ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА им. К.Д. ПАМФИЛОВА
Утверждаю
Зам. председателя совета
Росжилкоммунсоюза
В.И. Горелов
19 декабря 1990 г.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ УТИЛИЗАТОРОВ В КОТЕЛЬНЫХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Сектор научно-технической информации
Москва 1992
Приведены основные технические решения по утилизации теплоты дымовых газов котельных, работающих на газообразном, жидком и твердом топливе. Рассмотрены экономические и экологические вопросы применения теплоутилизаторов.
Технические решения разработаны отделом коммунальной энергетики АКХ им. К.Д. Памфилова (кандидаты техн. наук З.В. Короткова и В.В. Пономарева, инж. Н.Г. Зюнева) и предназначены для инженерно-технических работников коммунальных теплоэнергетических предприятий и проектантов.
Замечания и предложения по настоящим техническим решениям просьба направлять по адресу: 123371, Москва, Волоколамское шоссе, 116. АКХ им. К.Д. Памфилова, отдел коммунальной энергетики.
В настоящее время одним из основных путей экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в коммунальной энергетике является повышение эффективности их использования путем утилизации тепла уходящих газов.
В системе местных Советов около 14 тыс. котельных, из которых 10 тыс. котельных мощностью менее 3,5 МВт. Суммарная мощность установленных котлов около 99 МВт, в том числе чугунных 16,3 МВт. Потери тепловой энергии с уходящими газами со средней температурой газов 150 °С составляют 4-5 %, т.е. около 29 тыс. ГДж, что равноценно потере 800 т у.т/ч или около 2,7 млн. т у.т/год.
В решение энергетической программы в нашей стране значительный вклад может внести применение теплоутилизационных установок, работающих на дымовых газах котельных.
В настоящее время теплоэнергетические предприятия не заинтересованы в экономии топливно-энергетических ресурсов в связи с низкой их стоимостью и отсутствием системы материального стимулирования за экономию ТЭР. Вопрос экономного расходования топлива стоит на повестке дня как в нашей стране, так и за рубежом, поэтому работы по выбору и проектированию теплоутилизационных установок находят все большее распространение.
Задачей настоящей работы является определение возможности и целесообразности использования утилизаторов теплоты дымовых газов котельных, работающих на различных видах топлива.
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Температура уходящих газов из котельных агрегатов при номинальной нагрузке составляет около 120-130 °С, котлы мощностью менее 0,7 кВт выбрасывают дымовые газы с температурой свыше 200 °С.
Установка в конвективной шахте котлов водяных экономайзеров и воздухонагревателей для ряда котлов не позволяет максимально снизить потери тепла с уходящими газами. При современном уровне эксплуатации котельных температура выбрасываемых газов ограничивается по соображениям возможной конденсации влаги в дымовой трубе. При конденсации резко возрастают коррозионные процессы в связи с высокой агрессивностью конденсата, причем для серосодержащих топлив температура точки росы составляет 120-130 °С. Следовательно, повышение эффективности утилизации теплоты дымовыми газами в значительной степени зависит от технического уровня применяемого оборудования, в частности, применения антикоррозионных материалов.
Решению об установке утилизаторов теплоты должно предшествовать определение возможных потребителей потенциальной теплоты утилизаторов. Для этого предварительно необходимо определить конкретные потоки воды и воздуха, их расходы, температуры, до которых могут быть подогреты теплоносители в утилизаторах.
В качестве потребителей могут рассматриваться котельные, система теплоснабжения и сторонние потребители.
Правильный выбор вида и требуемой производительности утилизатора определяется не установленной мощностью котлоагрегатов, а наличием реальных потребителей утилизируемой теплоты.
Потребителями могут быть: подогрев исходной и химически очищенной воды, подогрев дутьевого воздуха, система горячего водоснабжения, подогрев обратной сетевой воды, технологические нужды предприятий, подогрев воды для систем теплоснабжения тепличных и парниковых хозяйств, открытых и закрытых плавательных бассейнов, мойки улиц и транспортных средств, подогрев воздуха для отопления помещений складов, для тепловых завес и размораживания твердого топлива.
Одним из вариантов решения является использование нагретого воздуха с температурой 60-70 °С и выше для обогрева открытых площадок, обогрева наружных лестниц. Недостатком системы воздушного подогрева является недопустимость большой механической нагрузки на подогреваемую площадку и большой расход электроэнергии [14].
Принципиальная схема установки с воздушным подогревом площадок приведена на рис. 1. Подогретый воздух поступает в воздушные каналы, расположенные под площадкой, - подающие А, затем - в обратные Б, образующие замкнутый контур. Охлажденный воздух снова подается в систему подогрева.
Такая схема обеспечивает равномерное плавление снега на площадке только при длине каналов до 50 м. При большей их длине целесообразно применять схему 1,б, обеспечивающую возможность периодического изменения направления воздуха в каналах, для этого закрывают установленные в воздуховодах шиберы 1 и 4 открывают шиберы 2 и 3. Непременным условием является близость обогреваемой площадки к котельной, иначе будут велики потери тепла и электроэнергии на транспортирование теплоносителя. На рис. 1, в приведена принципиальная схема подогрева наружной лестницы.
Экономическую эффективность использования вторичных тепловых ресурсов для плавления снега на открытых площадках определяют путем сопоставления приведенных затрат при талом решении с затратами на уборку и вывозку снега и наледи.
Расход тепла, затрачиваемый на удаление снега, Вт/м2, определяют:
q = qпл + qгр + qатм + qисп, (1)
где qпл - скрытая теплота плавления снега, кДж/кг (qпл = 335 кДж/кг); qгр - потеря теплоты в грунте, находящемся под площадкой, в среднем 20-40 % qпл; qатм - потери теплоты в атмосферу конвекцией и радиацией, составляющие при плавлении снега около 10 % qпл; - потери теплоты на испарение слоя снега, принимаемые равными 0,1 qпл.
Рис. 1. Схема подогрева наружных площадок и ступеней лестниц нагретым воздухом:
а - подогрев наружных площадок с устройством каналов длиной до 50 м; б - то же, длиной более 50 м; в - подогрев ступеней наружных лестниц; 1-4 - шиберы
Схемы утилизации теплоты дымовых газов котельных и виды применяемых утилизаторов зависят от конкретных источников теплоты, возможности использования потенциала дымовых газов, потребителей теплоты, вида топлива, состава дымовых газов, определявшего агрессивность его по отношению к оборудованию котельных.
Побудительными мотивами установки утилизаторов является стремление наиболее полно удовлетворить потребности в энергии не путем ввода дополнительных мощностей, а за счет энергосбережения. Вследствие отсутствия последовательной политики в нашей стране вопросы утилизации не решаются на должном уровне. В частности, при большом количестве разработок и авторских свидетельств по конструкциям утилизаторов в серийном производстве находятся отдельные утилизаторы, не позволяющие в широком масштабе использовать рационально потенциальную теплоту уходящих дымовых газов.
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В ГАЗИФИЦИРОВАННЫХ КОТЕЛЬНЫХ
Газообразное топливо является наиболее перспективным для сжигания в котельных установках по ряду показателей. С точки зрения утилизации теплоты уходящих дымовых газов их преимущество в отсутствии окислов серы, механических примесей и высоком влагосодержании.
Отсутствие соединений серы позволяет охлаждать газы до относительно низкой температуры, поскольку точка росы 40-50 °С. Отсутствие механических примесей отличает выбор теплоутилизаторов и облегчает их эксплуатацию. Относительно высокое влагосодержание дымовых газов дает возможность использовать теплоту конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, и там увеличить эффективность процесса утилизации.
Специфические особенности газа и продуктов сгорания позволяют применять контактные теплообменники, в которых происходит непосредственный теплообмен между дымовыми газами и охлаждающей их водой. Такие теплообменники при достаточно приемлемых габаритах, умеренном расходе металла на их изготовление и сравнительно невысоком расходе электроэнергии при эксплуатации обеспечивают глубокое охлаждение дымовых газов до 40 °С и конденсацию 60-90 % водяных паров, содержащихся в газах.
Но нагрев воды в контактных теплообменниках возможен только до температуры «мокрого термометра», которая составляет 50-60 °С. Температура «мокрого термометра» зависит от влагосодержания дымовых газов и коэффициента избытка воздуха. С уменьшением коэффициента избытка воздуха и увеличением влагосодержания парциальное давление водяных паров в дымовых газах растет, а вместе с ним при прочих равных условиях растет температура «мокрого термометра».
Эффективность контактных экономайзеров снижается с увеличением температуры воды на входе, и применение их рекомендуется при температуре воды на входе не выше 35 °С.
Характеристика выпускаемых серийно стальных водяных экономайзеров контактного типа ЭК-БМ1-1, ЭК-БМ1-2 приведены ниже.
Теплопроизводительность,
МВт (Гкал/ч)
0,37 (0,32) 1,22 (1,05)
Температура газов на входе, °С, не ниже 140 140
Коэффициент избытка воздуха на входе, не более 1,5 1,5
Количество газов, проходящих через экономайзер, кг/ч 3600 14400
Количество нагреваемой воды, т/ч 8-12 30-40
Температура на выходе, °С, не ниже:
горячей воды 55-42 55-42
уходящих газов 30-40 30-40
Давление воды перед распределителем, МПа (кг/см2),
не более 0,049 0,049
(0,5) (0,5)
Аэродинамическое сопротивление при номинальной
загрузке, Па (кг/см2) 300-500 300-500
(30-50) (30-50)
Влагосодержание уходящих газов, г/кг 35-55 35-55
Количество свободной углекислоты в нагретой воде, мг/л 50-70 50-70
Габариты, мм:
длина 1488 2443
ширина 1028 2030
высота 4500 5000
Масса, кг:
металлической части 6758 2006
керамической насадки 717 2864
общая 1375 4870
Характеристика контактного агрегата АЭ-0,6 приведена ниже [8].
Тепловая мощность, Мвт (Гкал/ч)............................................................... 0,6 (0,5)
Температура газов на входе и выходе, °С................................................... 140 / (40-50)
Коэффициент избытка воздуха в газах, не более....................................... 1,4
Расход газов, кг/с (кг/ч)................................................................................ 30 (10620)
Расход нагреваемой воды, т/ч...................................................................... 20
Температура нагрева воды, °С:
в контактной камере................................................................................ 45-55
водопроводной......................................................................................... 35-45
Аэродинамическое сопротивление, Па...................................................... 300
Габариты, мм:
длина......................................................................................................... 2800
ширина...................................................................................................... 2150
высота........................................................................................................ 5570
Масса, кг:
металлоконструкций............................................................................... 3100
керамической насадки............................................................................. 2200
Вода, нагретая контактным способом в ЭК-БМ1, содержит свободную углекислоту в количестве до 0,08-0,1 г/м3. При определенных условиях эта вода становится коррозионно-активной, что ставит ограничение для использования воды. Для снижения содержания свободной углекислоты установка контактных экономайзеров дополняется декарбонизационной колонкой. Основные характеристики декарбонизационных колонок приведены ниже.
Тип колонки
КД-06 КД-08
Производительность по воде, кг/с (т/ч) 4,15 (15) 8,3 (30)
Расход продуваемого воздуха на 1 т воды, м3 0,15 0,15
Снижение содержания свободной углекислоты, кг/м3 0,075 0,075
Аэродинамическое сопротивление, Па (мм вод.ст.) 150 (15) 150 (15)
Габариты, м:
диаметр 0,574 0,816
