ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ДЛЯ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ВЛАЖНЫХ ГАЗОВ

АННОТАЦИЯ

В работе освещен обзор особенности применения установок для глубокой утилизации теплоты влажных газов. Выявлено что утилизация теплоты влажных газов позволяет на 10-15% увеличить коэффициент использования топлива. Анализ обобщенной схемы установки глубокой утилизации теплоты влажных газов с КТУ поверхностного типа и байпасированием части влажных газов показал возможность повышение тепловой мощности для теплоснабжения глубокой утилизацией теплоты влажных газов постановки цели и задач по экономии в процессе утилизации.

Ключевые слова: Утилизация, влажные газы, продукты сгорания, конденсат.

Глубокая утилизация теплоты влажных газов широко применяется в различных отраслях промышленности, в том числе в химической, в целлюлозно-бумажной, при сушке материалов, холодильной промышленности, в промышленности строительных материалов (например, при «мокром» способе производства цемента [1]), а также в системах вентиляции и кондиционирования воздуха [1-3].

Наибольший потенциал энергосбережения может быть достигнут при глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания влажных и водородосодержащих топлив в котельных установках и промышленных печах. Влагосодержание продуктов сгорания природного газа в котельных установках составляет 110-130 г/кг сухих газов, а точка росы - примерно 55°С. Утилизация их теплоты позволяет на 10-15% увеличить коэффициент использования топлива. Впрыск воды в зону активного горения, применяемый для подавления образования оксидов азота, увеличивает влагосодержание отходящих газов до 130-140 г/кг сухих газов, что позволяет экономить дополнительное тепло конденсации в конденсационных теплоутилизаторах. Рядом авторов предложены схемы включения КТУ для утилизации тепла отходящих газов котельных установок [3].

В ближайшем будущем можно ожидать более широкого применения турбодетандерных агрегатов для использования избыточного перепада давления природного газа. Для успешного применения ДГА требуется предварительный подогрев природного газа. Одним из наиболее пригодных для этой цели вторичных энергетических ресурсов являются отходящие дымовые газы после котлов. В этом случае также возможна конденсация газов на теплообменной поверхности [5].

Развитие техники производства компактных поверхностей привело к расширению применения поверхностных теплоутилизаторов. Использование ребристых поверхностей позволяет повысить компактность теплообменных аппаратов и их удельную, отнесённую к единице объёма тепловую мощность. Поверхностные КТУ компактны, легче встраиваются в газоход, не нуждаются в дополнительном контуре орошающей воды и позволяют полезно использовать образовавшийся конденсат. Они чаще использовуются в установках, где обрабатываются небольшие расходы газа, например, в сушилках. Отмечается; меньшая металлоемкость и меньшее аэродинамическое сопротивление поверхностных теплотутилизаторов, а также возможность нагревать воду до температур выше температуры мокрого термометра, исключение возможности увлажнения газов независимо от режима работы теплоутилизаторов.

Преимущества поверхностных КТУ в наибольшей степени проявляются при их использовании с газовыми котлами небольшой производительности (до 3 МВт). Теплоутилизаторы повышают коэффициент использования топлива в среднем на 10%, что позволяет на 10% увеличить количество получаемой теплоты без дополнительного расходования топлива. Это показатель может быть выше в газопотребляющих отопительных котельных малой мощности в которых температура уходящих продуктов сгорания может превышать 200° С. Однако, при конструировании КТУ необходимо учитывать, что теплообменная поверхность его набирается из дорогостоящих биметаллических ребристых труб, кроме того, поверхность теплообмена и корпус теплоутилизатора должны быть защищены от коррозии специальным покрытием или выполнены из легированной стали на случай возможного каплеуноса. Одним из недостатков поверхностных КТУ является необходимость нейтрализации конденсата до значений РН 6,5-8,5. Поверхностные КТУ могут иметь различные конструкции и работать в широком диапазоне рабочих параметров теплоносителей [7].

Байпасная линия (8) позволяет пропускать газы мимо теплоутилизатора, когда это необходимо. Капельная влага, уносимая из КТУ потоком газа, отделяется в каплеотделителе (4). В процессе работы установки выделяется конденсат, часто в значительном количестве. После сборника (7) он направляется в систему очистки (в основном для нейтрализация растворенных газообразных примесей), после чего он может быть полезно использован.

Часть отходящих газов после осушки может направляться обратно в технологическую или теплоиспользующую установку: в сушилку, в систему кондиционирования и т.д. Осушенные и охлажденные в теплоутилизаторе газы удаляются в атмосферу дымососом (5) (если они представляют собой продукты сгорания) либо вытяжным вентилятором (если это влажный воздух). Выброс газов осуществляется через дымовую трубу (6), либо через вентиляционную шахту.

Одна из трудностей применения КТУ состоит в том, что в них часто необходимо подогревать до высоких температур (70 °С и выше) воду, направляемую на горячее водоснабжение или отопление. Еще одной возможностью использования теплоты влажных газов является подогрев сетевой воды, возвращающейся на источник теплоты и имеющей достаточно высокую температуру, соответствующую температурному графику тепловой сети (60-90°С). При таких температурах холодного теплоносителя конденсация влаги может либо не происходить, либо протекать недостаточно интенсивно. В таких случаях оправданным становится применение тепловых насосов, в которых испаритель является конденсационным теплоутилизатором. Это дает возможность обеспечить низкую температуру поверхности теплообмена при достаточно высоком коэффициенте трансформации теплоты [6-7].

Для эффективного использования теплоты влажных газов требуется оптимизация теплоутилизационных установок. Оптимизация обычных теплообменных аппаратов и сушильных установок часто позволяет на десятки процентов сократить приведенные затраты на их создание и эксплуатацию. В случае конденсационных - теплообменников результат оптимизации выбора их может быть еще большим, поскольку эффективность их работы еще более существенно зависит от режимных и конструктивных параметров. Необходимым условием оптимизации является разработка надежных методов расчета КТУ. Во многих теплотехнологических установках возникает неравномерность протекания процессов тепло- и массообмена в пространстве и времени. В установках глубокой утилизации теплоты влажных газов неравномерность температур, влагосодержаний, коэффициентов теплопередачи также очень существенна. Выравнивание движущей силы процессов тепло- и массопереноса в КТУ является одним из путей их оптимизации [6-7].

Анализ обобщенной схемы установки глубокой утилизации теплоты влажных газов с КТУ поверхностного типа и байпасированием части влажных газов показал возможность повышение тепловой мощности для теплоснабжения глубокой утилизацией теплоты влажных газов постановки цели и задач по экономии в процессе утилизации.

Список литературы:

1. Леньел П., Морван Ш. Химия и технология целлюлозно-бумажного производства // М.: Лесная промышленность, 1989.- 428 с.
2. Л.В. Романова, A.B. Братцева, И.В. Иванов Конденсация парогазовой смеси на наклонном пакете охлаждаемых труб // Тр. IV-й Четвертая Российская конференция по теплообмену, в 8-и т.- М.: Издательский дом МЭИ. - 2005. Т.2.- С. 169-171.
3. В.В.Боголюбов Вентиляция сушильных установок // М.: Лесная промышленность, 1989. - 208 с.
4. Очистка и рекуперация промышленных выбросов / под ред. В.Ф.Максимова, и И.В.Вольфа. - М.: Лесная промышленность, 1989.- 244 с.
5. Романова Л.В., Гогонин И.И. Очистка парогазовых выбросов с помощью конденсаторов // Теплоэнергетика - 1997. - №7. - С.57-61.
6. Н.И.Малин. Энергосберегающая сушка зерна // М.: Колос, 2004. - 240 с.
7. Данилов О.Л. Энергосбережение при сушке с рециркуляцией сушильного агента // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005: Tp.II-й Межд.науч.-практ. конф., в 2-х т. // М.: Издательство ВИМ.- 2005. -Т.2.-С 7-11.