Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Утилизация вторичных энергоресурсов в системах ТГВ. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Учебно-методическое пособие.pdf
Рисунок 1.21 - Поверхностный водяной экономайзер
Контактные экономайзеры применяются для нагрева воды. Наиболее
целесообразно их использование при наличии низкопотенциальных тепловых
вторичных энергоресурсов.
Поверхностные водяные экономайзеры (рисунок 1.22) подразделяются на
чугунные ребристые и стальные гладкотрубные. Для чугунных ребристых
экономайзеров температура дымовых газов не должна превышать 425
о
С, чтобы
избежать перегрева ребер, для стальных гладкотрубных температура дымовых
газов не ограничивается.
61
Рисунок 1.22 - Контактный водяной экономайзер
Чугунные ребристые экономайзеры рассчитаны на давление 2,4 МПа и
собираются из стандартных ребристых труб длиной 1,5; 2; 2,5; 3 м. Скорость
газов составляет 6…12 м/с. В случае, если высота блочного экономайзера
составляет более 1.5 м, он разделяется на отдельные пакеты высотой 0,8…1,2 м
с разрывами для ремонта и обслуживания.
Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняются в виде
горизонтальных змеевиков из бесшовных труб с внешним диаметром 28, 30, 32,
38 мм, рассчитанных на давление 2,4 МПа и 1,4 Мпа. Расположение труб в
пучке шахматное. Скорость дымовых газов – 8…10 м/с; скорость воды в трубах
- 0,4м/с; высота пакета - 0,9…1,2 м.
62
Для изготовления экономайзерных установок, использующих вторичные
энергоресурсы, в основном применяются чугунные ребристые экономайзеры. В
тех случаях, когда температура газов превышает допустимое для этих
экономайзеров значение, прибегают к организованному подсосу воздуха к
газам. Данный прием имеет следующие недостатки: уменьшение
температурного напора в теплообменной поверхности увеличивает ее площадь;
теряется большое количество теплоты вследствие нагрева подсасываемого
воздуха до температуры сброса в атмосферу; нужна дополнительная мощность
дымососов на перемещение подсасываемого воздуха. Для снижения потерь
теплоты возможна замена подсоса воздуха рециркуляцией дымовых газов через
экономайзер. Однако при температуре газов более 425
о
С наиболее
целесообразным техническим решением является применение стальных
гладкотрубных экономайзеров, хотя бы в начальной части поверхности нагрева.
При компоновке экономайзерной установки необходимо использовать
противоточную схему движения дымовых газов и нагреваемой воды в трубках
экономайзера.
Контактные экономайзеры устанавливаются как последняя ступень
использования теплоты дымовых газов. Их принцип действия аналогичен
принципу действия скруббера с насадкой из керамических колец.
Промышленность выпускает серийно два блока контактных экономайзеров ЭКБМ 1-1 и ЭК-БМ 1-2.
Контактные экономайзеры с керамической насадкой ЭК-БМ 1-1 и ЭК-БМ
1-2 предназначены для утилизации теплоты незапыленных и неагрессивных
дымовых газов (в том числе продуктов сгорания газообразного топлива).
Принцип действия экономайзеров следующий. Дымовые газы поступают в
экономайзер через входной патрубок, поворачивают на 90
0
и проходят через
слой рабочей насадки, где происходит их непосредственный контакт с
охлаждающей водой, подаваемой через водораспределитель. Потом газы
проходят через каплеулавливающую насадку и отводятся через выпускной
63
патрубок. Нагретая газами вода поступает в нижнюю часть аппарата, откуда
после гидрозатвора подается через штуцер потребителям.
При использовании экономайзеров повышается к.п.д. технологических
агрегатов на 10…15%, что дает возможность сэкономить 200…690 т условного
топлива в год при годовой эксплуатации 4300 ч. При этом капитальные
вложения на 1 т сэкономленного топлива незначительные. Экономайзеры
компактные, что обусловлено высоким коэффициентом теплопередачи, потому
что непосредственный контакт воды с газами позволяет использовать теплоту
ее конденсации. При этом наряду с температурой снижается влагосодержание
уходящих газов и концентрация в них окиси углерода и других вредных
веществ, что свидетельствует об экологической целесообразности применения
контактных экономайзеров.
Недостатки контактных экономайзеров: загрязнение и агрессивность
подогретой воды, коррозия аппарата, возможность обледенения дымоходов
вследствие снижения температуры уходящих газов. В связи с этим
целесообразно использование подогретой воды только для технических нужд
(подогрев питательной воды, контактный подогрев дутьевого воздуха);
применение средств по борьбе с коррозией и пропуск горячих дымовых газов в
дымоходы. Использование экономайзеров за котлами на жидком и твердом
топливе нецелесообразно.
1.7.4 Теплоутилизаторы с активной насадкой (КТАН)
Недостаток контактных экономайзеров частично устранен в аппаратах
КТАН (контактные теплообменники с активной насадкой). Наиболее
используемый КТАН-08 (рисунок 1.23) выпускается АООТ «Газоаппарат»,
г. Хунджанд.
В аппаратах КТАН часть нагреваемой воды подается на орошение
поверхности встроенного теплообменника, т.е. непосредственно контактирует с
продуктами сгорания и зависит от их качества (аналогично нагреваемой воде в
контактном экономайзере).
64
1 – оросительное устройство; 2 – теплообменник из гладких труб;
3 – вход воды в поверхностный теплообменник; 4 – выход нагретой воды;
5 – каплеуловитель; 6 – насос
Рисунок 1.23 - Схема контактного теплообменника
с активной насадкой (КТАН)
Другая часть нагреваемой воды проходит внутри трубок поверхностного
теплообменника, т.е. не контактирует с продуктами сгорания и не изменяет
свой химический состав. Теплообменник выполняет роль активной насадки, так
как его поверхность активно участвует в процессе теплопередачи от продуктов
сгорания к воде, циркулирующей по трубкам (в отличие от керамической
насадки контактного экономайзера).
Дымовые газы подаются в корпус КТАН, как правило, сверху, проходят
фронт водяных форсунок и далее пучок труб активной насадки, где происходит
интенсивный тепломассообмен с использованием теплоты парообразования
65
воды. Подогретая первичная вода стекает в нижнюю часть аппарата, откуда с
помощью насоса частично возвращается к форсункам. Охлажденные дымовые
газы, пройдя через сепарационное устройство, выходят из теплообменника.
Вторичная вода нагревается внутри труб насадки. Соотношение между
расходом первичной и вторичной воды обычно поддерживается в соотношении
1:3 или 1:4.
Преимущества КТАН - возможность применения вторичной воды для
различных нужд без очистки; глубокое охлаждение уходящих газов, что с
помощью поверхностных теплообменников было бы недостижимо; очистка
уходящих газов от углекислого газа и пыли; компактность конструкции
аппарата; резкое снижение расхода металла для изготовления поверхностей
нагрева вследствие увеличения коэффициента теплопередачи за счет
использования теплоты парообразования.
К недостаткам данных теплоутилизаторов относятся: необходимость
частой замены металлических конструкций аппарата вследствие интенсивной
коррозии (предусмотрена возможность съемки пучков труб активной насадки);
невозможность использования загрязненной первичной воды без очистки от
оксидов серы и азота; вероятность обмерзания кирпичных дымоходов из-за
низкого уровня температуры уходящих газов.
Температура газов на входе в теплообменник составляет 150…360
о
выходе – 45…47
41…45
о
С.
С; температура воды на выходе из теплообменника составляет
о
С, на
1.7.5 Высокопотенциальные рекуператоры
Рекуперативный подогрев дутьевого воздуха широко распространен в
промышленности. Подогрев воздуха за счет теплоты уходящих газов, с
последующей подачей его в зону горения, достаточно эффективен.
Исследования показывают, что при подогреве воздуха до 300
0
С экономия
топлива составляет 22%.
66
Рекуператоры представляют собой поверхностные теплоутилизаторы,
работающие в стационарном режиме. Теплота от продуктов сгорания
передается воздуху или газу через стенку разделяющей их поверхности, в том
числе и трубчатой. По конструкции рекуператоры подразделяются на
керамические и металлические.
Керамические рекуператоры выполняются из блоков, которые образуют
каналы для прохода теплоносителя. Рабочая поверхность керамических
рекуператоров изготавливается из шамота или карборунда. Преимущества
керамических рекуператоров: возможность использования для утилизации
теплоты газов, имеющих высокую температуру; для производства данных
теплообменных аппаратов не нужен металл. Недостатки керамических
рекуператоров: низкая герметичность; невысокая прочность материала;
низкая тепловая эффективность.
Широко распространены металлические рекуператоры из стальных труб.
Однако их применение лимитируется температурой дымовых газов, которая не
должна превышать 700
0
С. Данные рекуператоры имеют вертикальное
расположение труб. Продукты сгорания движутся в них сверху вниз, а
нагреваемый воздух - навстречу в межтрубном пространстве по
последовательно включенным поперечным ходам, образованными
горизонтальными перегородками.
По преобладающему способу теплопередачи рекуператоры
подразделяются на конвективные, конвективно-радиационные и радиационные.
Конвективные металлические рекуператоры бывают: двусторонние игольчатые,
односторонние игольчатые, термоблоки, стальные гладкотрубные. Температура
подогрева воздуха в них составляет 200…500
о
С, срок службы 1…5 лет.
При нагревании воздуха до высокой температуры наиболее эффективны
конвективно-радиационные и радиационные рекуператоры, в которых
используется интенсивная теплопередача излучением. Они бывают щелевые и
трубчатые. Трубчатые рекуператоры выполняются из стальных труб, покрытых
67
жаростойким бетоном. Температура нагрева воздуха в них составляет
о
300…800
С.
Рекуператоры, как правило, могут быть изготовлены непосредственно на
заводе, где они используются, просты в производстве и эксплуатации. Срок
окупаемости не превышает одного года.
1.8 Схемы использования тепловых вторичных энергоресурсов через
сеть централизованного теплоснабжения
1.8.1 Общая характеристика схем утилизации теплоты в
теплоснабжении
Тепловые вторичные энергоресурсы через сеть централизованного
теплоснабжения используются для нужд отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения района - в основном жилищно-коммунального сектора. Задача
утилизации теплоты наилучшим образом решается с помощью подогрева
тепловыми вторичными энергоресурсами обратной воды районной теплосети,
для чего можно использовать три схемы: последовательную, параллельную и
параллельно-последовательную. Исходным условием применимости схем
является стабильность расхода сетевой воды в наружной теплосети, а основным
оценочным критерием при сравнении схем служит степень использования
тепловых вторичных энергоресурсов в течение отопительного периода. Теплота
вторичных энергоресурсов передается по теплопроводам районной теплосети
одновременно как для горячего водоснабжения, так и для отопления и
вентиляции абонентов. Смешивание обратной воды и воды, подогретой
вторичными энергоресурсами, производится на тепловых пунктах с помощью
подмешивающих насосов. Однако возможен подогрев воды на нужды горячего
водоснабжения предприятия в центральной водонагревательной установке за
счет тепловых вторичных энергоресурсов. В этом случае тепловые сети
предприятия для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения являются
раздельными. Данное техническое решение используется при размещении
68
основного теплоисточника (ТЭЦ, котельные) на территории предприятия. В
случае, когда для отвода тепловых вторичных энергоресурсов предприятия
недостаточно сетевой воды его систем, она добавляется из магистральной сети,
что не имеет принципиального значения для рассмотренных схем.
1.8.2 Принцип действия и практические приложения последовательной схемы использования вторичных энергоресурсов в централизованном теплоснабжении
В последовательной схеме обратная вода от систем отопления и
вентиляции подогревается тепловыми вторичными энергоресурсами и на
количество этой теплоты q
(ТЭЦ, котельные), то есть q
уменьшается нагрузка основного теплоисточника
вт
= qр - qвт. На подогрев направляется обратная вода
от
от системы отопления и вентиляции объекта, который имеет тепловые
вторичные энергоресурсы. Если ее расход G
тепло вторичных энергоресурсов G
вт
меньше расхода воды, отводящей
ов
, то отсутствующий расход воды
добавляется с помощью насоса из районной теплосети; а если больше, то
избыток воды удаляется непосредственно в теплосеть.
Данная схема проста, удобна в эксплуатации, не усложняет теплового и
гидравлического регулирования, не требует постоянного обслуживания
теплоутилизационных установок на месте, обеспечивает передачу теплоты
вторичных энергоресурсов для горячего водоснабжения и отопления и
вентиляции в пределах общей тепловой сети из одного места в любое другое.
Данная схема характеризуется минимальным недоиспользованием вторичных
энергоресурсов в течение отопительного периода. Недостатком схемы является
отсутствие разгрузки основного теплоисточника по расходу теплоносителя.
За расчетный выход тепловых вторичных энергоресурсов принимается
среднечасовой q
расчетному расходу в теплосети, то есть G
через теплоутилизаторы вторичных энергоресурсов составляет G
воды в подающем трубопроводе теплосети - t
. Расход сетевой воды от основного теплоисточника равен
вт
= Gр. Расход воды , проходящей
от
, температура
вт
, в обратном трубопроводе - tо,
п
69
после подогрева воды теплотой вторичных энергоресурсов - tвт, после
( )
,
вт
вт
рр
вт о
q
G
сt t
=
−
смешивания воды, подогретой вторичными энергоресурсами, с водой в
обратном трубопроводе - t
'. Все расходы воды стабильные.
о
Расход воды, проходящей через теплоутилизаторы вторичных
энергоресурсов, составляет
где t
t
р
- расчетная температура воды в обратном трубопроводе, 0С;
о
р
- расчетная температура подогрева воды в теплоутилизаторах, 0С.
вт
(1.11)
Основной недостаток последовательной схемы заключается в том, что
наличие местных источников тепловых вторичных энергоресурсов не
разгружает теплопроводы, проложенные от основного теплоисточника по
расходу воды.
1.8.3 Принцип действия и практические приложения параллельной схемы использования вторичных энергоресурсов в централизованном теплоснабжении
Источник тепловых вторичных энергоресурсов включен в тепловую сеть
параллельно с основным теплоисточником, а не последовательно, и разгружает
его не только по теплоте, как при последовательной схеме, но и по расходу
теплоносителя. Следовательно, уменьшается расход воды в тепловой сети, а
значит, диаметр трубопроводов. Недостаток схемы - большое
недоиспользование тепловых вторичных энергоресурсов в течение
отопительного периода. Попытки уменьшить этот недостаток вызывают
значительные затруднения схемы и ее эксплуатации. Схема требует местного
обслуживания. На подогрев поступает обратная вода от системы отопления и
вентиляции данного объекта с наличием тепловых вторичных энергоресурсов в
количестве G
; если Gов< Gвт, то необходимое количество воды добавляется из
ов
70