Использование теплоты дымовых газов для нагрева рассола - Домашний мастер Dach-Master.ru
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Использование теплоты дымовых газов для нагрева рассола

Использование тепла отходящих газов

Использование тепла отходящих газов.

Результаты эксплуатации в отопительный период 2003-2004/2005 года четырех котлов на подворье Монастыря на Ганиной яме показали, что котлы могут без напряжения нагреть воду до 90 градусов, даже при использовании сырых только что заготовленных дров. Котлы были сконструированы и построены с учетом теории изложенной в статье «Основы конструирования котлов ..» , поэтому в данной статье даются ссылки на некоторые положения и рисунки из неё. На Fig.5 показано горение сырого топлива в одном из котлов. При этом котлы топят только днем. В ночное время в котлах используется режим тлеющего горения в стадии догорания топлива, при полностью закрытой поддувальной дверке (или дверке калорифера регенератора, так как один котел построен с этим устройством). При эксплуатации в таком режиме температура выходящих газов оказалась очень высокой и требуется дополнительное устройство для использования этого тепла.

Газы в котле не могут охладиться до температуры воды, а вода у поверхности нагрева кипит или близка к температуре кипения. Поэтому газы уходят из котла с довольно высокой температурой, примерно в 250-300°, и выше. Газы с такой температурой уносят много теплоты, если их выпускать сразу в трубу. Что бы использовать эту теплоту, в уходящие газы ставят прибор называемый экономайзером. Его используют для подогрева возвращаемой в котел воды.

Конструктивное исполнение экономайзера может быть различным. Общим для всех типов является то, что движение воды в экономайзере должно происходить навстречу тепловому потоку. То есть наиболее холодная вода контактирует с наиболее холодными газами. Далее, при движении по экономайзеру вода нагревается и контактирует с все более нагретыми газами. Этому условию удовлетворяет наиболее полно конструктивное исполнение экономайзера в виде колпака, в котором в каждом вышележащем сечении повышается температура. При таком встречном движении воды и газов (тепловых потоков), между ними сохраняется разность температур, необходимая для передачи теплоты, а так же снижается вероятность выпадения водяных паров, из-за которых происходит ржавление труб. Это особенно важно, если топливом являются дрова, содержащие много водяных паров. Такое движение воды и газов называют противотоком. Следует отметить, что в системе свободного движения газов (при размещении регистров котла или экономайзера в колпаке), при правильносконструированных и обвязанных регистрах, это условие выполняется за счет естественных сил природы, не требует внешнего воздействия, а значит естественно и оптимально.

Устройство и подключение водяных регистров котла и экономайзера должно быть выполнено так, что бы движения воды и тепловых потоков было противоточным. Обвязка экономайзера должна обеспечивать возможность периодического слива воды из него в систему водяного отопления.Это необходимо для периодического выжигания сухих труб экономайзера от сажи через специальную герметичную дверку в колпаке, где установлен экономайзер. В связи с тем, что температура газов поступающих в экономайзер значительно меньше температуры в конвективной системе котла, регистр экономайзера должен иметь большую тепловоспринимающую поверхность. В целях унификации конструктивных элементов котла, регистры котла и экономайзера следует применять одинаковыми. Ту же самую операцию мы рекомендуем делать для регистров котла. Для этих целей на входящей и выходящей трубе необходимо установить отключающие задвижки, а так же кран слива теплоносителя из регистров.

Установку экономайзера необходимо выполнить во втором, по ходу движения газов колпаке, в схеме «двух горизонтальных последовательных колпаков» приведенной на Fig.4.

С левой стороны оси Е, показана конвективная система котла постоянного действия Fig.2, с регистрами, обозначенная буквой С ( «Основы конструирования котлов ..» ). С правой стороны показан «колпак», с регистрами экономайзера. Обозначения на схеме следующие: 1- выход отработанных газов, 2- экономайзер в колпаке, 3- канал прямого хода, 4- задвижка прямого хода, 5- датчик температуры, 6- датчик состава выходящих через трубу газов, 7-.труба, 8- переточной канал.

Принцип работы этой схемы следующий: Датчик 6 (Fig.4), в зависимости состава выходящих газов, воздействует на исполнительный механизм калорифера системы регенерации 6 (Fig.1 и 2) и оптимизирует подачу воздуха, необходимого для горения. Датчик 5, в зависимости от температуры выходящих из трубы газов, воздействует на исполнительный механизм задвижки 4, открывая или закрывая её. При повышенной температуре выходящих газов задвижка 4 закрывается, и горячие газы из котла через отверстие 1, поступают в экономайзер, где отработав, выходят в трубу 7, через переточной канал 8. При понижении температуры ниже допустимой задвижка 4 приоткрывается, и часть горячих газов поступает через канал 3 в трубу. Конечно, схема может работать и без применения автоматики.

Регистры выполняются с равновеликими путями движения воды. Такая конструкция обеспечивает минимальное силовое воздействие на строительные конструкции котла от температурного удлинения труб регистров, а также малое сопротивление движению воды, хороший напор и легкую их замену. При заполнении системы водой, в регистрах не возникают воздушные пробки, если они установлены с уклоном для стока вода в обратную трубу. Пунктирными линиями и стрелками показана условная схема обвязки котла и экономайзера (с естественной циркуляцией) и направление движения воды.

Мне пишут люди из разных стран мира, в том из США, Канады, Австралии, Испании, Литвы, Латвии, Эстонии, Украины, Белоруссии, Уганды, Хорватии, Словакии, Чехии, Южной Африки, Польши, Швеции, Финляндии и других. Просят проекты котлов и другое. Я начал публиковать на сайте чертежи некоторых дровяных котлов, используя кирпич и печные приборы, которые можно купить в России. В различных странах используются кирпич и печные приборы других размеров. Из них так же можно конструировать и строить котлы, используя публикуемые чертежи. Для этого ниже приводятся некоторые пояснения.

Для кладки котлов используются кирпичи стандартных размеров российского производства. Красный полнотелый печной размером 250х120х65 мм марки 150 и огнеупорный ША8 (ШБ8) размером 250х123х65 мм. Может использоваться так же, в небольших количествах, огнеупорный кирпич других размеров. Исходя из этого, наружные размеры котлов, внутренние размеры топливника и колпака (колпаков) в плане приняты кратными 13 см. Ширина колпака (колпаков) может быть 13 см при размещении в нем одного регистра или 26 см, при размещении в нем двух регистров. Возможна и другая ширина, кратная 13 см. Минимальный размер колпака в плане 13х13 см. В него (в минимальную ячейку) может быть вставлена одна вертикальная труба регистра диаметром 60 мм, что составляет 16,7% от площади ячейки. Количество вертикальных труб принимается равным количеству минимальных ячеек. Высота одного ряда со швом принята 7 см. Высота котлов принята 30 рядов, то есть 210 см. Может быть принята и другая высота котлов.

При использовании кирпичей других размеров, размеры котлов должны быть кратными половине длины кирпича со швом. Диаметр труб регистра должен быть не более 16,7 % площади минимальной ячейки.

Котел с экономайзером может работать, так же как и котел без экономайзера, в режиме регулирования подачи тепла в систему водяного отопления, за счет перераспределения пути движения газового потока, без снижения КПД.

Избыток тепла можно аккумулировать по схеме приведенной на Fig.3. С левой стороны оси Е, показан котел постоянного действия с экономайзером Fig.2, обозначенный буквой С. С правой стороны показана система по схеме «одно-двухъярусный колпак» D, использующая избыток тепла. Цифрой 2 показано тело воспринимающее избыток тепла.

По такой схеме можно решить вопрос горячего водоснабжения (ГВС) в твердотопливных котлах постоянного действия по закрытой схеме. В этом случае, системой D может быть печь с бойлером (водоподогревателем) горячего водоснабжения (ГВС), в которой цифрой 2 обозначен водоподогреватель ГВС. Эта печь работает на одну трубу с котлом и может конструктивно располагаться так же над котлом отопления. Горячая вода в любой период года требуется одной температуры, тогда как для отопления этого не нужно, а летом котел не используется. При работе котла отопления, используются избыток тепла отходящих газов, для ГВС. Если котел летом не работает, или тепла отходящих газов от котла не хватает для получения горячей воды требуемой температуры, то тогда можно будет топить печь ГВС отдельно.

Правила обвязки котлов.

Движение теплоносителя в регистре должно происходить навстречу тепловому потоку. То есть наиболее холодная вода контактирует с наиболее холодными газами. Далее, при движении по регистру вода нагревается и контактирует с все более нагретыми газами. При таком встречном движении теплоносителя и газов (тепловых потоков), между ними сохраняется разность температур, необходимая для передачи теплоты, а так же снижается вероятность выпадения водяных паров, из-за которых происходит ржавление труб. Это особенно важно, если топливом являются дрова, содержащие много водяных паров. Такое движение теплоносителя и газов называют противотоком. Следует отметить, что в системе свободного движения газов (при размещении регистров котла в колпаке), при правильно сконструированных и обвязанных регистрах, и естественном движении теплоносителя (без насоса) это условие выполняется за счет естественных сил природы, не требует внешнего воздействия, а значит естественно и оптимально. При принудительной циркуляции теплоносителя за счет насоса, скорость теплоносителя нужно принимать минимально возможной.

Читать еще:  Морёная древесина особенности и варианты использования

Обвязка должна обеспечивать возможность периодического слива теплоносителя из регистров без слива системы. Это необходимо для периодического выжигания сухих труб регистра от сажи, в том числе через чистку в колпаке, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=123. В котлах необходимо устанавливать автоматику регулирования температуры нагрева воды на выходе. Смысл её состоит в организации движения воды по малому кругу (прямая — обратная труба) до достижения температуры нагрева воды на выходе до значения 45-55 градусов оС, после чего вода направляется по большому кругу. В противном случае возможно выпадение на регистрах конденсата и ухудшения работы котла, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=109 . При отсутствии приборов автоматики можно закольцевать по малому кругу прямую и обратную трубу перемычкой из трубы Д=1 дюйм с регулировочным вентилем. Затапливают котел с открытым вентилем. По достижению температуры теплоносителя до указанных пределов вентиль постепенно закрывают, не допуская повышения его температуры выше верхнего предела. При применении в котле двух и более регистров, выходы их объединяют в одну трубу.

При естественной циркуляции теплоносителя и устройстве теплых полов необходимо предусматривать устройство на обводной обратной трубе шунтирующего насоса с малой скоростью теплоносителя. При этом на трубе предусматривать установку отключающих вентилей. Проектирование и монтаж систем водяного отопления должны выполнять специализированные проектные и монтажные организации.

16/01/2005 © Igor Kuznetsov «Kuznetsov’s stoves»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ORC-ЦИКЛЕ

ОПИСАНИЕ

Завод по производству стеклотарной продукции расположен в пригороде города Тюмень, в рабочем поселке Богандинский. Строительство завода началось в 2009 года, розжиг печи и наварка стекломассы началась в мае 2011 года.

Производственная мощность завода составляет 300 млн. бутылок в год.
Предприятие производит стеклотару для любых алкогольных, слабоалкогольных и безалкогольных напитков, консервации, прочих продуктов.

На момент исследования после регенераторов / рекуператов до дымовой трубы располагались котлы утилизаторы, которые утилизируя теплоту дымовых газов стекловаренной печи, вырабатывали горячую воду на нужды отопления и горячего водоснабжения предприятия.

Температура дымовых газов при работе регенератора дымовых газов:

Поскольку регенератор обладает гидравлическим сопротивлением, то после него установлен дополнительный дымосос электрической мощностью 55 кВт, который запитан от сети через частотный преобразователь. ЧРП держит частоту электродвигателя на уровне 45 Гц, что обеспечивает потребление электроэнергии двигателя порядка 70% от его номинала.

Установка проработала около 1,5 лет, после чего произошёл разрыв трубопровода регенератора, что было вызвано интенсивной коррозией металла, так как дымовые газы стекловаренной печи содержат / содержали большое количество серных соединений (содержание в дымовых газов серных соединений вызвано либо большим содержанием серы в самом природном газе, либо в исходном материале, из которого варят стекло), т.е. являются агрессивными по отношению в металлу регенератора.

ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЯ

Дымовые газы стекловаренной печи содержат высокий температурный потенциал, который теоретически может быть использован в выработке тепловой энергии (данная установка уже была реализована на указанном предприятии), электрической энергии (может быть реализован как паровой, так и органический цикл Ренкина), холодильной энергии / энергии холода (посредством абсорбционной холодильной машины).

Особый интерес может быть вызван применение когенерации на базе органического цикла Ренкина, когда установка работает в режиме ухудшенного вакуума, т.е. циркуляционная вода конденсатора является теплофикационной водой для отопления, с температурным графиком, к примеру, 80/60.

Однако здесь имеет смысл рассмотреть только выработку электрической энергии в органическом цикле Ренкина при номинальном режиме работы печи, а также оценить зависимость мощности теплового хвоста от производительности предприятия или производительности печи.
Привязать объём выпуска стеклотарной продукции предприятия к потенциалу выработки электрической энергии в органическом цикле Ренкина.

ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

На предприятии установлено две стекловаренные печи. Печи регенеративные, с подковообразным направлением пламени, проточного типа, с порогом, системой бурления, выработочным каналом, двумя питателями.
Назначение печей: производство стекломассы.
Площадь варочной зоны: 111,62 м 2 .
Площадь выработочной зоны: 13,08 м 2 .

Система подвода воздуха на горение: принудительная:
— варочная часть: тип вентилятора — BPAB 5-H-E2-1, Р = 15 кВт; n = 1 460 об/мин; 4 штуки;
— выработочная часть: тип вентилятора – VP800/NR, Р = 18,5 кВт, n = 2 940 об/мин; 2 штуки.

Высота трубы: 65 метров.
Вид топлива: природный газ.

ТОПЛИВО И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

* с учётом работы стекловаренной печи с середины сентября 2011 года
** удельный съем стекломассы с варочной площади = 210 т
*** удельный среднегодовой расход условного топлива на 1 т стекломассы = 150,2 кг у.т./т.

В таблице №3 представлена режимная карта печи.

ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ПОТЕРЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

Согласно представленным данным режимной карты печи около 30% всей подведённой энергии с природным газом – это потери с дымовыми газами, т.е. та тепловая энергия, которая может быть потенциально утилизирована в органическом цикле Ренкина для последующей выработки электрической энергии или в режиме когенерации: выработка электрической и тепловой энергии.

Оценим тепловой баланс работы стекловаренной печи по указанным в режимной карте данным. Примеры экспресс-оценки приведены в таблице №4.

Таким образом, потери тепловой энергии с дымовыми газами составляет порядка 2,5 МВт тепловой энергии или 2,155 Гкал/час.

Стоит отметить, что не всю эту тепловую энергию можно утилизировать в органическом цикле Ренкина, так как это количество тепловой энергии можно получить с учётом низшей теплоты сгорания природного газа, т.е. без учёта конденсации водяных паров отходящих газов.

В таблице №5 представлены данные по удельным расходам условного топлива и натурального топлива (природного газа) на единицу производства стекломассы в стекловаренной печи.

Основной параметра, на который в нашем случае стоит ориентироваться, это производительность стекловаренной печи, к примеру, с размерностью тонн стекла в сутки.

ОЦЕНКА ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ORC-ЦИКЛЕ

По тепловому балансу существующих ORC-установок можно утверждать, что порядка половины мощности теплового хвоста установка способна утилизировать и преобразовать с внутренним КПД в 10% в электрическую энергию. Значение КПД в 10% — это полный КПД установки, с учётом затрат электроэнергии на собственные нужды установки: питательный насос, циркуляционный насос, градирни конденсатора.

Сводные данные по расчету электрической мощности ORC-установки, утилизирующей тепловую энергию дымовых газов стекловаренных печей приведены в таблице №6.

На рассматриваемым стекольном предприятии установлены две стекловаренные печи, одна мощностью 210 т/сутки, другая 150 т/сутки. Итого 360 тонн стекла в сутки.

Исходя из представленных данных можно оценить выработку электрической энергии в органическом цикле Ренкина, работающих на утилизации тепла дымовых газов стекловаренных печей величиной, равной 215 кВт электроэнергии в час.

В таблице №7 приведены данные по выработке электрической энергии ORC-установкой в различные временные интервалы, а также стоимость этой электроэнергии при стоимости электроэнергии 2,83 руб./кВт с НДС.

Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов

Проблему эффективного использования теплоты отходящих газов энергетических котлов и промышленных печей можно решить путем установки за ними контактных теплообменников с активной насадкой – КТАНов [10].

Разработана конструкция КТАНов производительностью 5,8-17,4 МВт для установки их за печами в агрегатах синтеза аммиака мощностью 1360 т/сут, и за крупными энергетическими котлами. Особенности КТАНов – организация двух потоков воды: чистой, подогреваемой через теплообменную поверхность (рис. 49), и воды, нагревающейся в результате непосредственного контакта с газами.

Рис. 49. Контактный теплообменник с активной насадкой:

1 – корпус; 2 – теплообменная поверхность; 3 – циркуляционный насос;

4 – распылитель; 5 – каплеуловитель

При этом увеличивается теплоотдача от газов к воде за счет теплообмена стекающей воды и конденсация водяных паров, содержащихся в газе. Температура нагреваемой воды в КТАНах ограничена температурой мокрого термометра дымовых газов. При сжигании газов с a = 1,0-1,5 температура мокрого термометра составляет около 80 °С. Недостатком такой конструкции является ненадежность работы распылителя при длительной эксплуатации вследствие засорения форсунок.

Читать еще:  Мастика для гидроизоляции пола в гараже

Для котлов ДЕ-25-ГМ разработаны контактные экономайзеры (рис. 50) с керамической насадкой (агрегат АЭ-0,6). Газы из котла поступают в контактный экономайзер в количестве 70 % от общего объема, а 30 % газов подаются мимо экономайзера. В контактном теплообменнике подогревают либо подпиточную воду, либо воду для систем горячего водоснабжения.

Достоинства контактного теплообменника:

1. Используется скрытая теплота конденсации водяных паров, при этом КПД возрастет до 95-96 %. При сжигании 1 м 3 топлива дополнительно выделяется

кДж/м 3 . (87)

2. Происходит естественная деаэрация воды. Концентрация кислорода в воде снижается с 5-8 мг/л до 0,12 мг/л, правда, увеличивается концентрация СО2 в воде.

Рис. 50. Контактный теплообменник с керамической насадкой:

1 – корпус; 2 – насадка из керамических колец Рашига; 3 – теплообменная поверхность;
4 – циркуляционный насос; 5 – распылитель

3. Возможен нагрев жестких вод без предварительного умягчения. Практически испарение воды отсутствует, поэтому СаSО4 и МgSO4 не выпадают. Увеличение концентрации СО2 приводит к растворению образовавшихся и выпавших в осадок карбонатов из-за смещения равновесной реакции вправо: .

4. Контактные аппараты имеют малую металлоемкость из-за высоких значений коэффициентов теплоотдачи.

Особенности процессов контактного тепломассообмена

1. Температура воды ограничена значением tм, после чего происходит только ее испарение.

2. Процесс охлаждения продуктов сгорания водой сопровождается взаимным массообменном за счет испарения либо конденсации воды.

3. Высокое значение коэффициентов теплопередачи.

4. Величина поверхности теплообмена зависит от гидродинамики потоков газа и жидкостей.

Выделяют следующие режимы работы насадки в зависимости от плотности орошения и скорости потока газа (рис. 51).

I – пленочный режим (ламинарный). Вода стекает в виде пленок, поверхность смочена не вся, интенсивность тепломассообмена низка. Точка Т – точка торможения газа, в ней пленочный режим переходит в (II) – струйно-пленочный. Аэродинамическое сопротивление насадки возрастает более резко, поверхность насадки смочена полностью. Точка П – точка начала подвисания. На нижних кольцах образуется сплошной слой воды, через который барботирует газ. Пленка на поверхности колец интенсивно турбулизируется. Точка И – точки инверсии. Вода становится сплошным потоком, газ – дисперсными. Пузыри газа проходят через слой воды, процессы тепломассообмена интенсифицируются. Режим IV – режим эмульгирования – это фактически жидкостный кипящий слой с насадкой. Это наиболее выгодный режим в контактных аппаратах. Точка З – точка захлебывания, после нее сопротивление насадки становится настолько большим, что вода выносится из насадки, и крупные пузыри газа уносят капли воды. Интенсивность тепломассообмена между газом и водой резко падает. Таким образом, оказывается, что контактные аппараты надежно работают в достаточно узком диапазоне скоростей. Доля активной поверхности yа конвективного теплообмена зависит от соотношения чисел Рейнольдса по газу и по жидкости [11]. При доля активной поверхности составляет , при , в процессе теплообмена участвует вся поверхность.

Рис. 51. Режимы работки насадки

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 179 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Устройство для нагрева сетевой воды теплом уходящих дымовых газов котла

Изобретение предназначено для нагрева сетевой воды и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Устройство включает газоход, воздухоподогреватель, подогреватель сетевой воды, установленный перед дымососом, байпас с регулирующим шибером для пропуска части уходящих газов помимо подогревателя сетевой воды. В тепловой схеме подогревателя сетевой воды установлены контуры рециркуляции части нагретой воды с промежуточной ступени подогревателя и с выхода на его вход. Изобретение позволяет предотвратить коррозию наружной поверхности труб. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, реализующим энергосберегающую технологию: утилизацию бросового тепла уходящих дымовых газов котлов, сжигающих природный газ, и может быть использовано на тепловых электрических станциях, в автономных котельных.

Известно (УДК 621.182.187. Мейкляр М.В. Паровые котлы электростанций. М. : Энергия, 1974, с. 221-225), что в паровых котлах тепловых электростанций с целью утилизации тепла уходящих дымовых газов применяются воздухоподогреватели различных типов для нагрева воздуха, подаваемого в топку котла в процессе горения.

Недостатком этой системы является ее невысокая экономичность, т.к. утилизация тепла уходящих дымовых газов котлов происходит далеко не полная, и температура уходящих газов достаточно высока, порядка 140 o С.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению из известных является устройство (подписной индекс 42815. . Энергосбережение и водоподготовка. 2, 1997, с. 38-39), частично ликвидирующее этот недостаток. Оно состоит из газохода уходящих газов, воздухоподогревателя, подогревателя сетевой воды (теплоутилизатора), установленного перед дымососом, а также байпаса, пропускающего часть уходящих газов помимо теплоутилизатора. На байпасе смонтирован регулирующий шибер. Такое байпасирование необходимо для увеличения разности между температурой газов, поступающих по газоходу после теплоутилизатора к дымососу, и «точкой росы». С увеличением такой разности температур повышается защищенность от коррозии газоходов, дымососа и дымовой трубы.

Недостатком этого устройства является коррозия поверхностей нагрева такого подогревателя сетевой воды, интенсивно протекающая при конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах, на наружной поверхности трубок подогревателя, когда температура этих труб меньше «точки росы». Изготовление же подогревателя из нержавеющей стали слишком дорогостоящее и экономически невыгодное мероприятие.

Целью предлагаемого изобретения является предотвращение коррозии наружной поверхности труб подогревателя сетевой воды.

Поставленная цель в устройстве, включающем газоход, воздухоподогреватель, подогреватель сетевой воды, установленный перед дымососом, байпас с регулирующим шибером для пропуска части уходящих дымовых газов помимо подогревателя сетевой воды, достигается следующим образом. В тепловой схеме подогревателя сетевой воды устанавливаются контуры рециркуляции, через которые с помощью насоса часть нагретой воды с промежуточной ступени подогревателя или с выхода подогревателя подается на его вход. При этом имеется возможность отрегулировать температуру воды на входе подогревателя сетевой воды, а следовательно, и температуру металла подогревателя, соприкасающегося с дымовыми газами, выше «точки росы», т.е. выше температуры насыщения водяных паров, содержащихся в дымовых газах. В результате прекращается конденсация водяных паров на наружной поверхности труб подогревателя и прекращается их интенсивная коррозия. Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата.

Предлагаемое устройство для нагрева сетевой воды теплом уходящих дымовых газов котла схематично изображено на чертеже.

На газоходе уходящих газов 1 котла установлен воздухоподогреватель 2, после которого по ходу газов установлен подогреватель сетевой воды 3 перед дымососом 4. В тепловой схеме этого подогревателя установлен контур рециркуляции 5 сетевой воды с промежуточной ступени подогревателя на его вход, а также контур рециркуляции 6 сетевой воды с выхода подогревателя на его вход. На общей части обоих контуров рециркуляции установлен насос рециркуляции 7. Часть газохода, в которой установлен подогреватель сетевой воды, шунтируется байпасом 8 с регулирующим шибером 9.

Устройство работает следующим образом. Уходящие дымовые газы в хвостовой части котла по газоходу 1 поступают в воздухоподогреватель 2, в котором отдают часть тепла, нагревая воздух, подаваемый в топку котла для процесса горения. Далее уходящие дымовые газы проходят через подогреватель сетевой воды 3, расположенный по ходу дымовых газов перед дымососом 4. В этом подогревателе происходит значительная утилизация тепла уходящих газов за счет нагрева сетевой воды. С промежуточной ступени подогревателя сетевой воды часть нагретой воды подается через контур рециркуляции 5 с помощью насоса 7 на вход подогревателя. В зависимости от режима работы котла можно подавать часть нагретой сетевой воды с выхода подогревателя с помощью того же насоса 7 на вход подогревателя. В обоих вариантах имеется возможность выбрать такое соотношение между нагретой водой и обратной сетевой водой, чтобы температура воды на входе подогревателя, а следовательно, и температура металла подогревателя была выше «точки росы», т.е. выше температуры насыщенных водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Поэтому прекращается конденсация водяных паров на наружной поверхности труб подогревателя сетевой воды и прекращается их интенсивная коррозия.

Таким образом реализуется основная цель предлагаемого изобретения. От коррозии, связанной с конденсацией влаги, необходимо защитить не только сам подогреватель, но и внутренние поверхности дымососа, боровов, дымовой трубы. Для такой защиты необходимо часть горячих дымовых газов пропустить через байпас 8 с регулирующим шибером 9 помимо подогревателя сетевой воды 3. При этом температура дымовых газов, проходящих через дымосос 4 и дымовую трубу, повышается, что препятствует конденсации влаги на внутренней поверхности этого оборудования, а следовательно, и препятствует коррозии. Поскольку на выходе из подогревателя сетевой воды 3 требуется получать воду заданной температуры, то количество воды, подаваемой на подогреватель, должно быть пропорционально количеству дымовых газов, т.е. пропорционально нагрузке котла.

Читать еще:  Не могу получить зарплату неофициальную что делать

Следует указать, что работа предлагаемого устройства возможна лишь при сжигании в котле природного газа. При сжигании мазута такой подогреватель сетевой воды должен быть отключен.

Устройство для нагрева сетевой воды теплом уходящих дымовых газов котла, включающее газоход, воздухоподогреватель, подогреватель сетевой воды, установленный перед дымососом, байпас с регулирующим шибером для пропуска части уходящих газов помимо подогревателя сетевой воды, отличающееся тем, что в тепловой схеме подогревателя сетевой воды установлены контуры рециркуляции части нагретой воды с промежуточной ступени подогревателя и с выхода подогревателя на его вход.

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

Методы утилизации тепла.Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печей, имеют весьма высокую температуру и поэтому уносят с собой значитель­ное количество тепла. В мартеновских печах, например, из рабо­чего пространства с дымовыми газами уносится около 80 % всего тепла поданного в рабочее пространство, в нагревательных печах около 60 %. Из рабочего пространства печей дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше их температура и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. В связи с этим целесообразно обеспечивать утилизацию тепла отходящих ды­мовых газов, которая может быть выполнена принципиально двумя методами: с возвратом части тепла, отобранного у дымовых газов, обратно в печь и без возврата этого тепла в печь. Для осуществления первого метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу и воздуху (или только воздуху)-Для достижения этой цели широко используют теплообменники рекуперативного и регенеративного типов, применение которых позволяет повысить к. п. д. печного агрегата, увеличу температуру горения и сэкономить топливо. При втором методе утилизации тепло отходящих дымовых газов используется в теплосиловых котельных и турбинных установках, чем достигается существенная экономия топлива.

В отдельных случаях оба описанных метода утилизации тепла отходящих дымовых газов используются одновременна Это делается тогда, когда температура дымовых газов поеле теплообменников регенеративного или рекуперативного типа остается достаточно высокой и целесообразна дальнейшая утилизация тепла в теплосиловых установках. Так, например, в мартенсвских печах температура дымовых газов после регенераторов вставляет 750-800 °С, поэтому их повторно используют в котлах-утилизаторах.

Рассмотрим подробнее вопрос утилизации тепла отходящих дымовых газов с возвратом части их тепла в печь.

Следует прежде всего отметить, что единица тепла, отобранная у дыма и вносимая в печь воздухом или газом (единица физического тепла), оказывается значительно ценнее единиц тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива (единицы химического тепла), так как тепло подогретого воздуха (газа) не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами. Ценность еди- ницы физического тепла тем больше, чем ниже коэффициент ис- пользования топлива и чем выше температура отходящих дымовых газов.

Для нормальной работы печи следует каждый час в рабочее пространство подавать необходимое количество тепла. В Это ко­личество тепла входит не только тепло топлива Qх, но и тепло подогретого воздуха или газа QФ, т. е. QΣ = Qх + Qф

Ясно, что при QΣ = сопst увеличение Qф позволит Уменьшить Qх. Иными словами, утилизация тепла отходящих дымовых газов позволяет достичь экономии топлива, которая зависит от степени утилизации тепла дымовых газов

где Нв и Нд — соответственно энтальпия подогретого воздуха и отходящих из рабочего пространства дымовых газов, кВт или

Степень утилизации тепла может быть также названа КРД рекуператора (регенератора), %

Зная величину степени утилизации тепла, можно Определить экономию топлива по следующему выражению:

,

где Н ‘ д и Нд — соответственно энтальпия дымовых газов при темпе­ратуре горения и покидающих печь.

Снижение расхода топлива в результате использования тепла отходящих дымовых газов обычно дает значительный экономи­ческий эффект и является одним из путей снижения затрат на на­грев металла в промышленных печах.

Кроме экономии топлива, применение подогрева воздуха (газа) сопровождается увеличением калориметрической темпера­туры горения Тк, что может являться основной целью рекупера­ции при отоплении печей топливом с низкой теплотой сгорания.

Повышение QФ при приводит к увеличению тем­пературы горения. Если необходимо обеспечить определенную величину Тк, то повышение температуры подогрева воздуха (газа), приводит к уменьшению величины , т. е. к снижению доли в то­пливной смеси газа с высокой теплотой сгорания.

Поскольку утилизация тепла позволяет значительно экономить топливо, целесообразно стремиться кмаксимально возможной, экономически оправданной степени утилизации. Однако необхо­димо сразу заметить, что утилизация не может быть полной, т. е. всегда R 2 -К);

Δtср — средняя (по всей поверхности нагрева) разность темпе­ратур между дымовыми газами и воздухом (газом), К;

F — поверхность нагрева, через которую происходит пе­редача тепла от дымовых газов к воздуху (газу), м 2 .

Теплопередача в рекуператорахвключает в себя три основные ступени передачи тепла: а) от дымовых газов к стенкам рекупера­тивных элементов; б) через разделительную стенку; в) от стенки к нагреваемому воздуху или газу.

На дымовой стороне рекуператора тепло от дымовых газов к стенке передается не только конвекцией, но и излучением. Сле­довательно, локальный коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне равен

где — коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке

конвекцией, Вт/(м 2 ·°С);

— коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке

путем излучения, Вт/(м 2 ·°С).

Передача тепла через разделительную стенку зависит от теп­лового сопротивления стенки и состояния ее поверх­ности.

На воздушной стороне рекуператора при нагреве воздуха тепло от стенки к воздуху передается только конвекцией, при нагреве газа — конвекцией и излучением. Таким образом, при нагреве воздуха теплоотдача определяется локальным коэффи­циентом теплоотдачи конвекцией ; если нагревается газ, то коэффициент теплоотдачи

Все отмеченные локальные коэффициенты теплоотдачи объеди­нены в суммарном коэффициенте теплопередачи

, Вт/(м 2 ·°С).

В трубчатых рекуператорах суммарный коэффициент тепло­передачи следует определять для цилиндрической стенки (линей­ный коэффициент теплопередачи)

, Вт/(м·°С)

Коэффициент К называется коэффициентом теплопередачи трубы. Если же необходимо отнести количество тепла к площади внутренней или наружной поверхности трубы, то суммарные коэффициенты теплопередачи можно определить следующим об­разом:

,

где a1— коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне

a2 — то же, на наружной стороне трубы, Вт/(м 2 ·°С);

r1 и r2 — соответственно радиусы внутренней и наружной

поверхностей трубы, м. В металлических рекуператорах можно пренебречь величиной теплового сопротивления стенки , и тогда суммарный коэффи­циент теплопередачи можно записать в следующем виде:

, Вт/(м 2 ·°С)

Все локальные коэффициенты теплоотдачи, необходимые для определения величины К, можно получить на основании законов теплоотдачи конвекцией и излучением.

Поскольку между воздушной и дымовой сторонами рекупера­тора всегда есть перепад давлений, наличие неплотностей в реку­перативной насадке приводит к утечке воздуха, достигающей иногда 40-50%. Прососы резко снижают эффективность рекуперативных установок; чем больше прососанного воздуха, тем меньше доля тепла, полезно использованного в керамическом рекуператоре (см. ниже):

Утечка, % 0 25 60

Конечная температура дымовых газов,

Температура подогрева воздуха, °С 895 820 770

КПД рекуператора (без учета по-

терь), % 100 84 73,5

Утечка воздуха влияет на величину локальных коэффициентов теплоотдачи, причем воздух, попавший в дымовые газы, не только

Рис. 4. Схемы движения газовых сред в теплообменниках рекуперативного типа

снижает их температуру, но и уменьшает процентное содержание С02 и Н20, вследствие чего ухудшается излучательная способ­ность газов.

Как при абсолютно газоплотном рекуператоре, так и при утечке локальные коэффициенты теплоотдачи меняются по поверхности нагрева, поэтому при расчете рекуператоров определяют отдельно величины локальных коэффициентов теплоотдачи для верха и низа и затем уже по усредненному значению находят суммарный коэффициент теплопередачи.

  1. Б.А.Арутюнов, В.И. Миткалинный, С.Б. Старк . Металлургическая теплотехника, т.1, М, Металлургия, 1974, с.672
  2. В.А.Кривандин и др. Металлургическая теплотехника, М, Металлургия, 1986, с.591
  3. В.А.Кривандин, Б.Л. Марков. Металлургические печи, М, Металлургия, 1977, с.463
  4. В.А.Кривандин, А.В.Егоров. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии, М, Металлургия, 1989, с.463
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector