Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках - файл n1.docx

приобрести
Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках
скачать (1013.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx1014kb.20.09.2012 14:40скачать

n1.docx

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Министерство образования Российской Федерации УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.А. Кудинов

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ

УСТАНОВКАХ

Ульяновск 2000


УДК 662.613 ББК 31.31 К88

УДК 662.613

Кудинов А.А.

Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.-139 с.

Рассматриваются вопросы энергосбережения в теплогенерирующих установках за счет глубокого охлаждения уходящих газов в конденсационных те-плоутилизаторах - экономайзерах. Представлены конструкции теплообмен-ных аппаратов, результаты экспериментальных исследований, математические модели тепло- и массообменных процессов, методики расчетов тепло-обменных аппаратов, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания, новые тепловые схемы котельных установок повышенной экономичности.

Монография предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проблемой использования тепла уходящих продуктов сгорания природного газа. Будет полезна преподавателям, аспирантам и студентам те-плофизических специальностей вузов.

Научный редактор — доктор технических наук

профессор В.И. Шарапов

Рецензенты: кафедра «Промышленная теплоэнергетика» Ульяновского государственного технического университета; кандидат физико-математических наук, руководитель Научно-технического центра энергосбережения «Ульяновск-госгорэнергонадзор» A.M. Афонин

Одобрено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического университета

ISBN 5-89146-187-0 © А. А.Кудинов, 2000
ПРЕДИСЛОВИЕ

Современное развитие энергетики характеризуется значительно возросшей стоимостью энергоносителей и всех видов природных ресурсов, а также постоянно увеличивающимися трудностями охраны окружающей среды от воздействия теплогенерирующих установок (ТГУ) и промышленных предприятий. Совершенствование энерготехнологии, энергосбережение, экономия топлива и других природных ресурсов, охрана окружающей среды являются приоритетными направлениями развития фундаментальных исследований в области энергетики.

Анализ работы газифицированных теплогенерирующих установок показывает, что одним из путей существенного повышения коэффициента использования топлива (к.и.т.) является глубокое охлаждение (ниже точки росы) продуктов сгорания в конденсационных теплоутилизаторах (КТ). В этом случае повышение к.и.т. установки на 1 % осуществляется за счет снижения температуры уходящих газов на 2-^-4 "С. В КТ наряду с охлаждением продуктов сгорания происходит снижение содержания в уходящих газах оксидов азота. Однако широкое внедрение КТ поверхностного типа существенно сдерживается отсутствием теоретических разработок по тепло- и массообме-ну в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания.

Охлаждение дымовых газов в конденсационных теплоутилизаторах ниже точки росы снижает их влагосодержание, но не исключает возможности конденсации остаточных водяных паров в наружных газоходах и в дымовой трубе. Отсутствие фундаментальных исследований в этой области не позволяет принять правильное решение в практике проектирования КТ и вызывает неуверенность эксплуатационного персонала в возможности широкого использования КТ для повышения экономичности ТГУ. Основная задача состоит в определении параметров, при которых обеспечивается надежная эксплуатация наружных газоходов и дымовых труб, отводящих в атмосферу охлажденные и частично осушенные в КТ продукты сгорания.

ч
К числу нерешенных задач, обуславливающих медленное внедрение конденсационных теплоутилизаторов, следует отнести следующие наиболее важные: изучение процессов тепло- и массообмена в конденсационных теп-лоутилизаторах поверхностного типа с целью установления числовых значений коэффициентов теплопередачи (теплоотдачи) рекуперативных теплообменников, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы; разработка и исследование способов защиты наружных газоходов и газоотводящих труб от возможности конденсации остаточных водяных паров из дымовых газов, охлажденных в КТ; изучение тепло- и массообменных процессов, протекающих в газоходах при движении охлажденных в конденсационных теплоутилизаторах продуктов сгорания; количественное изучение газоочистных возможностей конденсационных теплоутилизаторов поверхностного типа и, в частности, установление степени очистки продуктов сгорания от оксидов азота; оценка экономической эффективности от внедрения КТ и использования конденсата продуктов сгорания в системе теплоснабжения котельной, а также за счет сокращения производительности действующей водоподготовительной установки; разработка и внедрение котельных установок, в которых осуществляется комплексное использование вторичных энергетических ресурсов и схем котельных установок без химводоочистки.

В книге представлены новые результаты опытного исследования конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа, предложены математические модели и методы расчета и оптимизации теплообменных аппаратов рекуперативного и контактного типа и газоотводящих труб, работающих в условиях конденсации водяных паров из уходящих газов газифицированных котельных установок.

В первой главе приводится подробный обзор состояния проблемы в области энергосбережения в теплогенерирующих установках за счет глубокого охлаждения газов.

Во второй главе представлено описание конструкций конденсационных теплоутилизаторов-экономайзеров, применяющихся с целью повышения коэффициента использования топлива и КПД в современных теплогенерирующих установках различного назначения.

Третья глава посвящена разработке математических моделей тепло- и мас-сообменных процессов, протекающих при глубоком охлаждении уходящих продуктов сгорания. На основании метода анализа размерностей введено понятие критерия орошения и получено новое критериальное уравнение теплоотдачи,
позволяющее количественно оценивать теплообмен в КТ поверхностного типа, работающих в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания. В этой же главе представлена математическая

модел ь

теплообмена охлажденных в КТ продуктов сгорания, движущихся в дымовой трубе. На основе закона сохранения энергии получены аналитические зависимо сти, позволяющие устанавливать условия надежной защиты наружных газохо дов и дымовых труб от гидратной коррозии методом байпасирования части не охлажденных продуктов сгорания. Представлены результаты вариантных расче тов параметров работы кирпичных и металлических газоотводящих труб раз личной высоты. Результаты разработок внедрены на Ульяновской ТЭЦ-3.

В четвертой главе представлены результаты натурных испытаний КТ поверхностного типа, выполненного на базе биметаллического калорифера КСк-4-11 Костромского калориферного завода и установленного на всасывающей стороне дымососа парового котла ДЕ-10-14 ГМ №2 Ульяновской ТЭЦ-3. Испытания были проведены осенью 1999 г. и позволили установить теплотехнические и экономические параметры работы КТ, которые показали его высокую эффективность (221,5 тыс. руб./год).

В пятой главе рассматриваются и решаются задачи повышения параметров работы КТ поверхностного типа и котельных установок в целом.

В шестой главе приведены методики расчета конденсационных тепло-утилизаторов-экономайзеров контактного и поверхностного типа, представлены данные по анализу КПД котлов и конденсационных теплоутилизаторов.

В седьмой главе представлены результаты анализа путей повышения эффективности использования газообразного топлива в котельных установках.

Теоретические исследования, представленные в монографии, выполнены автором самостоятельно, экспериментальные исследования проводились на Ульяновской ТЭЦ-3 совместно с инженерами Ю. Н. Алексеевым и В. А. Антоновым. Автор выражает им свою глубокую признательность.

Весьма признателен автор уважаемым рецензентам - докт. техн. наук, профессору Н. Н. Ковальногову и кандидату физико-математических наук, заместителю руководителя Научно- технического центра Энергосбережение «Ульяновскгосэнергонадзор» А. М. Афонину.
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВКАХ ЗА СЧЕТ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ

Газифицированные котельные имеют сравнительно высокие технико-экономические показатели, в связи с отсутствием при сжигании природного газа потерь теплоты в результате механической неполноты сгорания, близостью к нулю химической неполноты сгорания и весьма небольшой потерей теплоты в окружающую среду. Потери теплоты с уходящими газами значительны и в котлах без хвостовых поверхностей могут достигать 25 %.

При номинальной нагрузке газомазутных паровых котлов типа ДЕ температура уходящих продуктов сгорания за экономайзером при работе на газе составляет 140ч-160 °С, а на мазуте 170-И 90 °С. У водогрейных газомазутных котлов типа КВ-ГМ эта температура еще выше - соответственно 140-=-190 и 180^-230 "С. Снижение температуры уходящих газов - главный путь повышения топливоиспользования.

С этой целью все большее распространение получают конденсационные теплоутилизаторы (КТ) контактного и поверхностного типов, позволяющие охлаждать уходящие дымовые газы ниже точки росы и дополнительно полезно использовать скрытую теплоту конденсации содержащихся в продуктах сгорания водяных паров [1,2, 28, 29, 31]. При сжигании газа точка росы продуктов сгорания равна 55-г-бО °С. Эффективность применения КТ для утилизации теплоты продуктов сгорания природного газа объясняется повышенным содержанием в них водяных паров и высоким качеством выделяющегося из продуктов сгорания конденсата (обессоленной воды). Этот конденсат после дегазации (удаления растворенных в нем СО2 и О2) используется в качестве питательной воды котлов [2, 4, 7, 23, 30].

Известно, что контактные (смесительные) теплообменники широко применяются в промышленности и энергетике (скруббера, абсорбционные и ректификационные колонны, градирни и др.). Их широкое распространение объясняется простотой конструкции, малым расходом металла, относительно большой интенсивностью теплообмена.
Краткий обзор научных работ по разработке и внедрению контактных экономайзеров с пассивной насадкой приведен в [1]. В частности отмечено, что еще в 1929 г. профессор А.К. Сильницкий предложил и осуществил установку контактного водяного экономайзера. Позднее разработкой контактных экономайзеров занимались сотрудники Ленинградской конторы Оргэнерго Л.С. Горович, Б.Н. Николаевский и др. Профессор Г.К. Филоненко предложил в 1938 г. конструкцию контактного теплоуловителя для сушильных установок.

Однако предложенные в то время конструкции теплоуловителей-экономайзеров работали на продуктах сгорания твердого топлива и распространения не получили из-за плохого качества получаемой воды (до 1939 г. в СССР природный газ почти не добывался).

В послевоенные годы вопросами теории взаимодействия уходящих дымовых газов и воды занимался доцент института энергетики БССР Г.Б. Пеке-лис.

Применительно к промышленным установкам М.Б. Равичем [28, 29] предложена весьма перспективная и уже в течение многих лет внедряемая на предприятиях схема комплексного ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания, предусматривающая в качестве последней ступени глубокое охлаждение дымовых газов в контактных экономайзерах.

Систематическая работа по конструированию контактных экономайзеров, их исследованию и внедрению с 1957 г. осуществляется в научно-исследовательском институте санитарной техники и оборудования зданий и сооружений (НИИСТ) г. Киева. В период 1957-1960 гг. НИИСТ разработал конструкцию экономайзера, проверил ее в полупромышленных условиях (Киевский пивзавод №1) и на опытно-промышленной установке (Соломен-ский банно-прачечный комбинат г. Киева). Позднее контактные экономайзеры были запроектированы и внедрены НИИСТ на ряде предприятий УССР, работы проводились под руководством профессора Б.Н. Лобаева и к.т.н. И.З. Аронова.

В 1961-1965 гг. Промэнерго запроектированы и сооружены установки экономайзеров на ряде предприятий г. Москвы (Тишино-Сокольнической красильно-отделочной фабрике, Электроламповом заводе, Кунцевской ткац-ко-отделочной фабрике, Краснохолмском камвольном комбинате).

Глубокое охлаждение продуктов сгорания природного газа в промышленных топливоиспользующих установках и особенно в энергетике — наиболее эффективный путь экономии газа. Именно это направление начало усиленно развиваться в странах Западной Европы и США в начале 70-х годов, когда в капиталистических странах начался топливный кризис. На XIII кон-
грессе МИРЭК (г. Ленинград, 1987 г.) глубокое охлаждение продуктов сгорания признано одним из наиболее важных энергосберегающих методов.

Конструкции, принцип работы, методика расчета и результаты эксплуатации контактных теплоутилизаторов с пассивной насадкой полно описаны в работах И.З. Аронова [1, 2]. Однако в настоящее время созданы новые конструкции контактных теплообменников различного назначения, разработаны схемы и типовые проекты их установки, внедряются конструкции блочных контактно—поверхностных экономайзеров, контактных теплообменников с активной насадкой и компактных конденсационных поверхностных тепло-утилизаторов для глубокого охлаждения дымовых газов ниже точки росы. В связи с этим проанализируем и сопоставим преимущества и недостатки контактных, контактно-поверхностных и поверхностных конденсационных теплообменников (экономайзеров), определим наиболее рациональные области их применения.

Контактные экономайзеры, установленные за энергетическими котлами, прошли более детальные, чем экономайзеры в промышленных котельных, испытания [2].

В 1978 г. службой наладки Мосэнерго совместно с персоналом Московской ГЭС—1 были проведены испытания наиболее крупного контактного экономайзера, установленного за котлами №6 и №7 [35]. Средняя температура дымовых газов на входе в экономайзер равнялась 1 ЗОН 60 "С, а на выходе из него 4(Н50 °С, температура газов в дымовой трубе поддерживалась на уровне 95^110 "С. Максимальная теплопроизводительность экономайзера 8 Гкал/ч была достигнута при начальной температуре воды 2 °С и конечной 38 °С. Экономайзер был установлен на напорной стороне дымососа. С целью увеличения тяги была увеличена частота вращения дымососа с 730 до 960 об./мин с соответствующей реконструкцией двигателей. Затраты на установку экономайзера на Московской ГЭС-1 окупились за 4 месяца.

Испытания экономайзеров на Первоуральской ТЭЦ показали, что с увеличением нагрузки котла теплопроизводительность экономайзера растет, особенно если при этом сохраняется неизменным соотношение паропроизво-дительности котла и расхода воды на экономайзер. Так, с увеличением паровой нагрузки котла с 50 до 70 т/ч, то есть на 40 %, теплопроизводительность экономайзера возросла с 2,6 до 4,7 Гкал/ч, то есть на 80 % [2]. В экономайзерах Первоуральской ТЭЦ использованы насадки из керамических колец Ра-шига типа КК 80x80x8 мм, правильно уложенные рядами, высота слоя колец 2,0^2,5 м. Аэродинамическое сопротивление экономайзеров составляло от 110 до 180 мм вод. ст., при этом не потребовалось замены дымососов.

Теплотехнические испытания экономайзера на Челябинской ГРЭС проводились Челябэнерго в разное время года [37]. Было установлено, что сни-
жение температуры воды на входе в экономайзер приводит к заметному по
вышению его теплопроизводительности в результате снижения температуры
и влагосо держания уходящих газов. Теплопроизводительность

экономайзера возрастает с увеличением нагрузки котла.

Результаты теплотехнических испытаний контактных экономайзеров на Бердичевской электростанции и на ТЭЦ одного из промышленных предприятий Украины приведены в [2]. Было установлено, что при использовании кольцевых насадок КК 25x25x3 мм аэродинамическое сопротивление экономайзера оказалось значительно выше, чем у колец большего размера, и составило 90 мм вод. ст. (даже с учетом увеличения высоты насадочного слоя).

Опыт использования вторичных энергоресурсов в производственной котельной описан в статье [5]. С целью использования теплоты уходящих газов парового котла МЗК-7 производительностью 1 т/ч была спроектирована и смонтирована теплоутилизационная установка с контактным экономайзером и промежуточным теплообменником. Для подачи газов через экономайзер на выходе установлен отсасывающий вентилятор Ц13-50 №3 («=1440 об./мин). Экономайзер представляет собой слой насадки (высотой 900 мм) из керамических колец Рашига (размером 35x35 мм). В верхней части размещен перфорированный водораспределитель с 12 отверстиями диаметром 4 мм. Установка была оборудована промежуточным пароводяным теплообменником: диаметр трубок секций - 57/50 мм; длина -4 м; площадь

f\

поверхности нагрева секции - 0,75 м , число секций - 7. При испытании было установлено, что в теплообменниках водопроводная вода в количестве 2,4 м /ч нагрелась с 10 до 44^-45 "С. КПД котельной установки составил 95 % по высшей теплоте сгорания топлива. Годовой экономический эффект от перевода одного котла МЗК—7 на работу с теплоутилизатором составил 7 тыс. рублей. Испытания проводились в период отопительного сезона 1984/85 г.

Теплотехнические показатели работы контактного экономайзера с промежуточным теплообменником представлены в статье [25]. Конструкция контактного экономайзера разработана НИИСТ, а рабочие чертежи экономайзера, его изготовление и монтаж были выполнены Боткинским машиностроительным заводом. Корпус экономайзера изготовлен из углеродистой стали, высота его составляет 7,36 м, поперечное сечение в плане 2,10x2,45 м. Внутренняя поверхность экономайзера имеет антикоррозийное покрытие на основе эпоксидной смолы. В качестве насадки использованы керамические кольца КК-50, загруженные навалом, высота слоя насадки - 1,5 м. В качестве промежуточного теплообменника применены шесть секций скоростного водоподогревателя (длина секции - 3,4 м, диаметр - 325 мм) общей поверхностью нагрева 104,7 м . Экономайзер расположен на напорной стороне дымососа. Котел производительностью 39^-44 т/ч работал на природном газе
Уренгойского месторождения и высокосернистом мазуте М-100 (содержание серы до 2 %). Количество продуктов сгорания при работе котла на природном газе составляло 34000 кг/ч, на мазуте - 36000 кг/ч. Температура продуктов сгорания на входе в контактную камеру tyx =160-4 65 "С, а на выходе 27-К32 °С. При а =1,5 температура конденсации водяных паров для продуктов сгорания природного газа равна 52-^-54 "С, а мазута 42-^-44 °С. Таким образом полезно использовалась скрытая теплота содержащихся в уходящих газах водяных паров. КПД котла составил 95 % по высшей теплоте сгорания.

Температура водопроводной воды на входе в промежуточный теплообменник равнялась 2 °С, а на выходе 18-К22 °С при работе на газе и 22,5-+-28 °С при работе на мазуте. Температура воды на входе в контактную камеру равнялась 7,5-М 7 "С при работе на газе и 9-46 °С при работе на мазуте, а на выходе - 39,5-^49,5 °С и 38-^41,5 °С соответственно. Средняя логарифмическая разность температур в промежуточном теплообменнике была равна 12-Н5 °С. Установка контактного экономайзера позволила повысить КПД котла на 13 % при работе на газе. Экономический эффект был равен 62450 руб./год, экономия газа составила 1,57 млн.м3/год.

Опыт эксплуатации контактного экономайзера, установленного за двумя паровыми котлами ДКВ—2—8 и двумя водогрейными котлами Универсал (в работе находилось два котла - один паровой и один водогрейный) описан в статье [15]. Теплотехнические показатели экономайзера были рассчитаны при а =1,5. Но в реальных условиях он достигал 1,8 и более. Из-за увеличенного объема дымовых газов производительность дымососа оказалась недостаточной, и часть газов пришлось пропускать непосредственно через дымовую трубу. Несмотря на это, испытания показали высокую эффективность контактного экономайзера. Вода в количестве 10,6 м3/ч нагревалась от 1 до 20 °С, дымовые газы при температуре на входе 165 "С охлаждались до 20 °С. Количество полезной теплоты равнялось 242 ккал/ч, расход топлива снизился на 19 %, а КПД котельной установки повысился на 11,09 %.

Отмечено, что намного лучшие условия эксплуатации контактного экономайзера создаются в случае применения промежуточного теплообменника, который обеспечивает независимость работы экономайзера от расхода воды потребителям. Необходимо осуществлять комплектую поставку: экономайзер, теплообменник, циркуляционный насос, а также снабжать экономайзер переливной трубой с гидрозатвором и водомерным стеклом.

Обладая высокой тепловой эффективностью, насадочные противоточ-ные теплоутилизаторы-экономайзеры имеют недостатки, главный из которых заключается в том, что качество нагретой контактным способом воды не удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82* к питьевой воде. Противоток в насадочной камере позволяет работать при скоростях дымовых газов не бо-
лее 2^-3 м/с, при больших скоростях наблюдается повышенный унос воды и нарушение гидродинамического режима контактной камеры.

Для снятия ограничений по качеству нагреваемой

вод ы

теплоутилизационные установки с «пассивной» насадкой применяют совме стно с промежуточным теплообменником. Установка промежуточного теп лообменника к теплоутилизатору исключает прямой контакт газов и нагре ваемой для целей теплоснабжения воды. Промежуточный теплообменник может быть встроен в корпус контактного теплоутилизатора или монтиро ваться отдельно в зависимости от мощности котла и теплопроизводительно-сти утилизатора [2, 35].

Институтом «Латгипропром» совместно с Рижским политехническим институтом разработан контактный теплообменник с активной насадкой (КТАН), предназначенный для утилизации теплоты дымовых газов и нагрева воды в температурном диапазоне 5-Н50 °С [12]. КТАН является аппаратом ре-куперативно-смесительного типа, состоит из корпуса, изготовляемого из лис товой стали, системы орошения активной насадки с циркулирующим

в

них теплоносителем и сепарационного устройства. Омываемая одновременно движущимися сверху-вниз потоками газов и орошающей водой поверхность пучка гладких труб, внутри которых протекает нагреваемый теплоноситель, была названа активной насадкой по сравнению с традиционными насадками, например, из колец Рашига. Поток орошающей воды используется для ин тенсификации передачи теплоты от газов чистому потоку воды, протекаю щему внутри трубок.

Главным недостатком КТАН является наличие верхней «вредной» зоны установки, где холодная вода, орошающая змеевик, внутри которого течет нагреваемая вода с температурой, близкой к максимальной, не нагревает, а наоборот охлаждает ее.

Существенным недостатком контактных и контактно-поверхностных экономайзеров (в том числе и КТАНов), в которых в качестве теплоносителя используется вода, является сравнительно низкая температура ее нагрева, равная температуре мокрого термометра, которая составляет (при использовании теплоты уходящих газов котлов) 5(Н60 °С. Нагреть воду до более высокой температуры можно, если применить в качестве промежуточного теплоносителя водный раствор бромистого лития или хлористого кальция, имеющих более высокую температуру кипения, точку росы и температуру мокрого термометра [6].

В настоящее время на ряде предприятий установлены и работают КТАН-утилизаторы (Рижский фарфоровый завод, рижская фабрика «Космос», вильнюсская бумажная фабрика «Новые Верки», НПО «Техуглерод»). Опыт
эксплуатации и результаты испытаний КТАН подтвердили их высокую эффективность, их применение в газифицированных котельных позволяет
снизить расход газа на 10-И 2 %. В КТАНе исключается контакт нагреваемой воды с газами. Расчетные параметры КТАНов-утилизаторов и их технические характеристики представлены в [6, табл. 8.14, 8.15]. Анализ работы КТАНов-утилизаторов и их сравнение с традиционными теплоутилизаторами контактного типа рассмотрены в работах [3, 11,31,32].

Глубокое охлаждение уходящих дымовых газов с целью экономии топлива получило достаточно широкое распространение за рубежом. По данным [2], например, в ФРГ предложена конструкция контактного утилизатора для котлов, работающих на твердом топливе, который одновременно служит и пылезолоуловителем. Нагреваемая в нем вода служит в качестве теплоносителя для водо-водяного трубчатого подогревателя, подогревающего воду для системы горячего водоснабжения.

Известны некоторые запатентованные в США конструкции и схемы контактных экономайзеров для нагрева дымовыми газами воды и других жидкостей, служащих промежуточными теплоносителями.

Французская фирма «Теплоэнергетическое и котельное оборудование» разработала в 1970 г. контактный экономайзер — «рекуператор ИККО» (ICCO), схема которого представлена на [2, рис. 11.8] - контактная схема экономайзера ИККО форсуночно-каскадного противоточного типа. Нагреваемая вода подается через форсунки, а затем перетекает с полки на полку, контактируя с горячими дымовыми газами, подлежащими охлаждению. Высота экономайзера около 2 м. Франция экспортирует контактно-поверхностные экономайзеры ИККО в Великобританию для установки на газомазутных котлах, причем при переводе их на жидкое топливо экономайзеры отключаются. Экономайзеры типа ИККО производятся также в ФРГ.

В США работы по контактным и контактно-поверхностным экономайзерам получили распространение в восьмидесятых годах двадцатого века. Принципиальная схема контактно-поверхностного экономайзера, разработанного в США, не отличается от схемы ИККО. Сопоставляя различные схемы контактных теплоутилизаторов, Д. Томпсон и Б. Голдстик [38] отдают предпочтение теплообменникам насадочного типа.

В Бельгии применяют контактные экономайзеры, устанавливаемые за газовыми котлами и позволяющие экономить 15 % природного газа. Фирма «Газ де Франс» разработала комбинированную установку, включающую контактный экономайзер и контактный воздухоподогреватель, которые с 1982 г. выпускаются под маркой ИННОРЕКС. Водогрейная котельная с контактными теплообменниками может работать с более высокими температурами обратной воды (до 70 °С вместо обычной 50 °С ). Это обусловлено повышением точки росы и температуры мокрого термометра из-за увеличения влагосо-держания газов (точка росы достигает 68 °С) [39].
Наибольшее распространение контактные экономайзеры получили в газифицированных котельных [40, 41].

Для глубокого охлаждения дымовых газов ниже точки росы ранее использовались теплообменники контактного типа (насадочные, пенные, барботажные, форсуночные и тарельчатые). Последние 10-^-15 лет внедряются и получают распространение конденсационные поверхностные экономайзеры, позволяющие также охлаждать уходящие дымовые газы ниже температуры точки росы. Конденсационные котлы и экономайзеры изготовляют из разных материалов. Общим для них является высокая коррозийная стойкость, поскольку выделяющийся из продуктов сгорания конденсат имеет кислую реакцию. Для изготовления конденсационных теплообменников применяют нержавеющую сталь, чугун, медь, биметаллические трубы (сталь-алюминий), полимерные материалы и даже керамику. Применение коррозионно-стойких материалов позволило создать конденсационные теплообменники также и для утилизации теплоты уходящих газов жидкого топлива.

В России биметаллические (сталь—алюминий) теплообменники (калориферы) выпускаются Костромским калориферным заводом, изготовление биметаллических труб (сталь—алюминий) освоено ПО «Туласантехника» и рядом других предприятий. Теплообменные поверхности конденсационных теплообменников имеют высокий коэффициент оребрения и являются компактными.

В настоящее время газовые конденсационные поверхностные отопительные котлы и экономайзеры весьма широко распространены в Голландии, Франции, Германии, Швейцарии, Великобритании, США, Канаде, Италии. Выпуском их занято большее число фирм Германии, Швейцарии, Голландии и США [42, 43, 44, 45, 46].

В США начаты освоение и выпуск поверхностных конденсационных экономайзеров для паровых котлов. В котельной фирмы «Тимкен» испытан поверхностный экономайзер, установленный за котлом паропроизводитель-ностью 20 т/ч [44] . Температура газов на входе в экономайзер 200 "С, на выходе из него 45 "С. Вода в экономайзере (22 т/ч) нагревается с 17 до 46 °С. Теплопроизводительность экономайзера более 1,1 Гкал/ч, срок окупаемости 1,5 года.

Установка конденсационных поверхностных экономайзеров повышает к.и.т. на 9-ИЗ % при отсутствии за котлом обычных хвостовых поверхностей и на 5-^8 % - при их наличии [44].

Обзор результатов работы различных типов отопительных котлов во Франции, Голландии и Швейцарии приведен в работе [43]. В этих котлах поверхность конденсационных блоков изготовлена из алюминиевых труб. Горячая вода использовалась в системах отопления с перепадами температур
90/70 °С и 80/60 °С. В холодное время года конденсация водяных паров из продуктов сгорания не происходила, выпадение конденсата имело место в начале и в конце работы системы отопления, то есть в октябре и в марте, когда температура обратной воды в системе отопления была ниже точки росы.

Результаты испытаний группы конденсационных отопительных котлов производительностью от 0,02 до 0,3 Гкал/ч, обслуживающих низкотемпературные системы отопления (38/30 °С и 65/50 °С), приведены в [46, табл. X-I]. Отмечено, что при правильном режиме эксплуатации котла конденсат практически полностью выпадает на его холодных поверхностях, а не в дымовой трубе, хотя конденсация остаточных паров в ней не исключена. Средний КПД этих котлов по отношению к низшей теплоте сгорания газа составлял 96,4-^99,3 % , экономия топлива достигала 15 %. При снижении температуры обратной воды до 20 °С экономия топлива увеличивалась до 25^30 %. Установлено, что для систем низкотемпературного отопления оптимальная температура горячей воды равна 50-КЮ °С. В этих же исследованиях определено, что рН конденсата составляет 3,5^4,3.

Сопоставление показателей работы конденсационных котлов контактного и поверхностного типов приведено в работе [39]. Отмечено, что за счет использования явной (то есть физической) теплоты дымовых газов и благодаря конденсации водяных паров КПД конденсационных котлов выше, чем традиционных на 15-^20 %. В статье отмечена высокая эффективность и отсутствие высоких требований к качеству металла контактных экономайзеров с промежуточным теплообменником. К числу недостатков котлов с конденсационными приставками отнесены существенное аэродинамическое сопротивление установок и изготовление теплоутилизаторов из коррозионно-стойкого материала, поскольку рН конденсата составляет 3^-5.

В России положительный опыт внедрения конденсационных теплоутилизаторов поверхностного типа получен институтом сантехпроект (г. Горький) и Ульяновским государственным техническим университетом, которые разработали установки утилизации тепла уходящих газов паровых котлов типа ДЕ-10-14 ГМ при работе котельной на природном газе. Теплоутилизато-ры выполнены на базе калориферов КСк-4-11 (№11) Костромского калориферного завода (Минстройдормаш), смонтированы на всасывающей стороне дымососа [18, 27].

Установка одной секции калорифера позволяет повысить производительность котла ДЕ-10-14 ГМ на 7^8 %. Температура газов на входе в экономайзер составляла 120-К34 °С, параметры нагреваемой воды - 5-^22 °С. Дополнительное аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплоутили-затором преодолевается за счет уменьшения объема продуктов сгорания без замены дымососа. Результаты натурных испытаний теплоутилизатора на ба-
зе биметаллического калорифера КСк-4-11-02 ХЗЛ, выполненные на Улья
новской ТЭЦ-3, представлены в главе 4 настоящей работы. Натурные испы
тания позволили впервые получить зависимость коэффициента

теплоотдачи утилизатора от скорости газов в условиях конденсации водяных паров из продуктов сгорания.

Проект групповой конденсационной поверхностной теплоутилизационной установки на базе калориферов типа КСк-4-12 для двух котлоагрегатов ДЕ-25-14 ГМ представлен в работе [26] . При проверочном расчете ступеней с конденсацией авторы [26] определяли коэффициенты теплопередачи К, необходимые для заданного охлаждения дымовых газов. Расчетные значения К сравнивались с данными испытаний контактных экономайзеров с кольцевыми насадками, в которых К=\ОСИ-200 Вт/(м2-К) [2], полагая, что в поверхностных теплообменниках в режиме конденсации интенсивность теплообмена такого же порядка. Такой расчет является грубым, так как в действительности К является функцией скорости газов и плотности орошения поверхности теплообменника конденсатом дымовых газов [23].

При разработке установок для глубокого охлаждения продуктов сгорания необходимо обеспечить работу в «сухом» режиме наружных газоходов и дымовой трубы, а также решить вопрос возможности использования конденсата дымовых газов в системе теплоснабжения котельной.

Для предупреждения конденсации остаточных водяных паров в газоходах и в дымовой трубе на практике применяют следующие методы: байпаси-рование горячих газов. В теплоутилизационной установке, разработанной на Ульяновской ТЭЦ-3 [18], защита наружных газоходов и железобетонной дымовой трубы от конденсации водяных паров производится наиболее простым и надежным способом - байпасированием 20-30 % неохлажденных продуктов сгорания. Условия надежной эксплуатации различных конструкций дымовых труб, котлов с хвостовыми конденсационными теплоутилиза-торами для способа защиты байпасированием подробно рассмотрены в третьей главе настоящей работы.

Выделяющийся в КТУ конденсат при контакте с продуктами сгорания природного газа поглощает О2 и COi . Исследования качества конденсата из продуктов сгорания природного газа, проведенные М.Б. Равичем, Л.И. Дру-скиным в МИНГ им. Губкина, Г.М. Климовым в Горьковском инженерно-строительном институте, в лаборатории химического анализа Ульяновской ТЕЦ-3 показали достаточно высокие его качества. Конденсат продуктов сгорания природного газа лишен взвешенных веществ карбонатной жесткости и имеет сухой остаток менее 5 мг/л. Он практически является бессолевой водой и превосходит в этом смысле воду, умягченную в водоподготовительных установках промышленных котельных. Конденсат продуктов сгорания при-
родного газа после дегазации вполне может быть использован для питания котлов низкого давления [17].

В работах [48, 49] представлены схемы газифицированных котельных установок, которые содержат контактный воздухоподогреватель и контактный экономайзер. При работе установки воздух в контактном воздухоподогревателе насыщается водяными парами до допустимого по условиям горения влагосодержания. Дымовые газы, проходя через контактный экономайзер, охлаждаются, избыточная влага конденсируется и сливается через декорба-низатор в бак, откуда через деаэратор подается в котел или внешнему потребителю. Установка позволяет значительно увеличить производство собственного конденсата и работать без химводоочистки для подпитки системы теплоснабжения при возврате из нее более 66 % конденсата. Дополнительным эффектом является сниженный в несколько раз выброс из дымовой трубы в атмосферу оксидов азота.

Эксплуатация такой установки на Челябинском заводе производства оргстекла позволила снизить себестоимость вырабатываемой тепловой энергии на 15 % и удельные капиталовложения на 10 % по сравнению с теми же экономическими показателями для обычной котельной такой же мощности (два котла КВ-ГМ-50 и один котел ГМ-50) [6].

Широкое распространение контактных и поверхностных конденсационных экономайзеров к традиционным котлам обусловлено, наряду с энергосбережением, также и уменьшением вредных выбросов в атмосферу, вызванным при использовании поверхностных конденсационных экономайзеров растворением в конденсате продуктов сгорания определенного количества оксидов углерода, азота и серы (если она содержится в топливе). Именно благодаря этому и снижается рН конденсата. Снижение вредных выбросов достигается также и за счет уменьшения расхода топлива.

Изучение научных работ отечественных и зарубежных авторов в области утилизации теплоты уходящих дымовых газов в газифицированных котельных позволяет сделать следующие основные выводы.

  1. Глубокое охлаждение уходящих дымовых газов получает все более широкое распространение, что обусловлено энергосбережением и снижением вредных выбросов в атмосферу. Для этой цели используют контактные и контактно-поверхностные теплоутилизаторы-экономайзеры, контактные теплообменники с активной насадкой (КТАНы) и конденсационные поверхностные теплообменники.

  2. По простоте конструкции и изготовления преимущество имеют конденсационные поверхностные теплообменники. По интенсивности теплообмена, компактности, аэродинамическому сопротивлению оба типа теплообменников (поверхностные и контактные) примерно равноценны. С точки



зрения экологической контактные экономайзеры имеют преимущества перед конденсационными поверхностными теплообменниками.

  1. По качеству нагретой воды преимущество за поверхностными теплообменниками и КТАНами, поскольку нагретая вода и газы в них не контактируют друг с другом. В связи с этим они могут быть применены для нагрева воды в низкотемпературных системах отопления (t0 =30-40 °С).

  2. Охлаждение дымовых газов в конденсационных теплоутилизаторах ниже точки росы резко снижает их влагосодержание, но не исключает возможности конденсации остаточных водяных паров в газоходах и дымовой трубе, особенно в холодное время года. Имеются два приемлемых пути обеспечения надежной работы газового тракта после конденсационного тепло-утилизатора: покрытие внутренних поверхностей газоходов и дымовой трубы защитной гидроизоляцией; предотвращение конденсатообразования за счет подогрева продуктов сгорания после теплоутилизатора.

  3. Экономически весьма эффективные схемы применения в газифицированных котельных контактных теплообменников разработаны НИИ санитарной техники и оборудования зданий (г. Киев) и Ульяновским государственным техническим университетом. Наличие в таких котельных контактных воздухоподогревателей и контактных экономайзеров позволяет одновременно уменьшить расход топлива и отказаться от применения химводоочистки при возврате из системы теплоснабжения более 66 % конденсата.

  4. В настоящее время контактные теплоутилизаторы-экономайзеры эксплуатируются на Московской ГЭС-1, Первоуральской ТЭЦ, Челябинской ГРЭС, Бердичевской электростанции, на ТЭЦ Горнохимического комбината Украины, а также на ряде промышленных и отопительных котельных России и стран бывшего СССР. Контактные теплообменники с активной насадкой -КТАНы-утилизаторы работают на ряде предприятий стран Прибалтики, а положительный опыт внедрения конденсационных поверхностных теплоутили-заторов получен институтом Сантехпроект (г. Горький) и Ульяновской ТЭЦ-3.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации