

540

1 5838

(378 0 )

3 1 07 3

1 3,07

0 ,93

0,77

0, 1 5

1 ,85

0, 11

(0,48)

9,86

0,8

ДЕ-16-14ГМ

11 ,92

1 002 ,8

294 12

( 7 01 9,6)

37470

24,26

1 ,1 2

1 ,01

0,2

2,33

0, 08

(0,33 )

20 ,1 4

0,5

ДЕ-25-14ГМ

1 5,01

1 080

3 1 676

(75 6 0)

5 1 735

2 6,1 3

1 ,55

1 ,28

0,26

3,09

0,09

(0,4)

20,7 9

0,6

Ри с . 6. Схема ути лизации теплоты уходя щи х газов:

а - д ля закры той тепловой се ти ; б - д ля открытой теп ловой сети; в - для отк ры той те плов ой сети с и спольз овани ем промежуточного теплообменника; 1 - водогрейный котел; 2 - оборудование химводоочистки и деаэрации тепловой сети; 3 - контактный охладитель газов; 4 - теплообменник подогрева подпиточной воды; 5 - контактный воздухоподогреватель; 6 - калорифер догрева воздуха; 7 - н асос подпиточной воды

В с л учае работы устано вки без теплообменни ка 4 сырая вода после ск ру ббе ра-о хл ади теля газов 3 отби раетс я из циркуляционного контура и подается непосредственно на химводоочистку (ХВО) и деаэ рацию 2 тепл ов ой сети .

В летнем режиме в о зду хоподогре ватель отключается вме сте с циркуляицонным контуром и насосом ц ирк уляции, а в ся подпиточная вода п осле охлажд ения газов из скруббера 3 подается на ХВО и деаэрацию.

При м аксим альн ой нагрузк е, ко гда вы пари ваетс я вода из ци ркуляционн ого контура, последний п ополняется сырой водой, а при средних на грузка х, к огд а п ро исходит кон денсация водяных паров из продук то в сго рани я, они и спольз ую тся для подпитки тепловой сети, что со ставляет около 6,75 % от расхода подпиточной в оды.

Утилизация тепло ты уходящи х газов ко тла, работающего н а открытую систему теплоснабжения, предусматривае т подо грев только подпиточной воды .

Схема утилизации теплоты дымовых газов для отк ры той тепловой сети показана на рис. 6, б, где нагрев подпиточной воды осуществляется непосредственно в скруб бере и при температуре около 60 ºС подается в ХВО и деаэрацию тепловой сети .

При необходимости в цирку ляци онный конту р мож ет быть включен промежуточный теплообменник, в котором нагрев подпиточной воды б уде т производи ться с помощ ью орош ающей воды, т.е. подпиточная вода не будет и меть прям ого конта кта с продуктами с горани я (рис. 6, в ).

В схе м е для открытой систем ы т еплоснабжен ия вся подпит очная вод а п одогревается в контактном охладителе г азов до темпера туры около 30 % и подается на ХВО и деаэрацию. Включ ение в к онту р утилизации в оздухоподо гревателя для открытой тепло в ой се ти н ецелесообраз но вследствие н али чия больш ого к оли честв а воды , достаточн ого для эффективного охлаждения прод уктов сгоран ия. В случа е закры той си сте мы теплоснабжения ввиду недостаточного ко личества охлаждающей воды в контур утили зац ии вклю чен в озду хоп одог реватель . О пыт рабо ты си стемы теплоснабжения показал, что при обработке воды н а фильтрах в катионитном КУ- 2 и вакуумной деаэрацией практически полност ью уходя т из воды п род укты н еполного сг орания топлива, раств орен ные в процессе прохождени я в оды и газа в контактном эк оном айзере.

Д л я сниж ения корро зионн ых пов реждений в дым овой трубе часть га зов по байпасной линии перепускается мимо охл адителя газов.

У тили зационн ое оборуд овани е разра батывалось к ак не станд артн ое применительно к к онкретн ым объекта м.

Т е хнико- экон оми чески е показате ли системы приведены в та бл . 8.

Табл и ца 8

Те хнико-экон омиче ски е пока зате ли си стем утилиз ации теп лоты ух одящих газов котла КВГМ -180 [ 11]

Си с тема ути лизац ии теп лоты уходящих г аз ов

Сре днегод ов ая экономия газ а, %

Год о вой экономический эффект от прим енени я ути ли зации , руб /год

П о догрев в оздуха и подпиточн ой воды (для закрытой с исте мы теплосн абжения)

5,2

224,19

П о догрев подпиточн ой воды (для открытой с исте мы теплосн абжения):

в п роме жуточном теплообменнике

11,4

529,6 1

непосред с твен но в охладителе газов

1 2,3

583,78

Недостатком использования контактных теплообменников я вля ется нали чие подог ретой орошающей воды, насыщенной углекислотой, нагрев воздуха в отдельном контактном возду хоп о дог ревате ле к по даче сильно у влажн енного воздух а в топку котла , ч то приводит к сни жению темпе рату ры дым овых газов в топк е и сн иж ен ию произв одительности котла. Для устранения эти х недостатков п редл ожены с хемы утилизации теплоты, в которые в клю чены контактные п одогреватели со встроенны ми дек арбони заторами .

Принципиальная схе ма утилизации теплоты дым овы х га зо в, с п рим ен ени ем поверхностного в оздухоподогревателя п редставл ена на рис. 7, а . Охлаждающая вода подается сверху в контак тный теплообменник н австречу в осходящему потоку газов. Наг ревая сь, вода пост упае т в дек арбони за тор 2 через гид ро зат воры 3 . В дек арбони заторе вода п ро дувается во здухом и подастся в теплообм енн ик 4, где н агре вает сы рую или химическую очищенную воду , за тем снова по замкнутому контуру н аправляется в кон такт ный теплообменник. Воздух в дека рбони зато ре 2 нагрев ается, увлажняется и подается в поверхностный возду хопо догр еватель , где з а счет конденсации паров нагревает воздух , поступающий на а тмосферы, при этом сам осушается. После смещения оба потока воздуха подаютс я в топку котла.

Подобная установка имеет сменное аппарат урное офо рмление и ее использование целесообразно с целью увеличения тепловой мощности котельной . В этом слу чае необходимо использовать весь объем газов, а для предотв ращения конденсации водяных паров следует смешивать их с высокотемпературными дымовыми газами, образованными при сжигании дополнительного количества топлива. Для этой цели перед дымососом предусмотрена смесительная камера 7 в дымоходе с патрубком, в котором расположены горелки 8, благодаря которым осуществляется подогрев уходящих газов за 25-50 ºС.

В том случае, когда утилизация теплоты дымовых газов имеет целью снижение расхода топлив а , м оже т быть использована установка, принципиальная схема которой при ведена на рис. 7, б.

У вл ажнен ный воздух засасывается из декарбонизатора в контактный теплообменник и в ыбрасывается вместе с дымовыми газами через дымовую трубу в атмосферу, а для предотвращения конденсации водяных паров производится байпасирование дымовых газов.

Рис. 7. С х ема ут илизации теп лоты дымовых газ ов котла КВГМ -180 :

а - ут и лизация с во зду хопод ог реват еле м; б - утили зация с обводным газоходом; 1 - к онтактный п одогревате ль циркулирующ ей воды; 2 - дек арб ониз ато р; 3 - гид роз ат во ры ; 4 - тепл ообмен ник; 5 - н асос; 6 - воз духоподогреватель; 7 - с мес ительный газ оход; 8 - горелк а

Имеются ра зработки к он тактн о-дек арбони заци он ного экономайзера п ропускной способностью по дымовым га зам 70-8 5 и 1 40-1 65 ты с. нм 3/ ч.

Дл я котлов тепл опрои зводите льн ость ю с выш е 1 00 Гк ал/ч конструкции теплоутилизаторов дым овых газов на ходятся на стадии опытн ых разработок и да льнейш ее развитие могут п олу чить только при стим улировании за экономию топливно-экономических ре су рсов.

При всей привл екательн ости использ ования к он тактны х теплообменников при утилизации теплоты у ход ящих газов кот лов основной н едостаток установо к - поглощени е в одой из продуктов сгорания углекислоты и ки слорода и прио бре тени е ею таким о бра зо м к оррози онн о-агрессивны х свойств - сдерживает широкое применение таких теплообменников. Для нормальной работы установо к н еобходи мо проводи ть дек арбон изацию , д еаэрацию в оды , что в ряде случаев затрудня ет использование орошающей воды.

В связи с эт и м вн имание о бращается на использование конденсационных поверхностей н агрева. Пове рхность теплообмена конденсационных пов ерхностей нагре ва значител ьно более развита по сравнению с обычными эк ономайзерами. Конденсационные теплообменники имеют также высокий КПД, как и контактные теплообменники, но являют ся более металлоемкими конструкциями. В то же время отсутствие непосредственного контакта между продуктами сгорания и н агреваемой водой делает их предпочтительными с точки зрения качества подогреваемой воды.

В настоящее время для це лей утили зации теп лоты в процессах вентиляции и кондиционирования разработаны и выпускаются промышленностью биметаллические те плоо бменни ки , предс тавляющие со бой ряд труб с насаженными на них ребрами из сплава алюминия. Алюминий им еет высок ую т епл оп рои зводите льн ость и ан тико ррозионные свойств а, что по зволяет исполь зоват ь его в конд ен саци онных процессах теп лообмен а.

Для обе спеч ения беско рро зионн ой работы газоходов и дым ов ой трубы необходимо обеспечить подсушку уходящих дымовых газо в. Для этой цели ч асть дым овы х газов по байпасному газоходу перепуска ет ся ми мо ути лизаторо в.

Схема с п одогрево м дым овых газов после утили затора приведена на рис. 8, а .

Дымовые газы проходят через утил и зато ры , в которы х охл ажда ются ом агни ченной водой со 1 90 до 40 ° С. При этом по расчет у конденси руется около 1 ,1 3 к г/м3 газа. Кон денсат отв оди тся и з газохода через гидрозатвор. Око ло 20 % капель конденсата буд ет унесено потоком газа. По ходу дымовых газов устан авли вается кал орифер II ступен и , осущ ествляющий подогрев дымовых газов до 70 ° С, т.е. выше точки росы для предотвращ ения проц ессов конд енсации в дымовой трубе и п одводящи х г азоходах.

Греющей средой является вода внутрен него контура циркуляции.

Схема утилизации теплоты дымовых га з ов с части чным п ерепуск ом дым овы х газов по байпасу при ведена на рис. 8, б.

По схе ме часть п отока газов (примерно 70 %) проходит ч ерез утилизаторы, где охла ждается до те мпературы 40 ºС, т.е. «н иже точки росы» , при этом п роисходи т конден саци я ч асти водяных паров, содерж ащихся в дымовых газах. О коло 30 % газов перепускается п о обводному газоходу и, с мешиваясь с газом, прошедшим ч ерез утилизато р, охлажд ается до 70-80 ºС .

Конденсат, обр а зовавши йся в тепл оутили заторе , отводит ся ч ерез гид ро затво р в бак. Поск ольку конденсат яв ляется обессоленной водой , в ото пительны й период е го использую т для при готов лени я подпито чн ой воды, летом с брасываю т в продувочный кол одец, так как использован ие его на в иды потре блен ия, где требуется вода питьевого каче ства, недопустимо .

К о личество конденс ат а может достигать около 1 кг/м3 газа, что создае т дополни тельный резерв для э коно мии в оды в котельных.

Технические характеристики конд енс аци онны х теплоутилизаторов, которые могут п римен яться в котельн ых для нагрева воды [ 11] , п рив едены в табл . 9, 10.

Рис. 3. Схем а подключения конденсационных утили зато ров теплоты дымовых газов:

а - с подогрев о м газо в; б - с байпасир овани ем газов; 1 - котел; 2 - конденсаци онный утилизатор; 3 - т епло обменник; 4 - бак дл я сбора кон денсата; 5 - бак системы горячего водоснаб жения

Табли ца 9

Техн и ческая ха рактеристика калориферов КСК3-0 2хЛ ЗА и К СК 4-С 2хЛ ЗА

М арка кал ориф ера

Площадь п оверхност и теплообмена с о сторон ы воздух а, м2

Площ а дь фро нталь ного сечени я, м2

Площадь сечения для прохода теплоносителя , м2

П лощадь сечения патрубка, м2

П ло щадь сечения ра спреде лит ельно-сборны х колле кторов, м2

Число ходов для движения те п лоносителя

Длин а теплопередающей трубк и, м

Масса, кг, не более

КСК 3- 6-02

1 3,26

0,267

0,000846

0,00 1 006

0,00 1 72

6

0,53

38

КСК3- 7-0 2

1 6,34

0,329

0,000846

0,00 1 006

0,00 1 72

6

0,655

44

КСК 3-8-0 2

1 9,42

0,392

0,000846

0,00 1 006

0 ,001 72

6

0,78

50

КСК 3- 9-0 2

22, 5

0,455

0,000846

0,00 1 006

0,00 1 72

6

0,905

56

КСК 3-1 0-02

28,66

0,58 1

0,000846

0,00 10 06

0,00 1 72

6

1 ,1 55

68

КСК 3-11-0 2

8 3,1 2

1 ,66

0,002576

0,002205

0,00 1 72

6

1 ,655

1 76

КСК 3-1 2-0 2

1 25,27

2,488

0,00388 1

0,0022 0 5

0,00 1 72

6

1 ,655

259

КСК4- 6-0 2

1 7,42

0,267

0,00 111 2

0,00 100 6

0 ,0 022

6

0,53

45

КСК4 -7-0 2

2 1 ,47

0,329

0,0 0111 2

0,00 1 006

0,0022

6

0,655

53

КСК4 -8-0 2

25,52

0,392

0,00 111 2

0,00 1 006

0,0022

6

0,78

6 1

КСК4- 9-0 2

29,57

0,455

0 , 00111 2

0,00 1 006

0,0 0 22

6

0,905

68

КСК 4-1 0-0 2

37,66

0,58 1

0,00 111 2

0 ,0 01 006

0,0022

6

1 ,1 55

85

КСК4 -11-0 2

11 0,05

1 ,66

0,0034 1

0,00 2205

0,0022

6

1 ,655

223

КСК4- 12-0 2

1 66,25

2,488

0,0 0 5151

0,002205

0,0022

6

1,655

331

Ка фе дрой тепл огазосна бжения ВЗПИ п редл ожены решения по п ри менению ко нденсаци онных ути ли заторов для утилизации тепл от ы прод уктов с горания и нагрева п одпи точной вод ы для цен трализов анного го рячего водоснабжения. Схема с неп осредств енным нагревом сырой воды в конд енсационном тепл ообм еннике приве ден а на рис. 9, а . Вода нагревается до 50-5 5 ° С, затем окон чательно дог ре ваетс я в водоводян ом тепл ообм енник е, отк уда поступает в бак-аккумулятор и далее в систем у горячего водо снабжения. Подпи точн ая сырая вод а нагрев ается в первой секции калорифера до 30- 35 ° С, затем направляется на ХВ О, после которой умягченн ая вода дог реваетс я во второй секции кал ори фера.

С х ема подогрева обратной в оды, предваритель но охлажд енной в в одов од яном теплообменнике 5, представлена на ри с. 9, б . В этом случае т еп лов ой эффект ниже, чем в случае подог рева воды н а горячее водоснабж ени е, так как температура о братной воды выше, что снижае т конден саци он ный эффект.

Горьковский ГНИСантехпроект реко м енду ет д ля утилизации теплоты уходящих газов и споль зов ать рекуперативные теплоутилизаторы типа ТП-Т1РК. В котельных малой мощности, работающих на природном газе, теплоту дымовых газов рекомендуется использовать на нагрев исходной воды при наличии централизованного горячего водоснабжения, на подогрев обратной сетевой воды - в случае отсутствия централизованного горячего водоснабжения.

При сбрасывании кислого конденсата в канализацию необходимо предусмотреть меры по его нейтрализации или разбавлению для предотвращения коррозии канализационных трубопроводов.

Рис . 9. Схема подогрева:

а - вод ы для системы горячего водоснабжения; б - обратной в оды; 1 - котел; 2 - калориферы-ути лизаторы; 3 - теплообменник дог рев а воды; 4 - бак сис темы горяч его водо снабже ния; 5 - теплообменн ик подогрева во ды

Табл и ца 1 0

Тех н ически е характ ери стики рекуп еративных тепл оутили зато ров для систем с промежуточным теплоносителем

Пок а зате ль

Т и поразмер

ТП0 5-Т1 РК03

ТП0 5-Т1 РК04

ТП16 -Т1 РК03

ТП16 -Т1 РК04

ТП25 -Т1 РК03

ТП25 -Т1 РК04

Производительность по воздуху, тыс. м3

5

5

1 6

1 6

25

2 5

Число ходов по воздуху

3

4

3

4

3

4

Площадь теплообменной поверхности, м2

23,45

30,82

68,0 1

90,0 4

1 02,5

1 36,02

Площадь фронтального сечения, м2

0,585

0,585

1 ,668

1 ,668

2, 49 9

2,499

Число ходов по теплоносителю

2

2

2

2

2

2

Площадь сечения хода, м2

0, 0 0261

0,00348

0,00522

0,00696

0,00783

0,0 1 044

П лоща дь се чения ко ллектора , м2

0,003 1

0,0036

0,003 1

0, 0 036

0, 0 031

0 ,0036

Площадь се чения п атрубка, м2

0, 0 0221

0,00358

0, 0 0358

0,0052 1

0, 00 521

0, 0 0521

М асса, кг

76,3

98 , 3

1 95,3

25 1

2 8 6

37 0

Габ а риты, мм:

длина

1 227

1 227

1 727

1 727

1 727

1 727

ш ирина

18 0

1 80

180

1 80

1 80

1 80

высо т а

575

575

1 075

1 075

1 575

1 575

Прим е нение конд ен сационны х утилизаторов тепл оты для ко тельны х позволяет повы сить КПД котельных на 6-8 % , снизить себестоимость тепловой энергии на 9-11 %.

Расчеты годовой экономической эффективности для водогрейных котлов КВГМ приведены в табл. 11. В осн ову расчета по ложены у словия , для которых рассчитыв али сь данны е для теплообменников КТАН (см. т абл . 7).

Таблица 11

Расчетная годовая эк ономич еск ая эффективнос ть установки калориферов КСК

Тип котлоагр е гата

Кап и тальн ые вложени я, тыс. ру б.

Годовая экономия условного топлива, т у.т/год

Годовая выработка т еплоты за счет утилиз ации, ГДж ( Гк ал )

Годовая потребность в электроэнергии, кВт · ч

Эко номи я топлива, тыс. руб.

Годовые эксплуатационные расходы, руб.

Себестоимость, руб/ГДж (руб/Гкал)

Годовой экономический эффект, тыс. руб.

Окупаемость, л е т

на эле кт роэн ергию

на амортизацию и текущий ремонт

Всего

КВГМ -4-1 50

426 ,7

18 2

497 1

(118 6,5)

1 690

4,3

50,7

43 ,5

94,2

0,02

(0,08)

4, 1 9

0,1

КВГМ- 6,5-1 50

62 1 ,3

305,9

8 462

(20 1 9,5)

2964

7,3

88,9

63,4

1 52,3

0,02

(0,08)

7,06

0,09

КВГМ -10-1 50

1 281,7

482,3

1303 7

(3 111 ,5)

2552

11 ,5

76 ,6

1 30,7

2 07,3

0,02

(0,07)

11 ,13

0, 11

КВГМ -20-150

2485,5

1 036

280 10

(6 6 85)

4494

24,8

1 34,8

253,5

388,3

0 ,015

( 0,06)

23,99

0,1

КВГМ- 30-1 50

3334,6

15 95,3

42235

( 1 0080)

2380

38, 1

71,4

340

482,8

0,0 1 2

(0,05)

37, 1 3

0,09

КВГМ-5 0-150

3334,6

2695

74352

( 1 7745)

6370

64,4

1 91 ,1

340

53 1 ,1

0,007

(0,03)

63,34

0,05

КВГМ -100-150

1 0001

4403

11 981 3

(2 8 595)

73605

1 05,2

2208,2

1 000

3208 ,2

0 ,03

(0, 11)

1 00,51

0,1

П ри проведении расчетов п ров одился выбо р утилизаторов типа КСК с учетом минимальных зат рат электроэнергии с целью использования установленной мощности элект родв игате лей н асосов и дымососов .

В ра сч етах стоимость электроэнергии п риня та 30 руб. за 1000 кВт · ч , газа - 29 ,38 руб. за 1 00 0 нм3. Стои мость д оп олнительн ого строительн ого о бъем а для устан овки ути лизаторов со ста влял а около 3 % капиталовложений в утилизаторы.

Сравне н ие расчетных данных, получен ных для конденсаци онных теп лообменников ти па КСК (см. табл. 11) и контактных КТАН (см. табл. 7), пок азы вает, что при м еньши х капитальных затратах и по требности в дополн ительной электроэнергии пра ктически можно получить так ую же экономию топли ва при установке калори феров КСК, что и для КТАН ов. При этом себе стои мос ть те пловой энергии, получа емой в к отлоаг регате, значительно ниже , а срок окупаемости составляет около 2 м ес, тогда как для КТАН ов - 2 года. Дей ствительные показатели могут быть уточнены в проц ессе эксплуатации тепл оутили заторов как кало риферов КСК, так и к онтак тных типа КТАН .

В качестве перспективных утилизат о ров теплоты для котель ных м алой мощн ост и, работающи х на закрытую систему теплоснабжен ия, могут быть рассмотрены разработанн ые ЦНИИЭП инжене рного оборудован ия п оверх нос тные тепл оутили зато ры типа ТКТ , предназначенные для теплов ой обработки воз духа. Кон струкция тепл оутили затора предусматривае т ра боту в конден сацио нном режиме, что существенно увеличивает к оэф фици ент теп лопередачи. Рекомен дуемая обл асть применения тепл оутилиз ато ров нах одится в пределах пропускн ой способн ости от 2,5 до 1 25 тыс . м3/ч . Наиболее эффективно их использование при повышенной влажности удаляемого газа и п овышен ных т емп ерату ра х н аружно го в о зду ха. Тепл оутили зато ры типа ТКТ могут бы ть вып олн ены из антикоррозионных материалов и со ст еклянными тр убками . Теплоутилизаторы с алюминиевыми трубками, имеющими внутреннее оребрение с пропускной спос обн остью 1 0-1 60 ты с. м3/ч , изгот ав ли ваются объедин ением М оссан техп ромом .

В те пл оутилиз ат орах наруж ный воздух дв ижется внутри труб, д ымовые газ ы - в м ежт рубном пространстве по перекрестной схеме. Р азработчики гарантируют н адеж ную работу теплоутилизаторов до температу р наруж ного в оздуха - 30 °С . Теплоутилизаторы о борудов ан ы поддоном для сбо ра и отвода скон ден сировав шихся вод яны х паров и байп асным каналом по тракту наружного во здуха. При возникновени и обледенения (о чем свидете льствуют отрицательные температуры пов ерхности труб) по команде реле давлени я или термопары открывается заслонка байп асного канала, что приводит к сокращен ию расх ода н аруж ного воздуха по тру бам. В результате снижения ск орости дв ижения наружного в оздуха в трубках теп лоути ли зат ора повышается температура по верхности труб и наледь ли квидируется.

Применять т епл оутили зато ры типа ТКТ рекомендуется при запыленности д ымовых газов не более 20 мг /м3.

Для примен ения э тих типов т епл оутили заторо в в котельных н еобходима до работ ка конструк ции с учетом специфики и спол ьзования дым овых газов и прове рк а работы их в п рактических условиях.

Одним из перспективных направлений, обеспечивающих сокращение топлива на нужды теплоснабжения, а также снижение з агрязнени я окружающей среды, является прим ене ние теплонасосных установок (ТНУ). Э нергетиче ская эффективность ТНУ оценивается коэффициентом трансформации те пл оты, представляющим отношение теплопроизводительности к затраченной извне механической рабо те . Обы чно э тот к оэффи циент равен 3-5 (т.е. на 1 кВт затрачи ваемой эл ектрической м ощности м ож ет быть получен о 3- 5 кВ т теплоты за счет использования низкопотенциальных источни ков). На практике этот коэффициент не превышает 2,2, что не позволяет конкурировать с централизованным водоснабжением.

В нас то ящее время в нашей стране тепловые насосы не получили широкого распрост ран ени я в связи с ни зко й стоимостью органического топлива д ля к отельн ых и высокой стоимость ю оборудования ТНУ . О днако в связи с и зменени ем замыкающих затрат на орг а ни ческ ое топливо и обострени ем эко логи ческих проблем, связанных с загрязнени ем окруж ающ ей сре ды продуктами сгорания тепл а, вопрос применения ТНУ прио бретает особое значе ние . Сп еци аль ного обо рудо вания для тепловы х насосов в стран е не выпу ск ается , отдельные установки, работающи е в на стоящее время, базируются на оборудов ании сери йно выпускаемых хо лодильных машин.

Для реш ения вопроса о ц елесообразности соз дания тепл онасосной станции должен быть проведен техник о- эконом ическ ий ра счет сопоставления вариан тов котель ной с ТНУ и без него с уч етом стоимост ных по ка зателей, степени дефицитности топлива и электроэнерги и и экологическ их факторов в каждом конкре тно м случае .

На эк о но мичность ТНУ наибо льш ее влияние оказывают сл едующи е факторы: в ид системы теплоснабжения (открытая, з акры тая); температура ни зкоп от енци аль ного и сточника; т емп ерату ра н агрева емой с реды (сетевой воды) после Т НУ; для горячего в одоснабжения в суммарной тепловой на грузке; прод олжи тельность о топительно го периода; вид зам ещаемого органического топлива; местные условия и огран ичения (условия электроснабжения, за тра ты на использовани е ни зкопот енциального теплоисточника и т.д.).

При открытой с и ст еме теплоснабжения ТНУ преимущественно может работать на подогрев подпито чн ой воды от 5 до 70 ° С в устойчив ом экономичном ре жиме.

При о тк рытой сис теме удов лет вори тельная работа ТНУ может быть достигнута лиш ь при решении проблемы суточного вырав нивания темпе рату ры обратной воды.

Схем а утилизации теплоты дымовых га зов с применением т еплового насос а дл я котлов КВГМ -180 и КВТК -100-1 50 , работ ающих в закрытой системе теплоснабжения с ограниченным кол ичеств ом нагреваемой воды за сч ет утилиза ции, представлен а на ри с. 10. П редл ожен тепловой нас ос на базе бромисто-лити ево й абсорбцион но й холодиль ной машины , работ ающей от тепловой се ти , позволяющей из бежать больши х расх одов электроэн ергии на привод по с равн ению с компрессионной машиной.

Р и с. 1 0. Схема утили заци и тепл оты дым овы х газов с исполь зов ани ем теплов ого на со са:

1 - котел; 2 - к о нтактн ый тепл ообменник; 3 - возду хоп одог реват ель ; 4 - тепл ообм енник ; 5 - и спаритель; 6 - тепловой насос; 7 - кон денсатор

Пр о дукты сгоран ия из котла поступаю т в контак тный теп лооб ме нник 2, где охл аждаются орошающей в одой из замк нутого циркуляци онного контура. Вода, н агретая в скруббере до 60-70 ºС, подается в пара лле ль но включенны е воздухоподогреватель 3, теплообменник подогрева подпи точн ой во ды 4 и испаритель теплового насоса 7, а затем общи м потоком воз вращается в скруббер-охладитель газов 2.

Те п лота , отобранна я у воды цирку ляц ионного контура в сумме с тепл отой, исп ользованной на работу генератора, передается в обра тную магистраль тепловой сети через т епло обменник 4.

О п тима льная работа теплового насоса 3 на базе холодильной абсорбцион ной машины типа АБХМ-3000Т с те плов ой нагрузкой и спарителя около 3,9 МВт обеспечивается п ри подаче в генератор сетевой воды с температурой около 1 50 ° С, для чего котл оаг регат ра ботает на перем енном расходе воды в сети. В этом слу чае миним альн ая температура воды на входе в котел (около 70 ºС) будет иметь место при максимальной н агрузке котла, а при сн ижении нагрузки она будет возрастать , обеспечивая одн овременно и н ад еж ную з ащиту хв остовых по ве рхностей нагрева от коррозии. В тепловой с ети п ри эт ом поддерживается постоянный расход сетев ой воды по график у качествен ного ре гулирован ия.

По да н ным разработчика схем ы, система утили зации теплоты продук тов сгорания для котлов на газе, вкл ючая только подогрев в оздуха и подпи точн ой воды, дает возможн ость экономи ть в отопительный период и в летн ем режиме горяч его водос набжени я с оотв етстве нно 4,3 и 8,1 % то плива. Д ля ко тлов на твердом топ лив е эти в еличины сос та вляют соо тветствен но 2,5 и 11 ,2 %.

При дополнитель н ой установке одной серийной бромисто-ли тие вой абсорбционной машины ти па АБМХ-3000Т с тепловой н агрузк ой исп арителя 3,9 М Вт, температурой воды на выходе из и спарителя 28 ºС соответственно 1 50 и 65 ºС допол нительн ая экон оми я газообразного топлива в отопи тельный п ериод составит 0,85- 3,2 % в за висим ости от с хем регули ро вания нагр уз ки КВГМ-180 , а летом 1 ,2-1 ,9 %.

Суммарная экономия топлива пр и работе воздухоподогрев ат еля, подогревателя подпит очн ой воды и теплового насоса составит в ото пительный период 5,1 -7,5, а в летний - 9,3-1 0 %.

Для к отлоаг ре гат а на твердом топлив е установ ка теплов ого насоса дает дополни тельную экономию топли ва 5,8 %, а сум марная экономия с подогревом воздуха и воды составит 8,2 %.

Годовой расход эле к троэнергии на о дну м ашину типа А БХМ-3000Т составляет около 835 ты с. кВ т · ч. Годовой экон оми че ский эффект от применения дв ух тепло вых насосов да нного ти па для КВГМ -180 в ме сте с подогревом воздуха и подпит очной воды составляет около 360 тыс. р уб.

Дл я котлоагрегата КВТК -100-1 50, работаю щего на бурых угля х, сум марный экон оми ческий эффект при допо лн ительной ус тан овке одной м ашин ы вместе с подогре вом воды и воздуха составляет около 1 6 ты с. ру б/год.

Схема утилизации т епл оты дымовых газо в, по тре бителем для которого является установ ка для выработки электрическ ого т ока [ 15], при ве дена на рис. 11.

Дымов ы е газы с темпе ра турой 200-270 ° С и объ емом 1 5-20 ты с. нм3/ч поступаю т от дымососа в подогреватель 1, затем и спаритель 2, и, охладившись, сбрасываются в дымовую трубу. Полученный в испарителе пар с давлением 18-25 бар и темпе ратурой 1 40-1 60 ºС п оступае т на ту рбину 6, приводящую в движение электрогенератор 5, вырабатывающий 70-1 20 к Вт мощн ости .

В качестве рабоч ей сред ы исполь зуется галогенный углево дород Р11. Рабо чая среда, пройдя через турбину, поступ ает в основ ной к онд енс атор 7, подогрева я п одпит очную воду. И збы ток теплоты реализуется в доп олнительн ом кон ден саторе для подогрева исходной в оды. После этого рабочая среда прох одит через фильтры, где подвергается осушке и подается снова в по догреватель.

Ос н овные техни чески е и стоимостные данн ые установки ОКС приведены ниж е.

Рис. 11. Схема у ти лиз ации теплоты дымов ых газов для выработки электроэн ергии:

1 - подогреват е ль ; 2 - испаритель; 3 - сборник; 4 - расп ре дели тель ная п анель; 5 - г енерато р; 6 - турб ина; 7 - основной конд енсатор; 8 - дополн ительный конд енсато р; 9 - бак; 1 0 - фильтр

Рабо чая сре да                                                               Р11

И с точн ик теп ловой эн ергии                                      Дым овые газы с температурой максим ально 270 ºС , мин им ально 200 ºС , объемом 1 5- 20 ты с. нм3

Темпе рату ра ух одящих газов, ºС                                110

Максимальная мощность на валу турбины, к Вт      1 40

Мощность электрогенератора , кВт                           12 0/ 70

П араметры турби ны:

на вход е                                                                   Давл ение па ра 18- 25 бар, t = 140 -160 ºС

н а в ыходе                                                                 Д авление пара 3-6 бар, t = 6 0-8 5 °С

Охлажд ающая среда в конденсаторе                         Подпиточн ая вод а (нагревается при t = 20-80 º С) и исходная

Капитальные вложения*, тыс. марок ФРГ                367

Удель н ая стоимость вырабатываемой мощности,

мар о к ФРГ на 1 кВт                                                      2625

* Бе з подогревателя, исп ари теля, конде нсаторо в и трубопроводо в.

Эта уста н овк а позв оляет часть собст венны х нужд в электроэнергии покрывать за счет вырабатыв аем ой эл ект ро эн ергии на тепл ово й эн ергии ды мовых газов.

Стоимость уста н овк и достаточно высо ка и ее использование может бы ть оп равд ан о только высокой стоимостью т опливно -эн ергетич еских ресу рсов.

ОСОБЕННОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В КОТЕЛЬНЫХ, РАБОТАЮЩИХ НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

Больш ая ча сть к отельны х работает на газо вом топливе, однако в соотв етствии с действующи ми н ормами и правилами подавляющее большинство котельных, работающи х на газе, имеет резервный вид топлива - мазут. Длительность рабо ты кот ел ьных на м азуте зав исит от в ыделяемого лимита приро дн ого газа и колеблется в широких пр еделах от нескольких дней до нескольких месяцев.

В разра бо танн ой конст рукции КТАНа-утили зато ра отсутств уют э лементы, необходимые для работы на дымовы х газах , образующихся при сжигании маз ута, отсутствуют антикоррозионные покрытия активной насадки и корпуса КТАНа, не решен во прос удаления из контура орошения кислого конденсата дымовых г а зов . По эт ому при переходе коте льн ой на работу на рез ервном виде топлива - мазу те - устан овленные в котельной КТАНы -утили заторы необход имо плотн о отключить от газов ого тракта и п ропустить газы по об водн ому г азоходу непосредст венно в дымовую трубу. Необходи мо и меть в в иду, что точка росы для дым овы х газов , содержащи х сернистый ангидрид, около 140 ºС при сжигании мазу та.

Целесообразно котельные не большой м ощности обесп ечить полностью газовым топливом, увеличив количество сжигаемого мазута на более к рупны х источниках. В этом случае экономически справедливыми будут мероприятия п о очистк е дымовых газов о т сернистого ангидрида. Одним из э леме нтов эти х уст рой ств может быть КТАН соответствующей конструкции, который наряду с очисткой ды мовых газов буде т выполнят ь и свою функцию тепл оутилиз атора.

В п ринципе, для работы на жидком топ ливе могу т быть использованы те же утилизаторы, что и для газовых котельных, но специфик а п родукто в сго рания т ре бу ет особого подхода к использованию ути лизаци онн ого оборудова ния.

В опрос утилизации теплоты дымовых газо в к отлов м алой мощности 2 0-1 000 кВт наиболее раци он аль но решен в Западн ой Ев ро пе, где бо льшая дол я топлива прихо дится на мазут . Как п равил о, для це лей отоплени я и горячего водоснаб жени я применяют конденсационные котлы, в котор ых исп ользуют теплот у ка к явную, так и те пло к онде нсаци и водяных паров, содержа щихся в дымо вы х г азах. Коэффици ент полезного действи я таких установок свыше 1 00 % (по низшей теплоте сгорания). Для утилизации теплоты исполь зуют теплообменники из специальных коррозионных сталей. Модул ьн ая сис тема « Calcond » , предн азначенн ая для котельных установок промышленного и бытового назначения, имеет т ри ступ ени. В первой ступ ени продукты сгорания охлаждаются до температуры, близкой к температуре «точки росы», от дав ая теплоту в систему отопления; во второй ступени температура продуктов сгорания понижается до 25 ºС, выделившаяся теплота используется для го ряч его вод оснабжения или для подогрева во зд уха; в третье й ступени осуще ствл яется н ей трализация вредны х веществ и уд алени е конден сата. Очистка продуктов сгорания по с ерни стым со единениям дости гает 90 %, КПД устан овки д остиг ает 1 08 % [ 16] .

Фи рмой « Bommer » [ 19] предложен к онве ктивный тепл ообменник , изготав ли ваемый из медно го лить я со специ альным легировани ем для применения в котл ах, работающи х на жидко м топливе . Теплообменни к снижае т температуру до 150 ° С, затем п родукты сгора ни я поступ аю т в конденсатор водяных паров, выполненный из ке рамическ их материалов, в котором температу ра уходящих газов сниж ается до 35- 55 ºС. Образую щий ся кислый конденсат стекает в к онд ен саторную в анну нейтрализатора, снабженную абсорбционн ыми кубиками для очистки е го от мазутных обр азо ваний, затем в о вт орой сбо рн ик с мраморным гранулятором, в которо м рН повыша ется до 6,3- 7. Для связывания угл еводородов в третьем сборнике находится актив ированный уголь. Так ая технология позволяет повысить КПД котлов, работающих на жидком топливе, до 108 % (по низшей теп лоте сг орания). При этом дымовая труба может изготавливаться из полимерного материала.

Для утили заци и теплоты продук тов сг орания используют также встроены в котлоагрегат контактные экономайзеры « Recitern » , и зго товленные из высок ок ачественной стали. Активн ая на садк а изгот авли вае тся из хромоникельм оли бденовой ста ли. Си ст ема авт ом атики и регули ро вания обеспеч ив ает стабильный режим работы экон омайзера. Для предотвращения разрушения ды мовой трубы при конденсации водяных паров из продуктов сгорания выброс уходящих газов п роизводи тся через д ымовую тру бу из легиров анной стали. Получаемы й к он ден сат отводи тся в си стему к ан ализации . Подобные типы утилизаторов п риме няю тся в котельных установк ах теплоп рои зводит ельностью 0,1 -10 МВт .

По т еря давления в утилизаторе « Recitern » зависит от конструкции п ов ерхн ости н агрева (гладкотрубчатая и с оребрением труба ми) и ко лебле тся от 0,1 5 до 0,6 кПа. Эти потери след ует учитывать при выборе дымососов. Экономия тепловой э н ер гии при использовании явн ой те плоты 8-1 0 % и скрытой 7-10 %, т.е . пра кт иче ски на 1 5-20 % можно ув еличи ть коэффициент использования топлива. Темп ератур а уходящи х газов при использовании жидкого топлива и наличия регулирующей системы составляет 70 -1 20 ºС без использования скрытой теплоты и 5 5-60 ºС при использовании скрытой теплоты.

Применение ути ли за торов и з коррозионно-стойки х сталей в ФРГ оправдано вы сокой стоим остью топли ва, в ре зуль та те чего капитальные затра ты окупаю тся за 1- 4 года при эк сплу атации у стан овок 1 500-2000 ч в год, при бол ее дли тельн ой эксплуа тации на промышленных предприя тия х срок окупаемо сти снижается [ 12] .

Реализация перечисленных зарубежных решений в озможна при достаточно высокой стоимости топлива и жестких требованиях к охране ок ружающей сред ы. Э ти два фак тора п озволили ра зработать наи более эфф ективные и эко логи чески чи сты е технологии исп ольз ования теплоты продуктов сгоран ия отопи тельн ых к от лов, работающ их на жидком топливе.

Пр ин ципиальная схе ма ути лизаци и теплоты дымовых газов в мазутн ых котель ных п редстав лена на ри с. 12. В основе схемы - исполь зов ани е КТАНа . Для повышения долгове чн ости утилизационного оборудования примен яются коррозионн о-стойкие материалы из алюминиевых сплавов, н ержавеющей стали , антик оррози онные п окрытия, а также методы не йтрализации серн ой кислоты , образующ ейся в про цессе сгорания ж идкого топлива. По сл едний в ариант экспериме нтальн о проверен в промыш ленн ых услови ях на парово м ко тле п рои зводитель ностью 50 т/ч [ 6] . О рошающ ая в ода вмес те с к онденсатом из КТАНа поступает в резерв уар 3, состоящий из трех к амер, соединенных между собо й переливами. В камеру I по с тупает 25 %-ный раствор NH 4 OH из бака 2 и добавляется в о рошающую воду. Через п ерелив вода поступает в с реднюю камеру II , куда мож е т дополните ль но добавля ться вода при необходимос ти. Твердые частицы ос едают на дно I и II . Осветленная вода посту п ает в ка меру III , откуд а подается снова на орошение. В зависи мо сти от ст е пени насыщения сульф а том оста ток отв оди тся в специальный объем. Д озиров ани е аммиачной вод ы осуществляется с помощью насоса-дозатора по величине рН , к ото рая поддерживае тся на уровне 7. Т ве рды й ос таток пе рио дически подается в сепаратор 4, гд е отделяется т вердая фаза , которая пре дставляет и нтерес для да льней шего испо льзо вани я.

Р ис. 1 2. Схема и спользования теплоты дымовых га зов котельных, работающих на жи дко м топливе:

1 - ко н тактный теплообмен ни к; 2 - бак с амм иачной в одой; 3 - бак орош ающей в оды; 4 - сепаратор вредных отложе ний; 5 - насос -дозатор

Ис п ользов ание ко нтактного теплообменн ика за котлам и в такой с хеме дает возможно сть ути лиз ировать теплоту конденсации водяных п ар ов, в то же время орошение поверхности КТАНа химическим раствором поз воляет снизить коррозионные процессы, извлечь из дымовых газов ценный продук т дл я промышл енности (сульфа т аммония) и сократить выброс в редны х в еществ в окружающую среду.

В н аше й стране имеется опыт при мене ния утилизаци онны х установ ок из стекля нны х труб для подогрева воздуха за сч ет теп лоты п родуктов сгорания котлов , ра бот ающих на жидком топливе. Во зду хоп од огр ева тель вып олнен из стекл янных труб в виде гори зонта льного пучка труб [ 7] . Возду х п ропу ск аетс я внут ри трубо к, дымовые газы - в м ежт ру бном простр анстве . Имеется опыт эксплуатации 70 во зду хопо дог ре вателей для котлов п роизводительностью 1 0- 950 т/ч. Расход труб при повышении КПД на 2 % состав ляе т: для к отла прои зводи тельн остью 10 т/ч - 750 м , 21 0 т/ ч - 1 2 км, 950 т/ч - 70 км. Общая стои мость в озду хопод ог рев ате ле й из с теклянны х труб соста вляет: для котла произ водительностью 1 0 т/ч - 4 300 руб., 21 0 т/ч - 3 5000 р уб. Экон оми я условн ого топ лива окол о 70 кг у.т/го д на 1 м2 стеклянной п оверхности .

Ка к показа ли расчеты, для повышения КПД во дог рей ны х котлов КВГМ п рои зводительностью 4,6 5- 39 МВт , работающих на мазуте, достаточно установить п уч ок стеклянных труб диаметром 4 5×4 мм дли ной 23 м на кажды й 1 МВт п рои зводите льности . Пучок выбирался с коридорным распо ло жен ием труб с шагами S 1 = 1 00 мм и S 2 = 67 мм. Ко э ффи циент использования поверхности при этом составл ял 0 ,7.

Технико-экономические показатели воздухоподогревателей со стеклянными т ру бами за котлами КВГМ при ведены ни же.

Теплопроизводительность котла, МВт

4,65           7,55          11,33        23,26         3 5

Темпера ту ра дымовых газов , ºС :

пер ед во здух оподог ревател ем                   245          245           230           242          250

п осле возду хопод ог рев ателя                      200          200           200           200          200

Температу ра воздуха, °С:

пер ед во здух оподог ревател ем                   20            20             20             20            20

п осле возду хопод ог рев ателя                      68            68             54             65            76

Увеличение КПД                                              1 ,84         1 ,84          1 ,2 2          1 ,71         2,0 3

Экономия условного т оплив а, т у.т/год         54            86             88             243          434

Уста н овк а в оздухоподогре вателей со стеклянными тру бами окупается за 1 ,5- 2 года. Практика эксплуатации пок азал а ц елесообразность при менен ия воздухоподо гре вателей и на де жн ость их рабо ты.

Достато ч но боль шой ин терес вызывает использован ие тепло обм енни ков на тепл овых трубах для утилизации теплоты прод уктов сго рания жидкого топли ва, особенно за котлами малой мощн ости, за которым и темп ерату ра уходящих газов составляет 300-320 ºС. Традици онные реш ен ия для нагрева воды с помощью теплоты дымовых газов требуют з начительных кап итальных вложени й для защ иты от се рн истой ко ррозии. Теплообмен ники на те пловых трубах помогают подде рживать температуру стенки труб 140 ° С, что позв ол яе т избеж ать точки росы, а следовательно, конд енсации в одяных паров и растворения в них окислов серы . Подобны й опыт использова ни я теплоо бм енник а на т епловы х трубах при веден в работе [ 9] .

Рис . 1 3. Схе ма утил изационн ой устан овк и н а те пловы х трубах:

1 - дымоход; 2 - тепл оо бм ен ник ; 3 - тепл овые трубы ; 4 - камеры с хол одн ой во дой; 5 - за сл онк а

В у стан овке (ри с. 13) те мпе ратура д ымовы х га зов на входе в теп лоо бменник 280, на вы ход е 24 6 ° С. П од ог рев воды производится при этом от 30 до 50 º С при расходе ее от 346 до 21713 кг/ч. Мощность установки 20 к В т. Тепл ообменники компактны, имеют объем 0,3 м3 на 10 т/ч газа. Уде ль на я эк он омия теплоты около 1 7 ГДж/кВ т (~4 Гк ал/ кВ т). Срок окупаемости установки 11 мес .

В пр о цессе рабо ты установ ки тем пература стенки т рубы п одд ержив ае тся около 1 70 º С . Малое аэродинамическое сопротивление не тре бует дополнительной у стан овки тягодут ьевы х устройств .

Во з можную с хему и споль зован ия те плоты дымовых газов для котла, работ ающего на природн ом га зе с ре зервным жидким топливом, п редстав ляет рис. 14. В схе ме пре дусмотрена промывка дымовых газов и нейтрализация промывочной воды с целью снижения содержания вредных веществ в воде и уходящих газах [ 1] .

И з кот ла 1 дым овые газы проходят по газо ходу , в ко тором установлено вп ры скивающее уст рой ств о, в которое п од ается вода из сепа ратора пара 2, или конд ен са т. После экономай зера 4 установлены разбрызгивающие сопла 5. П ромывочна я вод а собирается в поддоны газохода, откуда через теплообм енни к 6 подается в бак-накопит ель 7, из которого вы дели вший ся SO 2 подается к сбор ни ку SO 2 , а п р омывочн ая вода далее поступает в ней трали затор 8 и шл ам оо тдели те ль 9. После н ейтрализатора вода може т быть включе на в контур котельной для при готовления п одпито чн ой во ды.

Эта схема требует п рактичес кой проработки для оп ре де ле ния экон омической и те хнологи ческой целе сообразн ост и как дл я периоди ческого , так и постоянного использов ан ия ее при работе котла на жидком топливе.

Рис. 1 4. Схем а утилизации теп лоты дымовы х газов с промывкой газов:

1 - ко т ел; 2 - сеп аратор газа; 3 - впр ыскивающее устрой ств о; 4 - экономайзер; 5 - разбры згивающие сопла; 6 - тепл ообменник ; 7 - бак-накопитель; 8 - н ей тр али затор ; 9 - шламоотделитель

Утилизация теплоты п родук тов сгора ния жи дк ого топлива т ре бу ет применения коррозионно-стойких материалов для конструкций утил из ат оров , но это не достаточно для нормальной эксплуатации, поскольку происходит занос пове рхностей продуктами сгорания, что требует специальных мероприятий для о ч и стки пове рхно стей. Поэ тому н аиболее рационально при мене ние очи стных сооруже ний в котел ьных устан овках на жидком топливе, с помощью которых мож но к омплек сн о решить воп росы долг овечности оборудов ания , в ысоко го уровн я эксплуатации и ох раны окружающей среды.

ОСОБЕННОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В КОТЕЛЬНЫХ, РАБОТАЮЩИХ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Для ути ли зации теплоты уходящих газов котлов, работающ их н а тве рдом топлив е, в прин ци пе также могут быть использован ы т е же утилизацион ные установк и для по догрева воздуха и воды , что в коте льны х, работающ их на газе, но при этом должны быть пред усмотре ны мероприяти я по удалению тве рдых частиц, а при высокой се рни стости топлива - по защите оборудования от коррозии.

П ринципиальная схема утилиз ации теплоты дымовых газ ов для котла КВТК -100 -150, работающ его для закрытой системы тепл ос набжени я, п риведена на рис. 15, а . В каче стве топлива принят уголь И рш а-Бо роди нск ого месторо жде ния, содержание в котором с еры 0,2 %, окислов к альци я до 26 %. Предусматривается золоулавливани е в типов ых электрофильтрах до сте пени очистки 0,97- 0,98 с после дующим улавли вани ем остатка золы в ск ру бберном охлади теле газов при форсуночном разбрызгивании орошающей вод ы охлади тельного контура в п оток газов.

Продукты сгорания из котла поступают в э л ект рофильт ры , з атем в охладитель газов 3, в которо м орошаю щая вода подогревается до темпе ратуры 35- 55 ° С в зависи мости от режима работы ус тановки и с хемы ее работы, при этом прод укты сгорани я ох лаж даются до 25- 50 ° С. С целью предотв ращения конд енс ации в дымовой трубе часть газов через байп асную линию перепускается мимо ск ру бберн ого охладителя. Из охладителя 3 вода циркуляционного контура с температурой 64-6 7 ° С насосом про качивае тся чере з гра вийн ые фильтры 4 конструкции О КБ ВТИ им . Ф . Э. Д зержи нск ого , в которых он а очищае тся от золы и шлама, выносимых из охл адит еля. Для более полной очистки воды добавляется с ернокислый аммоний в размере 5 мг/л . Пос ле фи льтров вода подае тся в форсун ки ск ру ббе ра - п од огревателя воздуха, а часть - в пара лле льно включен ный во довод ян ой тепл оо бменни к 5, в котором подпи точная вода подогреваетс я до 50 ° С и подается далее в химвод оочи стку .

Рис. 1 5. Схема ут илизаци и теплоты дымовых газов котла КВТК-1 00-1 50:

а - в закрытой тепл овой сети; б - в отк рытой теплов ой с ети; 1 - котел; 2 - электрофильт р; 3 - к он такт ный ох ладитель газ ов; 4 - фил ьтр; 5 - тепл ообменник ; 6 - оборудован ие химво доо чистки; 7 - деаэратор; 8 - вв од коагулянта; 9 - возду хоп од ог рев атель

В ц е лях защ иты от загря знений форсунок ск рубберов из нижни х точек ап паратов осущ ес тв ляется д ренаж пульпы в к оличестве о коло 0,03 м3/ч, что ком пенсируется конденсируемой из газов водой. Кроме того, пе ред охлади телем газов орош ающ ая вода прокачивается снова чере з напорны е фильтры 4.

Дл я нормальной работы системы ути лизации н еобходимо обесп ечить водн о-хими ческий режим работы циркуляционного контура , ис ключающий коррозию оборудования , отложение шлама и карбонатов на фо рсунк ах и пове рхностях те плообме нника. Отсутствие та кого опыта в пра ктике эксплуа тации требует проведения специальн ых и ссле дов ан ий.

В данной схем е не предусматривается спе циальной сероочистки в связи с низ ким содержанием серы в приня том в иде топлива. Нейтрализация этих соеди нени й обеспечивается ще лочными элемен тами улавли ваемой в охладителе га зов золы .

Для защит ы от коррозии теплоутилизационного оборудования рекомендуетс я примене ние силиката натрия, периодически дозируе мого в воду цирку ляци онного контура, в количестве 3- 5 мг /л.

Для открыто й тепло вой сети предлагается принципи аль ная с хема утилизации, предста вле нная на рис. 15, б .

Охлаж де ние газ ов п роизводится в охл адителе га зов 3 до температур 23- 40 ºС в з ависимости от режима работы установки. Нагретая в скруббе ре 3 вода до 57- 61 ºС поступает в напорные фильтры 4, где очищается от твердых час тиц и шлама, а затем нап равл яется в водо вод яной теплообменник 5, в котором п одогревается п одпи точная вода. Охлажд енн ая в ода в озвращает ся в охлади тель газов при температурах около 1 2 ºС. Для открытой те пловой с ети расход подпиточной воды зн ачителен, поэ тому подогрева воз духа не производится. Конструкция основного оборудования ути лиз ац ии теп лоты дымовых газов долж на быть разработана применительно к конкретным условиям.

Охладитель га з ов ск ру бберного типа имеет форсуночный разбрыз ги ва те ль св ерху, а вн из у - двой ной отстойник шл ама со вмещенный с дек арбони зато ро м. Во зд ухоподогрева те ль ск рубберного типа также с фо рсуночным распылив анием воды. Выходн о е сечен ие перекры то к апле улови телем из колец Рашига, в нижней ч асти имеется отстойник шлама.

П ри оборуд овании ко тлоаг регатов К ВТК -1 00-1 50 си стем ой утилизации теплоты уходящи х газов эк он омия топлив а з а год состав ля ет в средн ем 3,9 % для закры той и 11 ,7 % для открытой тепл овой се ти. Годовой экономический эффект при стоимости топли ва 22 ру б/т у.т . соста вил по расчетам 5,44 тыс. ру б. для закрыто й и 1 04,6 тыс. р уб. для открытой тепловой сети.

При темпера ту ре ухо дящих газов свыше 1 50 ° С м ож ет быть предлож ена схем а, пред ставленная на ри с. 16. За ко тлом у стан авли вают два скруббе ра, од ин из кот орых 2 служи т для очистки газов от механических примесей . Прим еси вып ад аю т в нижнюю часть и далее поступ аю т в отстойник 5, из кото рого осветлен ная вода внов ь п одае тся на орошение в ск руббер 2. Корп ус скруббе ра покрыт слоем тепловой изол яции, поэтому дым овы е газы в не м почти не охлаждаются. Затем дымовые г азы п оступают в скруббе р 3, где от дают свою теп лоту орошающей воде. Нагре тая в ода насосом подается в п ромежуточный теплообменник 4, в котором подогре вается в ода для потребителя (на го рячее водосн абжение , подпиточная и др.) [ 5 ] .

Рис. 1 6. Схема авто матиза ци и тепл оты дымовых газ ов с механическими примесям и:

1 – котел; 2 - ск руббер очистки газов; 3 - скруббер- утили затор; 4 - теп лооб менник ; 5 - отстойник

Эт а схем а мож ет использоваться при технико-экон омическом обо снов ании для пре дме тов сгорания с температурой 1 50 -200 ° С в связи с бол ьшой металлоемкостью и повыш енными к апи тальными затра тами.

Вследствие отсутствия утилизационного оборуд ования конкретно для к отлов малой м ощно сти де лаю тся попытки приспособить выпускаемы е н ашей промышл енн остью теп лообм енны е аппараты д ля нужд ути лизации теплоты ды мовых га зов в котельных. Горьк ов ским ГПИ Сантехпроект запро ектированы ко тельные с к от лоагрег атами « Братск-М», работающи е на твердом топливе (тип овы е п роекты №№ 903-1- 89, 903-1 -273- 89, 903-1 -274-89) дл я з ак рытой си стемы теплосн абжени я. В качестве утилизатора н а дымовых газах устан авли вается рек уперативн ый компактный тепл оутили затор малой металлоемкости из нагрев ательных эл ементов конвекторов «К омф орт-20» КН 20- 3,5П с ко жухо м.

Т еплоути ли заторы устанавливаются за каждым блоком котлоагрегатов «Б ратск-М». Дым овы е газы по металли ческ ому газоходу нап равляю тся в зол оу лавл ивающую установ ку , затем в теплоутилизатор, после которого дымо вые газы ды мососом подаются в дымовую трубу (рис. 17, а).

Вся м асса д ымов ых газов с те мпературой 180 ºС при работе на камен но м угле и 1 33 ºС на буром охлажд аются в тепл оути ли зат оре соответ ственн о до 1 30 и 90 ° С. Т епл оут или за торы имеют замкнутый кон тур циркуляционной воды: тепл оутили затор - теплообменник - насос - теп лоути ли затор. Ци ркул яци онн ая вода нагревается с 55 до 64 ° С, затем охлажд ается в промежуточно м теплообмен ник е, нагре вая и сходн ую во ду с 1 0 до 1 6 ° С.

Тепл оп рои зводит ельн ость каждой тепл оутили зационн ой установки составляет 0,08 МВт (0,07 Гк ал/ ч) . Примен ен ие ее позволяет допол ни тельн о по лучить ок оло 3 % тепловой э нергии и соотв етственн о сэкономить ок оло 50 т у.т . в год.

Очистка по в ерхности н аг ре ва т епл оути ли зато ра как и для к отл а пре дусматривается ме тодом обдувки сжатым воздух ом, устан овка обдувки вкл ючае т в с ебя компрес сор, ресивер и систему трубопроводов.

Ри с. 17. Сх ема ути ли зации тепл от ы ды мовых газов :

а - котлов « Братск-М» ; б - котла, работающего на буром угле; 1 - блок и з двух котл ов; 2 - золоулови тель; 3 - бункер для сбора воды; 4 - ути ли зато р; 5 - тепл ообм енник ; 6 - котел; 7 - вих ревой циклон; 8 - отстойник; 9 - смесительный резервуар; 1 0 - бак; 11 - теп ловой насос; 12 - засл онка

Для котла, р а бо тающего в режиме 90 /70 ° С на буром угле , предложена установка с утилиза цией тепла дымовых г азов и очи стк ой ух одящи х газов от пыли и окисл ов серы (ри с. 17, б) [ 18].

После котла уста н овл ен ви хревой пы леулови тель 7. Продукты сгорани я до поступ ления в пылеуловитель п ре дварительно охлажд аются за сче т вп ры ски вания в оды, кот орая при контакте с ды мов ыми газами н агревается до 70 -90 °С . Затем ды мовы е газы в корпусе ви хрев ого пы леуловите ля смешиваю тся в турбулентном потоке с водой, содержаще й ней трализующие агенты ( CaCO 3 , Na О H , NH 3 ). На вы ходе из лопа точны х завихрителей в результате резкого изменения давления происходит фазовое ра зделе ние смеси . О бразующ аяся суспензия н ап равляется в отс тойник 8, из которого вод а после охлаждения до 1 5-20 ° С снова пос тупае т в пылеуловитель. Охлажд ение п роиз водится в теплообменни ках с холодной в одой, з атем с помощью те плового н асоса 11.

Тепловая мощн о сть котла, ра ботающего по такой схе ме, может быть ув еличен а на 1 0-6 0 %, с те пен ь п ылеулавливания дости гает 96-98 %, удалени е оки слов серы 73-97 %. С помощью такой установки возможно утилизировать до 50 % сбро сной тепл оты .

Д л я по догрева дутьевого воздух а в работе [ 20] использ ован а с истема из двух теплообменников, установленны х в трактах уходящих газов, и подачи воз духа. Теплообмен ники связан ы т рубопроводами, по которым с помощ ью н ас оса циркул ируе т масло. Такая система поз воляет на отопительном котле мощн остью 5 МВт с низить темпе ратуру уходящи х газов с 20 0- 250 до 11 0-1 40 ºС в зависимос ти от наг рузки .

Рис. 18. Схема утилизации теплоты и очистки дымовых газов парового котла :

1 - котел ; 2 - теплообменник - охладитель газов; 3 - воздухоподогреватель; 4 - теплообменник - подогреватель газов; 5 - контактный теплообменник; 6 - емкость для промывочной воды; 7 - компрессор ; 8 - насо с; 9 - нейтрализатор

Схема у ст ан овки утилизации теплоты дымовых газ ов и очис тка их для парового котла мощностью 3,2 т/ч [ 17] предс тавле на на рис . 18. Кот ел работает на рядов ом буром угле, поэтому на устан овке н аряду с утилизацией произв оди тся десу льфу ризация (90 %) и обесп ыливание (~ 95°). Рас ход дымовых га зов через уст ановку 7500 м3/ч . Температура газов на входе в устан овку 200 °С . В теплообменнике 2 со стеклянными тру бами происходит охлаждение газов на 30 - 60 ºС и нагрев в оды для горячего во досн абжения н а 10-60 ºС при расходе в оды 1 ,2- 2,6 м3 /ч . Дале е газы поступ ают в ск руббер, гд е прои зводится и х п ромывк а зол оизв естк овой вод ой через соп ла. Чере з эти же сопла для окисления суль фи та кальция в сульфат компре ссором подае тся воздух. Промывочн ая жидко сть нейтрализуется для повышени я рН . Шлам вм есте с пром ывочн ой водой поступает в отстойник си стемы золоудал ени я, в к оторый добавляется Ca ( OH )2. Очищенные дымовы е газы проходят че рез во зду хоп од ог рев атель 3, затем по ступаю т в теплообменник из стеклянных труб 4, где п одогреваются до 75-95 ° С и направляютс я дымо сосом в дымо вую трубу. Мощность утилиз ационной установ ки 1 60 кВ т.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

С т о чки зрения защиты окружающей сред ы дл я произ водства теплов ой э нергии п ред почтительно использование газа. Это позволяет и збеж ать вы бро сов тв ерды х частиц и серы, в 3- 4 раза уменьшить окислы азота и вдвое окиси углеро да п о сравн ению с сжи ган ием твердого и ж идкого топлив а. На добычу и т ран сп ортирование газ а затраты на 20- 30 % ниже, чем н а добы чу и т рансп ортирование угля, что имеет большое эко номи ческо е значение.

Средние удельные к онцентрации ос новных вредных веществ, вы брасыв аемых при сж игании раз личн ых топлив котельными , прив еде ны ниже .

Зависимость удельных вредностей от вида топлива

Вредное вещество

Удельная вредность, мг/м3, при виде сжигаемого топлив а

Твердое

Газообразное

Жидкое

NOx .....................................................................

25 0

1 50

200

SOx .....................................................................

2500

-

1 500

CO ......................................................................

3000

1 00

1 40

Твердые частицы .............................................

3000

-

5 0

То же ..................................................................

-

-

20

Из приведенных данных видно, что наибольший экономический вред может быть от выбросов котельных, работающих на твердом топливе.

Одним из основных вредных элементов топлив является сера и азотосодержащие элементы соединения. Для отопительных котельных топливо должно содержать минимальное количество э тих с оединений , н а практик е же это часто нарушается. Десульф ация угля и жидкого топлива - это дорогостоящий процесс , в результате которого резко воз растает стоимость т оп лива, полн ой же очистки достичь невоз можно. Оч истка дымо вы х газов также требует больших капитальн ых влож ений.

Пр им енение ути лиз аторов тепла равносильно повышению КПД котельны х, следствием которого является снижение расхода топлива, а пропорционально этому снижается вы брос вредны х веществ, т.е. практически любые мероприяти я, н аправл енные на энергосбережение, способствуют снижению поступлен ия в атмосферу заг рязн яющи х веще ств. Защита атмос феры от загрязнения имеет не тол ько т ехнико-эко номи ческ ое , но и большо е социальное значе ние. Сернистый ангидрид да же в сравни тельно малых концентрац иях раздражающе действует на сли зисты е оболочки дыхательных путей челов ека и животных. В то же вре мя он является ядом для многих растен ий. Оксид углерода и диоксид азота вступают в соединения с гемоглобином крови, и при больших концентрациях возникае т угроза жизни чело век а. Наличие обычн ых для промышл енных городов аэрозолей диоксида азота в сочетании с повышенной влажностью и запыл енностью приводит к снижению видимости, затрудн яе т прон икновение ультрафиолетовых лучей и снижает число солнечны х дней. Вы брос высокотемпературных газов и угле кислого газа увеличи вает « парниковы й э ффект» .

Для ул авли вани я золы котельные, работающие на твер дом топливе, должны оборудов аться с исте мами газоочистки. Н аиболее э ффективные способы - э лектрофильтры с КПД 97,6- 99 ,9 % - очень дороги и могут быть использованы только на крупных ТЭЦ и ТЭС.

В коте л ьных малой мо щности сухая газоочи стка позволяет улавливать части цы раз мером 3 мкм ме нее 50 %. Частицы же меньш его размера предс тавляют н аибольшую угрозу дл я здоровья, а уловить удается только порядка 1 0 %. В кот ельной малой мощности с 2-3 котлами н а прак тике часто совсе м отсутствуют золоуловители.

Применение утили з ации приво дит к снижению температуры выброса, что, в свою очередь, выз ывает увеличение приземной концентрации вредных веществ. Для обеспечения равнозначной концентрации возн икает н еобходимость снижения количества выбросов и ли увеличени я высоты дымов ой тр убы, т.е. увеличения капита льных вл ож ений , и ли у величения скорости газов в устье дым овой трубы , что потре бует дополнительных затрат электроэнергии.

Зависимость количества выбросов вред н остей от темп ературы имеет ви д:

,                                                  (5)

где М1 и М2 - коли чест во вредных вещест в соответственно до и посл е утили зации , г/ с; Т1 и Т2 - темпер ату ра у ходящих газо в до и после устан овки утили зат оров , ºС; ΔТ1, ΔТ2 - разность температур между температурами уходящих газов и окружающей среды соответственно до и после установки утилизаторов, ºС.

Когда

,                                                 (6)

дополнительных затрат на обеспечение приземной концентрации вредных веществ, создаваемой без учета влияния утилизации теплоты, не требуется.

В том случае, когда

,                                                  (7)

необходимо проведение дополнительных мероприятий :

у вели чени я высоты дымовой трубы

,                                                  (8)

где H 1 , H 2 - высота дымовой трубы до и после утилизации, м;

изменения ско рос ти выброса

,                                                  (9)

где W 1 , W 2 - скорость газов в устье дымовой трубы соответственно до и после утилизаци и , м/ с; D 1 , D 2 - д и аметр дымовой трубы соответственно до и после утилизации, м;

изм ен ени я диаметра трубы

.                                              (10)

Расчетные з ависи мости измен ения относи тельн ого коли честв а в редных веще ств и отн осит ельно й высоты трубы от и зм енения т емперату ры в ыбра сываемых газов со 1 50 до 40 °С и п ри температурах окруж ающ ей среды 20, 0, - 20, - 40 ºС прив едены на рис. 19.

Из приведе н ны х графиков можно в идеть, что снижение вредности на 30 % п озволяет снизить темпе ратуру уходящих газо в примерно до 100 ºС, а снижен ие в реднос ти на 50 % - до 40- 50 ºС без дополнительных капитальн ых вложений .

Снижение температуры у х одящих газов без снижения объ ем ов вредных выбросов требует увеличения высоты дымовой тру бы п рим ерно на 1 2-1 5 % при снижении темп ературы до 100 ºС и на 40-5 0 % при сниж ении до 50 °С.

Таким образом , при сн иж ении температуры выбрасываемых газ ов н еобходимо п редусмотреть мероприятия по снижению приземной концентрации вредных вещес тв. Если при проектировании нового объ екта это учитыв ается в расчетах , то при установке т епл оутил изаторо в на дей ст вующих теплоэнергетических п редпри ятиях необходимо прове сти проверочные расчеты и принять необходи мые меры по обеспечен ию той же вели чи ны п риземной концентрации, что и до установки утили затора.

Рис. 1 9. Зависимость изменения относительного к оли честв а вредны х веществ  и относительной в ысоты трубы  от измен ен ия те мп ературы у ход ящих газов:

1 и 1 ′ - температура окружающей сред ы 20 ° С; 2 и 2 ′ - 0 º С; 3 и 3 ′ - (-20) º С; 4 и 4 ′ - (-40 ) º С

Использование к онтактных тепл оо бм енников с орошение дымовых газов водой позволяет снизить концентрацию вредн ых ве ществ, растворенных в воде, и твердых включений .

При сж и гании газообразного топлива образуется д иоксид NO 2 , м он ок сид азота NO . Д иоксид азота, им еющи й в 7,6 раза больш е токси чность, че м монооксид, полностью ра ств орим в воде. Моноо ксид им еет растворимость 7,38 мл / 100 г при 0 ° С, сниж ается с у величением температуры и при 1 00 ° С его растворимость 2,6 мл / 100 г [ 3].

И ссл едования, п роведенные на контактном экономайзере за котлом ДКВ Р-1 0-1 3, показали, что в номинальном режиме нагрузки контактного экономайзера через него проходил о 1 0 тыс. м3/ч газов, из которых растворялось до 700 г/г мон оокси да азота. При соде ржании оксидов азота в уходящих газах около 1 60-1 70 м23 содержалось NO 2 и до 1 50 мг /м3 NO . После прохож д ения через контактный экономайз ер концентрация NO 2 в газах была близка к нулю, а монооксида - с ни жалась до 65- 70 мг/м3 .

Эффективность использования контактного ап п арата для очистки выбросов соединений азота может быть определена:

.                           (11)

Годовой э кономи ческий ущерб, предотвращаемый в рез ул ьтате сни жения вредны х выбросов в окружающую среду источником, можно оп ределить по укрупненным данным [ 10]:

ΔП = γ σ f Δm ,                                                            (12)

где γ - конст ант а, численное зн ач ение которой для атмос феры ра вно 2,4 ру б/усл.т; σ - безразмерный показатель относите льной опасности загрязнения; f - коэффициент, учитывающий характер рассеивания загрязняющих в ы брос ов; Δ m - сни жение приведенной массы выбросо в в окружающую среду, усл .т.

З на че ни я показа теля σ относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над территориями разли чного функ ционального н азначения приведены ниж е.

Функциональное назначение загрязняемой территории

Значение σ

Ку рортов, санатори ев, заповедников, за казников, прир одных зон отдыха, са довы х и дачных коопе рати вов и тов арищ еств, а также н аселе нных пунктов с о средне й п лотностью населения свыш е 50 чел/ Га .....................................................................................

8

Промышленных предприятий, прому зло в, включая защитные зоны, а также насе ленные пункты с п лотностью населения ниже 50 чел/ Га ........................................................................

4

Лесо в и се ль скохозяйств енных угодий .......................................................................................

0,4

Знач е ни я к оэф фициента f в з ависимости от высот ы ис точни ка загрязнени я Н и сре дне годового з начения разности темпе рату р в устье исто чник а и в окружающей атмосфере ΔТ приведены ниже.

ΔТ, ºС

Значение коэффициента f при высоте H , м

до 20

20-100

101-300

свыше 300

25-50

0,9

3,7

0,6

2,8

0,3

1,8

0,2

1,4

50-150

0,8

3,5

0,4

2,4

0,2

1,4

0,1

1,1

Свыше 150

0,7

3,3

0,4

2,2

0,1

1,2

0,1

0,9

Примеч а ние . При в ыбросе пыли после очистки : с коэффициентом улавливания с выш е 90 % принимаются знач ения f , стоящие в числите ле; с коэффици ен том улавл ивания 70- 90 % - значения f , с тоящие в знамена теле; с коэффици ентом улавливания до 70 % - значения f , равные 10.

Велич и ну сн ижен ия приве де нн ой ма ссы выброса загрязняющ его вещества в окружающую среду определяют п о фо рмуле

Δ m = m1 - m2,                                                          (13)

где m 1 и m 2 - приведенные массы выброса вещества источником з агрязнения до и после ввода в действие сооружения, усл. т .

Величины приведенных масс выброса за г рязняющи х вещ ест в опре деляют по форм улам:

                                                        (14)

гд е Ai - п о казатель отно си тельной агре ссивн ости сбрасыв ае мого вещ еств а, усл. т/ т; М i ,  - массы сброса загрязненного вещества до и после ввода в действие сооружен и я, т/год; i - ко лич ест во видов загряз няющих веществ.

З н ачения величины А для некоторых веществ, выбрасыв аемых в атмос фе ру, приведены ниже.

Вещес тв о                                                                А усл.т /т

Окись уг л ерода ............................................................................. 1

Сернист ый ангидрид SO 2 ............................................................ 22

Сер ная кислота, анги дрид SO 3 ................................................... 49

Окислы азота в пересч е те (по массе ) на NO 2 ............................ 4 1 ,1

3 - 4- бенз(а)пи рен .......................................................................... 1 2,6 × 105

Сажа без примесей ...................................................................... 41, 5

Пятиокись ванадия ...................................................................... 1 225

Примечание . Указанные значения А соответствуют случаю выбро с а примесей в зонах с колич ест вом осадков свыше 400 мм в год. В более засушливых райо нах эти значения сле дуе т увеличи ть в 1 ,2 раза для все х твердых аэрозолей.

На ос но ве эк сперимент ал ьны х данных [ 3] и п рив еденных на стр. 70 и фо рму л ( 12- 14) опре делены величины снижения выбросов вредных вещес тв для газовых котлов типа КВГМ , ос нащен ных тепл оут или заторами типа КТ АН (табл. 12). Учитывая, что п ри кон денсации влаги из дымовых газов образуется около 1 кг /м3 воды , а предельная растворимость около 0,11 г/л, м ожн о полагать, что при тех же условиях для конденсационных тепл оутили зато ров на базе биметаллических калориферов типа КСК результаты будут близки к данным, полученным дл я контактных тепл оу тили зато ров . Более точны е данны е могут быть получены эксперим ент альным путем.

Таблица 1 2

Экол о гичес кие показатели кон тактных утилизаторов

Марка ко т лоагрег ата

М асса выброса вещества, усл. т/год

Снижени е массы выброса ΔМ, усл .т/год

Предотвра щ енный годовой экономиче ский ущерб, руб.

до установки утилизатора М 1

посл е установки утилизатора М 2

КВГМ-4 -1 50

1 8,1 5

8,2

9,95

76,4

КВГМ- 6,5-1 50

28,4

1 3

1 5,4

11 8,3

КВГМ -10-1 50

44,8

20,6

24,2

1 85,9

КВГМ -20-1 50

89,1

4 1, 2

47,9

367,9

КВГМ- 30-1 50

137,4

63, 1

74,3

570,6

КВГМ-50-1 50

236,6

1 08,2

1 28,4

986, 1

КВГМ -100 -1 50

449

1 81 ,5

267,5

2054,4

Отношение M 2 / M 1 со с тавля ет в средне м 0,7, что согласно рис . 19 поз воляет сниз ить те мп ерат уру уход ящи х газов д о 90 ° С без увеличени я приземной конц ент рации .

Ср е дняя величин а отн оси те льн ого снижения головой массы в ыброс ов составила 0,056 т/ МВт мощности котлоагре гата, велич ина п редотвращенного годового эк оном ического ущ ерба 1 6,4 ру б/МВт .

А н ализ взаим озависим ости процессов утилизации тепловой энергии и выброс ов вредных в еще ств пока зы вае т необход имость в каждом конкретн ом случае обоснования применения утилиз аторов как с экономической, так и экол оги ческой точки з рения.

КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УТИЛИЗАТОРОВ ТЕПЛО ТЫ

Максимальное коли ч ество теплоты, которое может быть утил изирован о при работе теплоутилиз ационных установок на ух одящих газах, примерн о равно энтальпии уходящ их газов.

Дейс твите льное количество использованной теплоты всегда меньш е энтальпии г азов , что объясняется преимущественно невозможностью охлажд ения газов ниже температуры поступающего в тепл оутили зато р нагреваемого теплоносителя и ограни чением по соображениям надежности утилизационного о борудования из-за коррози онных процессов.

Коэф ф ици ент полезного действия утилизаторов мож ет быть оценен:

,                                                        (15)

где 1′ и 1″ - соответственно знач е ния энтальпии ды мовых газов на входе и выходе из утилизатора, кк ал/кг ; q п - удель ные п отер и теп лоты на 1 кг сухих газов, м огут бы ть приняты не более 1 % от энтальпии отходящи х газов.

Если приня т ь, что м ассовая теплоем кость меняется незначительно в пределах утилизируемых температур газа, тогд а

,                                      (16)

где t ′, t ″ - те мп ературы газов соответственн о на входе и выхо де из утилизатора.

Выбор утилиза ц ионного оборудования производится по технико-экон оми чески м расчетам с учетом целе сообраз ности и в озможности использовани я утилиз ированн ой теплот ы.

Однако м огут быть случаи, когда о птимальный п о э кономии теплоты вариа нт эн ергос берег ающ его реш ения осуще ствить н евозможно по ряду п ри чин:

опт им альна я по расчетам ве личина утилизированной теплот ы невозм ожна в с вязи с отсутствием необходимого по параметрам утилизационного о борудования в унифицированном ряду;

конструктивно невозможна установка утили з атора при оптимальном варианте;

экономически н а иболее целесообразны й вари ант недопустим по гигиеническим или э кологическим соображ ениям;

при эксплуатации в ы бранного оптималь ного варианта утилизатора срок службы мож ет быть зн ачите льно сокращ ен за счет агр ессивного воздействия сред.

Кром е того, приведенные затраты на стадии проектирования м ог ут отличатьс я от фактических при осуще ствлении или эксплуа таци и уст ано вки (напри мер, мо гут изменяться цены на об орудов ан ие и материалы , топливо, условия выполнения мо нтажны х ра бот и др.). Поэ тому при проведени и те хнико- экономических расчетов целесообразно выявить не только оп ти мальные р ешения, но и опре делить интервал экономи чески допустимых в ариантов, что позволит приня ть правильное с эко номичес кий точки зрени я реш ение при несовпадении практи ческих ус ловий с оптимальными.

Т е хни ко-эко номи чески е расчеты для выбора т епл оутилиз ационн ого оборудования провод ят по минимуму приведе нных зат рат:

Э = ΔП - Ен К,                                                               ( 1 7)

где Э - годовой экономиче с кий э ффек т, руб. ; ΔП - годо ва я эк ономия з атрат, руб .; Ен - нормативный коэффициент э кономическ ой эфф екти вности (Ен = 0 ,15 ); К - доп олни тельные капитальные вложени я, руб.;

П = Пв - Пгод,                                                                 (1 8)

где Пв - экономия топлив а, руб.; Пгод - сумма дополнительных затрат на электроэнергию , амортизацию, текущий ре монт

Пв = Δ B Цт ,                                                                 ( 1 9)

где Δ В - годовая экономия топлива, нм3/т; Цт - стоимость топлив а, ру б/нм3 ( т).

Амор ти заци онные отчисле ния определяются в соответствии с н ормами Госплана СССР, % : з дания и сооружени я - 2,6, обору довани е с монтажом для котельных, работающе е на м ал озольном твердом топливе, - 8,5, при сжи гании выс окос ернистого м азут а - 11,9 , при работе на газ е - 6,8.

Затраты н а текущ ий ремонт п рини мают в раз ме ре 20 % суммы амортизационных отчислен ий.

Окупаемость дополните л ьн ых капитальных вложен ий определ яют по соотношени ю

Ток = К / ΔП.                                                               (20)

Экономию топлива определя ю т п о формуле

B = 0,00 1 94 Qu / η ут = 0,00194 Q ут ,                                           (2 1 )

где Qu - возмож н ое использован ие теплоты уходящих газов, ГДж ; Q ут - к оличе ство утили зиров анн ой теп лоты, ГДж ; ηут - КПД утилизационной установки; 0,001 94 - коэффициент эк вив ал ентн ого перевода (т.е. 1 ГД ж э кв ивалентен 0,001 94 т усл. т.).

Количе с тво нагрев аемой воды в утили заци онной уст ановке

,                                                       (22)

г де V г - ра с ход газа, м3/ч; t в ′ и t в ″ - соответственно начальная и конечная темп ерату ры воды , ºС; Св - теплоемкость воды, кД ж/кг · ºС ; ηос - ко эффициент потерь теплоты в окружающую среду ут илизаци онной установкой.

Количество воздух а , н аг рев аемо го в ут илизационной установке,

,                                                   (23)

где t в3 ′ , t в3 ″ - с оответств енно началь ная и конечная температур ы воздуха, °С; C в3 - т е плоемкость воздуха, кДж/кг · °С .

О сновны е за траты на установку утилиза тора в год:

З = К (Ен + m α + m т.р ),                                                    (2 4 )

г д е К - капита льные вложения, вкл ючающие стоимость утили зато ра, стоимость монтажн ых работ, доп олнительных строительных работ и заработной платы (при необходи мости доп олни тельн ого о бслужи вающ его п ерсонала).

Р асход электроэне ргии на эксплуа тацию установленного тепл оут илиз ат ора

Зэ = Δ N э τ Цэ,                                                              (25)

гд е Δ N э - дополнительная м ощнос ть на пере качку теплоноси теля и п реодоление аэродинамиче ского с опроти влени я тепл оутилизат ора, кВт; τ - число часов работы ути лизатора в году, ч; Цэ - с то имость э лектроэне ргии, руб/кВт · ч .

При проектировании утили з ационное оборудование обычно выби рается исх одя из эконом ического эффе кта как разность затрат дл я базов ого и п редполагаемого вариантов. За баз овый вари ан т целесооб разно принять систему без ути ли зации теплоты либо один из рассматриваемых вариантов утил изации.

С у щественным фак тором, определ яющим экон омичность тепл оутили заторо в, является их ма тери ал оемк ос ть.

В процес с е проектиро ван ия котло аг рег атов с тепл оути лизаторами определение эконом ическ ой эффективнос ти капитальных вложений и с рока окупаемос ти может произв одиться исходя из замыкающих з атрат н а топливо. В этом с лучае срок окуп аемости м ожет быть зн ачи тельн о ни же н ормативн ой величины.

При проведении м ероприятий по энергосбережению на действующем предприятии с помощью установки утилизаторов технико -экон оми чески е расчеты основывают на стоимости по дейст вующ ему прейскуранту, в к отором стоимость теплоты значительно ниже замыкающих з атрат. Поэтому результаты расчетов при новом строительстве и реконструкции действующих предп риятий могут быть различными.

В условиях хозрасчета п редп ри ятию выгодно внедрять только те энергосберегаю щие м ероприятия, которые обеспечат повышени е рентабельности на бли жайшую перспе ктиву.

В связи с н е стаби льностью цен на топливо и оборудование, свя занной с измене ниями в экономике, целесообразно в качестве критерия эффекти вности применения ути лизаторов и спользовать удельные годовые расходы э лектроэнергии, удельные капитальные вл ожени я и удельную экономическую эффективность. Проведено технико- экон омическое сравнение вариантов применения КТАН ов и конд енсационных теплообменник ов с биметаллическими трубками типа КСК .

Графики изменения удельных величин затрат на тонн у сэкономле нного условного топ ли ва в зависимости от мощн ости теплоисточника пре дставлены на рис. 20. Как видно из графиков , все расчетные кривые удельных расходов электроэнергии, эксплуатационных расходов, капитальн ых вл ожени й для мощностей котельны х 4,65-11 6,3 МВт лежат ниже для ко нденсаци онных теплообменников, че м для КТАН ов, только кривая удельной экономической эф фе ктивности идет вы ше. Из этого следует, что приме нение кон денсаци онных теплообменников более эфф ектив но для котлов малой м ощности , чем установок с КТ АНа ми. Причем надежность при э ксплуатаци и утилизационного оборудования такж е будет выш е в следствие отсутстви я дополнительных контуров циркуляции с насосами и арматуро й.

Следует иметь в виду, что все расчеты по ко нд енсационным теплообменникам были сдел аны ориен тировочно, в каждом конкретном случа е должны быть учтены местные ус ловия, те мпература нагреваемой воды , теплотворная способно сть газа, КПД котла, возможности размещения оборудования за кот лами и д ругие особенности.

Р и с. 20. Зависи мость удельных показателей от мощн ости котл а п ри установке утилизаторов :

а - эле кт ро энергии ; б - годовых эксплу ат ационны х расходов; в - металлоемкости утилиз аторов ; г - к апит альных вл ожени й в устан овку ут илизаторов; д - экономической эффективности утилизаторов; 1 - тип КСК; 2 - тип КТ АН

С опоставление различных вариа нтов м ожет быть прове дено по уде льн ым п оказателям энерго- и материал оемкости. С у четом того, что для выработки электроэнергии и п роизв одства металла такж е расход уется топливо, любое снижение показате лей прежде всего приведет к сниже ни ю затрат на добы чу топ лива и производств а электроэне ргии.

Опыт свидетельствует, что в условиях нормальной экономической д е яте льности мероприятия, проводимые на существующем оборудовании в це лях рационального использован ия топливно-энергетических ресурсов , окупаются примерно в течен ие двух ле т, тогда как капиталовлож ения в добы вающую промы шл енн ость и в энергетику - за 1 5-1 7 ле т. Хотя мероприятия по энергосбережению со време нем становятся все дороже, те м не менее они являются боле е рентабельными , че м дополн ительное произ водство теплоносите ле й.

Д остаточно ска зать, что в нашей стране единов ременные за траты предприятий топли вод обычи и е го трансп орта находятся на уровне 1 70-200 руб., тогда как капиталовлож ения в утилизацию - около 30 ру б/т у.т . П ри ведение в соотв етствие цен на топливо и тепл овую эне ргию ре зк о пов ыс ит эконом ичность применения тепл оути ли заторов в котельных.

Не о бходимым условием широкого вне дрения мероприятий по ути ли зации теп ла д ымовых газ ов на ко тельных является ра зработк а ти повых схе м использования ути лизационной теплоты, особенно на котельны х, работающи х на закрытую си стему теплоснабж ени я, разработка компактных теп лоути ли заторов для всех мощ ностей котлов, создание предприятий по в ыпуску энергосберегаю щего оборудования, рын ка этого обо рудов ания и специализированных организаций по оказ ан ию услуг в энергосбережении.

Во всех случаях большое значен и е до лжно прида ваться экологическим факторам как при разработке нового, так и при установке существующего утилизационного оборудовани я. Н аряду с крите риями экономи ческими и материальными п ри выборе утилизационного оборудован ия следует рук оводс твоваться эк ологическим крите рием, в ка честве которого может выступать относительная вел и чина снижения годовой масс ы вредных выбросов

                                                          (26 )

и относител ь ная величина годового э кономического ущ ерба, предотвраща емого в результате снижения выброса вредных вещ ест в в окружающую среду

,                                                             (27 )

гд е Q к - мощность теплоисточника, МВт .

ЛИТ ЕРАТ УРА

1 . А .с. № 1 208409, МКИ Г 22В 37/54 Г 28с 3/08. К отельн ая установка / Д руцкий А. В., Головач К . Г., Родин Ю . Г., Митюнин А. И. (СССР). Заявл . 1 6.08.84 № 3781 437/24- 06. Бюл. № 4 / / Откры тия. Изобретения. - 1 986.

2. Аронов И. З. Контакт н ый нагре в воды продуктами сгорания природного газа. - Л.: Н аука, 1 978.

3. Аронов И. З ., Сигал А. И. Установки кон так тных экономайз еров с целью сн ижени я выбросов оксидов азота с дымовыми га зами // Химическая технология. - 1 98 8. - № 1. - С. 68- 70.

4. Баран о в Е. П., Бухарки н Е . Н., Кушнирюк В. В. Опыт использования вторичны х энерго ресу рсов в прои зводст вен ной котельной // Промышл енн ая эне ргетика. - 1 988. - № 1. - С. 21- 22.

5. Богуславский Л. Д. Снижение расхода энергии при работе систем отоплен и я и вен ти ляции. - М.: Стройи зд ат, 1 985.

6. И м ен И., Царс А. и др. Использование теплоты к онден сации в одяных паров в м азутны х отопитель ных котлах // Ен ергетик а. - 1 987, 38. - № 4. - С. 1 4-1 6.

7. К орня ков А. Б., Пермяков А. Б. Примен ени е воздухоподогревателей из стекл янны х труб с целью экономии топлива в котельн ых / В сб. « Повышение эффек тивн ости теплоэнергетических установок». - Калинин, 1 98 7.

8. Методические рекомендац и и по прое кти рованию кон такт но-эконом ай зерны х установок в газ ифиц ирован ных к отельны х. - Ки ев: НИИ СТ, 1 985.

9. Пе нче в П., Ю руков И., Милачков Х. Утилизация на отпадна топлин а от хлебопекарни пещи через теплообменник с топлинни т ръ би // Енергетика. - 1 987, 38 . № 4. - С. 24-25.

1 0. Пособие по составлен ию ра здела проекта (р абочего проекта « Охран а окружаю щей приро дн ой сре ды» к СНиП 1.02.01-8 5). М .: ЦНИИп рое кт , 1 988.

11 . Строи тельны й ка тало г СК-8. Инжен ерное оборудование зда ний и сооружений . - М. , 1 990.

1 2. Строительств о и архитектура: Экспресс -информация . Вып . 6. - Се р. 9. Инженерное обеспе чение объ ектов строительс тва . Зарубежный опыт. - М. , 19 82.

1 3. Теп ло обменники контактные с активной насадкой (КТАН) для котлов теплопроизводительностью 0,2-11 6 МВт, работающих на природном газе: Ката лог. - Рига, 1 987.

1 4. Энергосбережение в системах теплоснабжения , вентиляции и кондиционирования в озд уха : Справо чн ое по собие. Под ред. Л. Д . Б огуславского и В. И. Ливча ка. - М.: Стройи здат , 1 990 - 624 с.

15. Erfuhrungen bu der Atwirminutzung mit CRC-Anlagen H. R. Engerhorn, Butzbuch. Breunsloff - Harme - Kraft, 1988, 40. - № 9 - P. 334-339

16. CALCOND reduziert die Huzkosten und eutlastel der Umwelt. Padeck R. Int-Ansr ü st - May, 1986 - № 5, 60, 62.

17. Ruchgasreinufung und Warmerwirgewinnung an 3, 2 t/h - Zampfkesseln. Buker Ehr. // Energiennroendung - 1983, 38 - № 1 - P. 28; 29.

18. Rauchjaseutschmefelun und Abissrnulutzung in landwitschaftlichen Eihrtchtamfen // Energiennroendung. - 1987, 36. - № 2. P . 51-55.

19. Vario-Breunwerkessei f ü -oi, an Joidney zum Umweltseirutz. Janymeyer M. // Energie und Umwelt Feueraystechnik. - 1988, 26. - № 2. P . 94-98.

20. Worierwarmde verbraudingstuckt pan reudabei Zij ü r Lekkers. J. Verwarming en verctirase. - 1986. - № 9. - P. 637-643.

СОДЕРЖАНИЕ

Общая часть . 1

Утилизация теплоты дымовых газов в газифицированных котельных . 3

Особенности утилизации теплоты дымовых газов в котельных, работающих на жидком топливе . 28

Особенности утилизации теплоты дымовых газов в котельных, работающих на твердом топливе . 33

Экологические аспекты утилизации теплоты дымовых газов . 38

Критерии эффективности применения утилизаторов теплоты .. 43

Литература . 47

Похожие документы