ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В КОТЕЛЬНОЙ ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ЗА КОТЛОМ

ENERGY SAVING IN THE BOILER ROOM DUE TO THE UTILIZATION OF THERMAL ENERGY OF EXHAUST GASES BEHIND THE BOILER

Ilya Zagoskin

undergraduate, Department of heat and gas supply, ventilation and hydraulics, Vladimir state University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov,

Russia, Vladimir

Alexey Marov

scientific advisor, department teacher, Department of heat and gas supply, ventilation and hydraulics, Vladimir state University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

Энергетическая эффективность котельных установок играет важную роль в общем балансе производства тепловой энергии. Для повышения эффективности котлов применяют утилизационные теплообменные аппараты в качестве дополнительных хвостовых поверхностей котельного агрегата. Если охлаждение дымовых газов производится до температуры, превышающей точку росы дымовых газов, то используются теплообменные аппараты простой конструкции. В случае, когда происходит глубокое охлаждение уходящих газов с выпадением и отводом влаги, необходимо использовать коррозионно стойкие материалы. Это, безусловно, дороже, но и эффективность существенно выше.

ABSTRACT

The energy efficiency of boiler plants plays an important role in the overall balance of heat production. To increase the efficiency of boilers, recycling heat exchangers are used as additional tail surfaces of the boiler unit. If the flue gases are cooled to a temperature exceeding the dew point of the flue gases, heat exchangers of a simple design are used. In the case of deep cooling of the exhaust gases with precipitation and removal of moisture, it is necessary to use corrosion-resistant materials. This is certainly more expensive, but the efficiency is significantly higher.

Ключевые слова: утилизация теплоты; коэффициент полезного действия; экономайзер; воздухоподогреватель; температура уходящих газов; эффективность; энергосбережение; экономия топлива.

Keywords: heat recovery; efficiency; economizer; air heater; exhaust gas temperature; efficiency; energy saving; fuel economy.

Россия последние годы на законодательном уровне взяла направление на энергосбережение [1, с. 104] и повышение эффективности энергетических установок. Повышение эффективности установок, производящих энергию разных видов, имеет целью экономию топлива, а также позволяет увеличивать энергетические мощности.

Городские системы теплообеспечения потребителей представляет собой одни из самых расходный частей теплоэнергетики. На теплоэлектроцентрали, городские и районные котельные приходится примерно пятая часть всего потребляемого топлива. Для генерации теплоты относительно низкого температурного уровня, порядка 100°С, расходуется [4, с. 27] первичное органическое топливо, например, природный газ или уголь, энергия, выделяющаяся при сжигании которого, расходуется чаще всего малоэффективно.

Совершенство производства теплоты [5, с. 159], затраты топливных и материальных ресурсов для энергетических установок в целом зависят от эффективности теплообменных процессов в отдельных аппаратах. Применение утилизационных теплообменных установок дает возможность существенно снизить потери теплоты в окружающую среду с уходящими газами, тем самым повысить эффективность использования топлива.

Оптимизация использования топлива [2, с. 2] в отопительной котельной за счет регенерации теплоты дымовых газов котлов путем установки конденсационного поверхностного теплоутилизатора требует предварительных расчетов и проектирования. В таких реконструкциях важно, чтобы охлаждающая среда была нужна постоянно. В противном случае, придется выполнять два газохода, один из которых будет байпасным, на период отключения теплоутилизатора.

Для утилизации теплоты уходящих газов за котлом используются разные технологические схемные решения. Есть промышленные реализации теплонасосных установок, в которых низкопотенциальным источником являются дымовые газы [3, с. 1]. Однако, такие установки широкого применения не нашли. Более часто применяются именно теплообменные поверхности (дополнительные водонагреватели или воздухоподогреватели).

Применительно к котельным агрегатам на котельных разного уровня снижение температуры уходящих газов на 15 ÷ 20°С при использовании в качестве топлива природного газа соответствует увеличению коэффициента полезного действия на 1%. Охлаждение парогазовой смеси с конденсацией водяного пара (температура рекуперативной поверхности ниже температуры точки росы) приводит к увеличению коэффициента полезного действия на 1 % уже при снижении температуры уходящих газов на 3 ÷ 4ºС. Однако использование конденсационных теплообменников пока весьма ограничено, что не соответствует их значимости. Помимо объективных причин (необходимость развития производства коррозионно-устойчивых труб в большом объеме, трудное экономическое положение предприятий), имеются и субъективные причины медленного внедрения конденсационных теплообменников. Самая важная из них заключается в отсутствии простой и понятной методики расчета таких теплообменников.

Существенным резервом повышения эффективности энергетических установок на газообразном топливе является использование теплоты конденсации содержащегося в продуктах сгорания водяного пара при их глубоком охлаждении.

Теплообменники из биметаллических ребристых труб нашли широкое применение в нефтехимии, на газоперекачивающих станциях и в других отраслях техники. Применительно к охлаждению газов с конденсацией пара их преимуществом является компактность, небольшое аэродинамическое сопротивление и нагрев воды без загрязнения ее кислородом и углекислым газом (кроме получающегося конденсата, естественно).

Снижение температуры уходящих газов до величины, при которой еще не происходит выпадение влаги из дымовых газов, все равно приводит к увеличению коэффициента полезного действия котельного агрегата. Поэтому установки утилизации теплоты уходящих газов за котлами повышают энергетическую эффективность всей системы производства тепловой энергии.

Список литературы:

1. Гетман В. В., Лежнева Н. В. Методы утилизации теплоты уходящих газов от энергетических установок // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №12. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-utilizatsii-teploty-uhodyaschih-gazov-ot-energeticheskih-ustanovok (дата обращения: 16.01.2021).
2. Ениватов А.В., Артемов И.Н., Савонин И.А. Оценка эффективности утилизации теплоты дымовых газов котельной // ИВД. 2018. №4 (51). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-effektivnosti-utilizatsii-teploty-dymovyh-gazov-kotelnoy (дата обращения: 16.01.2021).
3. Ефимов А.Ю., Фролов А.А. Эффективность применения теплоутилизатора тепла дымовых газов на котельных малой мощности // ИВД. 2018. №2 (49). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-primeneniya-teploutiliza­to­ra-tepla-dymovyh-gazov-na-kotelnyh-maloy-moschnosti (дата обращения: 16.01.2021).
4. Павловский С. В. Система утилизации теплоты уходящих газов котельных агрегатов // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2014. №10 (129). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sistema-utilizatsii-teploty-uhodyaschih-gazov-kotelnyh-agregatov (дата обращения: 16.01.2021).
5. Январев И. А., Грохотов В. Ю., Грохотова М. В. Повышение эффективности утилизационного теплообменного оборудования теплоэнергетических установок при использовании поэтапного теплообмена // ОНВ. 2015. №2 (140). URL: https://cyberleninka.ru/artic­le/n/povyshenie-effektivnosti-utilizatsionnogo-tep­lo­obmennogo-oborudo­va­niya-teploenergeticheskih-ustanovok-pri-ispolzova­nii-poetapnogo (дата обращения: 16.01.2021).