АНАЛИЗ УСТАНОВОК ДЛЯ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ВЛАЖНЫХ ГАЗОВ

Явная и скрытая теплота влажных газов может использоваться для таких целей, как подогрев подпиточной воды котлов [2], воздуха и топлива, идущего на горение, подсушку топлива, подогрев приточного воздуха, идущего в системы вентиляции или нагрев воды теплообменников 1-го и 2-го подогрева приточного воздуха по схеме теплового насоса, на горячее водоснабжение, для подогрева обратной сетевой воды в системах теплоснабжения, а в отдельных случаях - для подогрева воды в системах отопления [3].

Кроме котельных, важным источником влажных газообразных ВЭР являются промышленные печи. Например, в цементной промышленности использование теплоты отходящих газов может с избытком обеспечить потребности предприятий этой области на теплоснабжение [1]. Заметную долю в энергетическом балансе страны составляют энергетические затраты на процессы сушки и обезвоживания материалов, (сушка зерна, кормов и другой сельскохозяйственной продукции, продукции деревообрабатывающей, легкой, пищевой промышленности и т.д.). При этом, до 40% теплоты теряется с уходящим влажным сушильным агентом и может быть частично сохранена путем утилизации его скрытой и явной теплоты. На настоящий момент не полностью используется потенциал влажного вытяжного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.

Развитие водородной энергетики влечет за собой применение топлив с высоким содержанием водорода, а также использование чистого водорода для повышения параметров циклов энергетических установок. Эти обстоятельства приводят к увеличению влагосодержания продуктов сгорания и увеличивают значимость глубокой утилизации теплоты влажных газов. Применение в качестве топлива водомазутных смесей и водоугольных суспензий позволяет добиться целого ряда преимуществ при организации транспортировки и сжигания топлив.

Дымовые газы имеют при этом повышенное влагосодержание и высокую энтальпию. Необходимое во многих технологических процессах сжигание природного газа в чистом кислороде (например, в производстве стекла [3]) приводит к образованию дымовых газов с влагосодержанием на выходе примерно 450 г/кг сухого газа. Конденсация этой влаги позволит выделять около 1000 кДж теплоты на каждый килограмм продуктов сгорания.

В ближайшем будущем можно ожидать более широкого применения турбодетандерных агрегатов для использования избыточного перепада давления природного газа [2]. 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 [3]. В этом случае также возможна конденсация газов на теплообменной поверхности.

В таблице 1 приведены характерные температуры влажных газообразных вторичных энергетических ресурсов и концентрации содержащихся в них водяных паров. Как видно, они могут изменяться в очень широком диапазоне.

Основные различия конкретных схем глубокой утилизации теплоты касаются источника влажных газов, способа использования получаемого низкопотенциального тепла, способа борьбы с конденсацией влаги в газодымовом тракте, а также типа, применяемого в них конденсационного теплоутилизатора.

Обобщенная схема установки глубокой утилизации теплоты влажных газов с КТУ поверхностного типа и байпасированием части влажных газов в упрощенном виде представлена на рисунке 1. Схема включает энергетическую, технологическую или другую теплоиспользующую установку, в процессе работы которой образуются влажные газы 1. К таким установкам можно отнести: устройство, в котором происходит сжигание водородосодержащего или влажного топлива (паровой или водогоейный котел, промышленную печь, аппарат погружного горения и т.д.), технологическую установку для термовлажностной обработки материалов (сушильная установка, технологическая установка для производства бумаги и т.д.), конденсационную установку, из которого удаляется паровоздушная смесь, систему кондиционирования воздуха, систему вентиляции помещений с повышенным выделением влаги, компрессорную станцию для получения сжатого воздуха и т.д.

Таблица 1.

Влажные газы, образующиеся в теплотехнических установках

За установкой предусматривается циклон или фильтр 2 , в котором происходит очистка влажных газов от загрязнений, связанных с технологическим процессом [2].

Рисунок 1. Схема типичной установки для утилизации теплоты влажных газов

1 - технологическая установка или другой источник влажных газов; 2 - циклон или фильтр для очистки влажных газов от загрязнений; 3 - конденсационный теплоутилизатор; 4 - каплеуловитель; 5 - дымосос (вытяжной вентилятор); 6 - дымовая труба (вентиляционная шахта); 7 - сборник конденсата; 8 - байпасная линия; 9 - линия рециркуляции; 10 - конденсатная линия.

Вопросы эффективного применения КТУ, безопасности газодымового тракта и распространения влажной охлажденной примеси могут быть успешно решены только путем совместного исследования процессов тепломассообмена в конденсационных теплоутилизаторах, газодымовом тракте и при распространения влажной конденсирующейся примеси в атмосфере.

Чтобы успешно решить эту задачу, необходимо определить распределение температур, энтальпий и влагосодержаний в каналах теплообменников, исследовать их работу в широком диапазоне режимных параметров, что часто представляет сложную физическую и математическую задачу, обусловленную недостаточной изученностью протекающих при этом физических процессов и разнообразием конструкций КТУ.

Список литературы:

1. Кудинов А. А. Глубокое охлаждение продуктов сгорания в конденсационных теплоутилизаторах // Энергосбережение в теплоэнергетике и теплоснабжении. - 1999. - No 4. - С. 31 - 34.
2. Бухаркин Е.Н. К вопросу обеспечения надёжных условий использования экономичных котлов с конденсационными теплоутилизаторами // Теплоэнергетика. - 1987. - No 5. - С. 31 - 34.
3. Гомон В.И., Пресич Г.А., Навродская Р.А. Утилизация вторичных энергоресурсов в отопительных котельных. //Теплоэнергетика -1990. —No.6. - С.22-25.