Меню Рубрики

Установки утилизации отходящих газов

Методы утилизации тепла

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

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

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

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

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

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

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

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

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

;

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

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

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

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

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

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

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9866 — | 7529 — или читать все.

Читайте также:  Установки охлаждения с рециркуляцией

источник

Системы утилизации тепла дымовых и отходящих газов

Утилизация тепла используется, чтобы понизить до минимума потери установок вентилирования воздуха. Применяются сложные технические устройства, способные поглощать и аккумулировать энергию для последующего использования потребителем.

Примеры упрощенных тепловых схем

Тепловой модуль (сокращенно ТМ) – главный блок системы когенерации. Функции: сбор потока горячего воздуха и объединение с поступлением холодного извне. В зависимости от источника энергии различают 2 вида теплообменников:

Работает по принципу – вода/антифриз или антифриз/антифриз. ТМ выполняет главную функцию по утилизации от работы электрогенераторов. После объединения в месте сбора собранный поток направляют дальше для потребления. Процессы, выполняемые установкой, называют СУТ (системой утилизации тепла). Чаще ее объединяют с механизмами, охлаждающими генератор. В этом случае получают установку, работающую по замкнутому принципу – сбор/понижение температуры.

ТМ увеличивает КПД (коэффициент полезного действия) установки, вырабатывающей тепло, до 86-90%. Соответственно достигают достаточной экономии затраченных ресурсов на производство энергии.

Как мы снимаем тепло с электростанции?

Когда работают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), процесс сбора энергии выполняется штатно:

  • УТА – утилизатор энергии антифриза забирает горячий воздух, затем передает для нагревания воды;
  • Работа утилизатора дымовых газов (УДГ) уменьшает разогрев уже на выходе. Температура нагрева дыма достигает 460-550 °С. После прохождения через утилизатор с чиллером, начинается остывание (до 125-180°С). Разница в температуре идет на разогрев больших объемов воды для дальнейшего потребления.

Если сравнить объем энергетической массы, утилизируемой системой утилизации тепла, получаем пропорцию: на 100 единиц электроэнергии идет выработка 110-130 единиц энергии. При использовании турбинных двигателей внутреннего сгорания для утилизации используют только сбор энергии горячего дыма. При этом мощность УДГ зависит от размеров (параметров) турбинной установки. Она достигает значений в диапазоне 118% – 145% от выработки электроэнергии.

Преимущества утилизаторов тепловой энергии

Установки, выполняющие сбор и переработку тепловой энергии, используют технологии с максимальным коэффициентом полезного действия. Устройства обеспечиваются:

  • гарантией производителя;
  • сопровождением доставки менеджерами;
  • соответствием гос.стандартизации;
  • тестовым монтажом и запуском в присутствии представителя компании производителя.

Конструкции установок по утилизации снабжены:

  • нержавеющими трубками для теплообмена;
  • специальным покрытием поверхностей котлов-утилизаторов для более легкой очистки трубок и предохранения теплообменника от повреждений;
  • компенсатором с защитными функциями от дефектов при аварии, нарушении условий работы;
  • спец. устройствами для уменьшения показателя аэродинамического сопротивления (до двух кПа).

Кожухотрубное устройство УТА (утилизатора тепла антифриза) облегчает ремонт, очищение загрязнений. Не нужна замена прокладок между отдельными пластинами. Перед выпуском детали ТМ проходит испытания в условиях давления 0.8 МПа. Это превышает рабочее давление жидкостей при эксплуатации на две десятых (0.6 МПа).

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

Продукт выхлопа печей – горячий дымовой газ. Потери тепловой энергии с выходом достигают 80% при работе мартеновских печей. Поэтому в печах нагрева теряется с газом 60% тепла. Количество горячего воздуха, безвозвратно уходящего вверх, зависит от показателей разогрева и способности использовать непосредственно в печи.

Схема глубокой утилизации тепла решается двумя способами:

  1. Возвращается часть энергии обратно в печь.
    При этом нужна передача другим потокам газа или воздуха, направленным к источнику разогрева. Применение специальных теплообменников повышает КПД печи, показатели температуры и существенно экономит нормы расхода горючего.
  2. Без возврата тепла в печной агрегат.
    Утилизированный поток горячего воздуха применяют в котельных, турбинных комплексах, газопоршневых устройствах. Это приводит к весомой экономии топлива.

Используют одновременно два метода при разогреве газа до высоких температур. При разлоеве дымового газа до 745-800°С, энергии хватает для возврата в печь и для теплосиловой установки.

Утилизация тепла дымового газа с возвратом экономит столько энергии, сколько ее удалось вернуть в систему. Эффект от установки – снижение затраченных средств на нагрев металлических элементов в печах. Потери разогретого воздуха свести к нулю невозможно.

Проблемы утилизации тепла отходящего газа актуальны при производстве:

  • Фосфогипса – сгенерированную таким методом серную кислоту используют вновь для разложения соединений фосфора и получения повторно фосфорной кислоты;
  • Лаков и красок – газ, полученный при утилизации, самый горячий из промышленных газов;
  • Никеля, меди, свинца – теплотворная способность достигает 700 ккал/нм, что экономит при возвращении газа в печь почти 15% топлива;
  • Стальных сплавов – газ отдает тепло воде, образующийся пар используют в других процессах.
Читайте также:  Установка кондиционеров в уральске зко

При утилизации отходящих газов нужно тщательно выполнить очистку от вредных и отравляющих примесей. Это усложняет улавливание и использование разогретых паров. Развитие методов очищения в сфере машиностроения, химической промышленности осваивает новые способы обратного применения чистого потока тепла.

Утилизация высоко и низкопотенциального тепла

При работе электродуговых печей происходит выброс высокопотенциального тепла. Утилизация призвана сохранить и использовать более четверти энергии, использованной в производстве. Утилизация высокопотенциального тепла на КС (компрессорных станциях) выполняется рекуператором совместно с:

  • блоком для очистки газа от загрязнений;
  • теплообменником газ/теплоноситель;
  • распределяющим тепло устройством.

Зона рекуперации (преобразования) – это теплообменник, с циркуляцией теплоносителя. Выделяемое тепло применяют для выработки электроэнергии.

Промышленные процессы сопровождаются выделением некоторого количества теплого воздуха, рассеивающегося в атмосфере. Для него используют термин «сбросное тепло». Это низкопотенциальная энергия из-за небольшой разности ее температуры с окружающим воздухом. У воздушного потока высокий потенциал, преобразование энергии в полезную – серьезная техническая задача. К низкопотенциальным источникам относят:

  • промышленные производства – при сжатии газов в компрессорах, сгорании топлива;
  • устройства охлаждения очистных сооружений – сточные воды;
  • установки для сжигания биогаза – энергия от сгорания топливных смесей;
  • линии по переработке продуктов нефти и газа – утилизация тепла при сгорании попутного газа;
  • предприятия по переработке птицы, скота – биологическое топливо;
  • предприятия лесоперерабатывающего комплекса – тепло при горении отходов.

В разработке систем утилизации тепла учитываются задачи по использованию:

  • дополнительного источника энергии;
  • пунктов для электропитания;
  • работы системы отопления отдельно стоящих домов, поселков (при удалении от электросетей).

Эффективная утилизация тепловых выбросов позволит уменьшить расходы на энергоносители, обеспечит автономными источниками энергии.

источник

Установка утилизации тепла дымовых газов

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

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

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

В результате указанного внедрения получено следующее:

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

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

— коэффициент полезного действия котлов повышен на 10%.

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

Такие высокие технико-экономические показатели объяснимы.

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

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

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

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

Читайте также:  Установка в предложном падеже

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема установки утилизации тепла дымовых газов (УУТГ)

1 — контактный теплообменник;

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

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

5 — часть ДГ, направляемая на утилизацию их тепла;

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

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

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

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

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

12 — распылитель оборотной воды;

13 — насадка специальная с развитой поверхностью;

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

17 — система подачи холодной воды;

18 — оборотная вода, нагретая утилизированным теплом;

19 — насос для перекачки оборотной воды;

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

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

22 — расходная вода, нагретая утилизированным теплом ДГ.

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

источник

Добавить комментарий