Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.

рой (исходной) воды, воды, очищенной химическим методом,

а также воды, идущей на горячее водоснабжение бытовых и

производственных сторонних потребителе.

Экономия природного газа при установке КТАН за кот-

лом достигает 10 – 15 %.

1 – отводящий газоход; 2 – форсуночная камера; 3 - форсунки;

4 – плоскофакельлные форсунки; 5 – насадка; 6 – ороситель; 7

– каплеуловитель; 8 – водяной объѐм аппарата; 9 – поверхно-

стный нагреватель; 10 – подача воды; 11 – подача раскисляю-

щих растворов; 12 – отбор воды; 13 – дренаж

Рис. 11. Конструкция контактного теплообменника для

газомазутных котлов и печей

Применяемые в настоящее время контактные теплооб-

менники насадочного типа надежно работают только на про-

дуктах сгорания газообразного топлива. Надежность и эффек-

тивность их работы на продуктах сгорания мазута значительно

ниже из-за присутствия в них золы, сажи и оксидов серы.

Предлагаемая конструкция контактного теплообменника спо-

собна надежно и эффективно работать на продуктах как газа,

так и мазута (рис. 11).

Контактный теплообменник представляет собой аппа-

рат комбинированного типа, в котором перед насадкой 5 рас-

положена форсуночная камера 2, играющая роль предвклю-

ченного золоуловителя. В ней на боковых стенах встречно ус-

танавливаются плоскофакельные форсунки 4. Встречные ряды

этих форсунок смещены друг относительно друга по высоте

камеры, что позволяет реализовать в объеме камеры структуру

псевдотарельчатого скруббера, где функции тарелок выпол-

няют сливающиеся в жидкие пленки факелы щелевых форсу-

нок каждого из рядов. Это увеличивает время межфазного

контакта за счет удлинения пути газов в форсуночной камере,

повышает степень заполнения ее объема полидисперсной сис-

темой капель. В результате газы поступают в насадку очищен-

ными от твердых частиц.

В ней в основном и происходят процессы тепло- и мас-

сообмена между охлаждаемыми газами и нагреваемой жидко-

стью. Последняя подается из оросителя 6, представляющего

систему перфорированных труб. Затем осушенные, очищен-

ные и охлажденные уходящие газы сепарируются от капель

жидкости в каплеуловителе 7 и сбрасываются в отводящий га-

зоход 1. Нагретая рабочая жидкость собирается в водяном

объеме аппарата 8, откуда она через фильтр насосом подается

в поверхностный нагреватель 9. Здесь она нагревает вторич-

ный рабочий агент (подпиточную воду, воду с ХВО и т.п.) и

вновь поступает в форсунки и ороситель. Такое решение ис-

ключает попадание загрязнений и газов во вторичный рабочий

агент. Очистка рабочей жидкости в фильтре предотвращает

загрязнение насадки и забивание форсунок, повышая надеж-

ность работы аппарата на запыленных газах. Дозирование (11)

в рабочую жидкость раскисляющих растворов позволяет очи-

щать уходящие газы и от оксидов серы. Для котлов и печей,

работающих только на газообразном топливе, не требуется по-

верхностный водонагреватель.

Схема утилизации теплоты нагретых уходящих газов, а

также вентиляционных выбросов представлена на рис. 12.

1, 2 – распределители потоков; 3, 4 – тепломассообменные ка-

меры; 5, 6 – газораспределительные решѐтки; 7, 8 – пенные

слои; 9, 10 – теплопередающие поверхности; 11 - циркуляци-

онный контур; 12 – насос

Рис. 12. Схема использования теплоты отходящих газов

Поток горячего (греющего) газа из распределительного

устройства 1 подается в камеру 3 через гозораспределитель-

ную решетку 5 в слой жидкого промежуточного теплоносителя

(ПТН), что обеспечивает его вспенивание. Образуется пенный

слой 7, контактирующий с теплопередающей поверхностью 9.

Происходит нагревание циркулирующего с помощью насоса

12 в контуре 11 теплоносителя. Этот теплоноситель насосом

12 после нагревания направляется в камеру 4, где происходит

снижение его температуры, т.к. в камеру в ПТН поступает по-

ток холодного (нагреваемого) воздуха через решетку 6. При

этом образуется пенный слой 8, контактирующий с поверхно-

стью 10. Наличие пенных слоев 7 и 8 способствует интенси-

фикации теплопередачи от потоков газа к ПТН. Из камеры 4

ПТН после охлаждения снова по контуру 11 поступает в каме-

ру 3.

В качестве жидкости, находящейся в камерах во вспе-

ненном состоянии целесообразно использовать растворы со-

лей, периодически изменяющих свою концентрацию. Темпе-

ратура растворов при контакте с греющим потоком газа не

превышает температуру кипения, соответствующую их кон-

центрации при данном давлении (около 0,1 МПа).

При подаче в камеру потока горячего газа в результате

его контакта с теплопередающей поверхностью, охлаждаемой

циркулирующим теплоносителем из соседней камеры, воз-

можна частичная конденсация пара, содержащегося в газе. За

счет этого происходит соответствующее снижение концентра-

ции содей в ПТН. В результате переключения потоков газа в

эту же камеру поступает поток холодного газа, контакт кото-

рого с теплопередающей поверхностью, нагреваемой при этом

в соседней камере сопровождается испарением части раство-

рителя, содержащегося в ПТН и, соответственно, увеличением

концентрации в нем солей, возрастанием массовой доли влаги

в газе. В среднем при цикличной работе аппарата концентра-

ция солей в ПТН сохраняется на постоянном уровне.

Энергосбережение обеспечивается при высокой интен-

сивности тепломассообмена за счет утилизации теплоты ухо-

дящих газов и вентиляционных выбросов.

Известна специальная система устройств комплексного

использования теплоты отходящих газов котельной [33], пред-

назначеная для использования теплоты отходящих газов в це-

лях подогрева воды для хозяйственно-бытовых нужд, а также

для подогрева первичного воздуха горелок котла. Внедрение

этой системы устройств позволило повысить КПД котлов за

счет использования вторичных тепловых ресурсов, обеспечить

экономию топлива, улучшить процесс сгорания топлива.

Система состоит из однотрубных подогревателей воды,

которые устанавливаются в дымоходах котлов и в стальных

штампованных радиаторах, установленных с фронта котлов

под горелками. Все соединения выполнены сваркой. Холодная

вода из водопровода поступает в подогреватели воды, нагрева-

ется, после чего поступает в радиаторы, где создается поток

воздуха (на 20 – 30

С выше, чем температура помещений ко-

тельной). Теплый воздух при работе горелок за счет инжекции

забирается внутрь топки котла. После этого нагретая вода по-

ступает в трубопроводы, проложенные в бытовых помещени-

ях. Для обеспечения постоянной циркуляции воды установлен

регулятор малого расхода воды (0,2 л/мин), регулирующий по-

дачу воды в бак-аккумулятор горячей воды, установленный

внутри помещения, из которого вода поступает для подпитки

теплой водой водогрейного устройства, используется для за-

правки горячей водой автомобилей и для их мойки.

Бак-аккумулятор связан с атмосферой. Температура по-

догрева воды 70 - 75

С.

В системе утилизации уходящих газов может быть ус-

тановлен предварительный подогреватель воздуха для процес-

са горения (газо-воздушный теплообменник) или воды для

подпитки котла (водно-газовый теплообменник) (рис. 13, 14

[13]). В таком подогревателе воздух для горения, как правило

поступающий из атмосферы, и имеющий соответствующую

температуру, нагревается за счет энергии дымовых газов, что

приводит к охлаждению последних. Повышение температуры

воздуха способствует улучшению условий горения, что приво-

дит к повышению общего КПД системы сжигания. В среднем,

снижение температуры дымовых газов на каждые 20 °C при-

водит к повышению КПД на 1%.

Рис. 13. Схема предварительного подогрева воздуха

Рис. 14. Схема предварительного подогрева воды

Менее эффективный, но более простой способ предва-

рительного подогрева состоит в размещении воздухозаборника

под потолком в помещении котельной. Во многих случаях

температура воздуха в помещении превышает температуру на-

ружного воздуха на 10 – 20 °C. Это может позволить частично

скомпенсировать потери тепловой энергии.

Еще одно решение – организация воздухозабора и отве-

дения дымовых газов при помощи коаксиального газохода

(трубы с двойными стенками). Дымовые газы отводятся по

внутренней трубе, в то время как по внешней поступает воздух

для горения. Теплообмен между газовыми потоками через

стенку трубы обеспечивает предварительный подогрев посту-

пающего воздуха.

Вместо газо-воздушного может быть установлен водно-

газовый теплообменник для предварительного подогрева пита-

тельной воды котла.

Организация предварительного подогрева воздуха спо-

собна обеспечить повышение КПД системы сжигания на 3 – 5

С подогревом воздуха за счет тепла дымовых газов мо-

гут быть связаны и другие преимущества:

- горячий воздух может использоваться для сушки топ-

лива, это особенно актуально в случае сжигания угля или ор-

ганического топлива;

- если подогрев воздуха предусмотрен уже на стадии

проектирования, можно ограничиться котлом меньшего разме-

ра;

- горячий воздух может использоваться для предвари-

тельного подогрева различных видов сырья.

Организация предварительного подогрева воздуха явля-

ется экономически эффективной при строительстве нового

котла или установки. Возможности для изменения сущест-

вующей схемы воздухозабора или организации предваритель-

ного подогрева воздуха в действующей котельной часто огра-

ничены вследствие причин технического характера и сообра-

жений пожарной безопасности. Во многих случаях оборудова-

ние существующего котла системой предварительного подог-

рева воздуха является слишком сложным, а эффективность та-

кого мероприятия незначительна. Подогреватели воздуха не

могут применяться при использовании горелок с естественной

тягой.

6.1.2. Использование аккумулированной котлом теплоты

при его останове

Предлагаемая схема использования аккумулированной

котлом теплоты при его останове на электростанциях средней

и большой мощности, позволяет избежать значительных по-

терь теплоты и снизить расход электроэнергии на собственные

нужды (рис. 15) [33].

Современные мощные котлы обладают высокой метал-

лоемкостью, содержат в своей конструкции большое количе-

ство обмуровочных и изолирующих материалов. При работе

металлические части энергетических котлов (барабаны, экра-

ны, пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели,

элементы конструкции), а также обмуровка нагреваются, ак-

кумулируя при этом тепловую энергию.

Для нагрева всех указанных элементов котла до рабо-

чих температур требуется сжечь определенное количество то-

плива. На котлах средней мощности оно достигает 7 - 10 тут.

При останове котел расхолаживают, подавая через него воз-

дух, который снимает все теплоту с элементов котла и выбра-

сывается через дымовую трубу в атмосферу. Одновременно

теряется теплота содержащейся в котле котловой воды, тепло-

содержание которой достигает 340 ккал/кг.

На некоторых электростанциях средней и большой

мощности, где установлено свыше десяти энергетических кот-

лов, число их остановов в течение года по разным причинам

достигает нескольких десятков (50 - 80 остановов и растопок).

1 – котлы; 2 – газоходы; 3 – дымососы; 4 – короба воздуха; 5 –

дутьевые вентиляторы; 6 – шибер; 7 – короб для подачи возду-

ха из газохода расхолаживаемого котла на дутьевые вентиля-

торы работающего котла; 8 – плотная заслонка

Рис. 15. Использование аккумулированной котлом теплоты

при его останове

Этих потерь теплоты можно избежать, если расхолажи-

вающий котел воздух, нагревшийся от элементов остановлен-

ного котла, из его газохода подавать на вентиляторы соседне-

го, работающего котла. Естественно, что при этом шиберы пе-

ред дымососами остановленного котла должны быть закрыты.

Воздуховод, соединяющий газоход остановленного

котла с всасывающим коробом вентилятора действующего

котла, должен иметь плотную заслонку, исключающую пере-

ток дымовых газов и воздуха при нормальной работе котлов.

Эта заслонка должна открываться только после останова кот-

ла. В этом случае за счет разрежения во всасывающем коробе

вентилятора будет обеспечен проток воздуха через останов-

ленный котел. Воздух, охлаждая нагретые элементы останов-

ленного котла, будет нагреваться и горячим сбрасываться на

вентилятор действующего котла. За счет этой дополнительной

теплоты на действующем котле будет снижен расход топлива

для обеспечения заданной нагрузки.

Кроме того, для организации ускоренного расхолажи-

вания остановленного котла не потребуется держать в рабочем

состоянии его дымососы, и, следовательно, не будет расходо-

ваться электроэнергия на их работу. Воздух через расхолажи-

ваемый котел будет подаваться действующим вентилятором

работающего котла, который эту функцию выполнит без до-

полнительного расхода электроэнергии.

На большинстве электростанций всасывающие короба

вентилятора котлов расположены вблизи от газоходов сосед-

них котлов, поэтому объединение их воздуховодом не потре-

бует больших затрат.

Внедрение предложения позволяет избежать суммар-

ных потерь теплоты, аккумулированной котлами одной элек-

тростанции, эквивалентных 350 - 800 т условного топлива в

год (50 - 80 остановов в год).

6.1.3. Модернизация паровых котлов для работы

в водогрейном режиме

При отсутствии у источника теплоты технологических

потребителей пара, на вновь строящихся котельных устанав-

ливаются экономичные, достаточно надежные в эксплуатации

водогрейные котлы, а на существующих, с установленными

паровыми котлами, последние крайне желательно перевести в

водогрейный режим. Это позволит упростить тепловую схему

котельной, сократить объем устанавливаемого оборудования,

облегчить эксплуатацию, увеличить КПД до 94%, т.е. полу-

чить экономию энергии.

Например, разработаны и согласованы с заводом-

изготовителем технические предложения по переводу в водо-