Розділ 6 підвищення ефективності роботи енергетичних установок. Використання вищої теплоти згоряння палива

6.1. Контактні теплообмінні апарати

Як відомо, всі теплові розрахунки промислових печей, опалювальних котлів та інших тепловикористовуючих установок ведуться за нижчою теплотою згоряння палива, іншими словами, при розрахунку не враховується прихована теплота конденсації водяної пари, яку несуть в собі продукти згоряння палива. Температура вихідних газів більшості типів теплотехнічного обладнання, що розраховується з урахуванням нижчої теплоти згоряння, приймається в межах 150 ... 160 , а то і вище. При установці рекуперативних і регенеративних теплообмінних апаратів приймати температуру нижче вказаної межі невигідно, оскільки подальше зниження температури продуктів згоряння збільшує громіздкість і вартість теплоутилізаційного обладнання.

Однак якщо баланс теплоти зводити з вищої теплоти згоряння палива, тобто з огляду на приховану теплоту конденсації водяної пари, що містяться у відхідних газах (ця теплота становить близько 4190 / спалюваного природного газу, тобто 10 ... 12%), то втрати теплоти з цими газами складуть в сучасних котлоагрегатах більше 18%, а в промислових печах - близько 50%. Втрата теплоти з відхідним сушильним агентом в сушильних установках лежить на рівні втрат промислових печей внаслідок високого вмісту вологи.

Утилізація теплоти відхідних газів різними установками через поверхні теплопередачі не повною мірою відповідає сучасним вимогам максимально ефективного використання палива. Особливо це відноситься до сушильних установок, з яких продукти згоряння виходять з порівняно низькою температурою (порядку 100), але з дуже високим вологовмістом (близьким до 100%), в результаті чого ентальпія цих продуктів іноді знаходиться на рівні ентальпії відхідних з промислових печей газів з температурою 800 ... 1000.

Температура вихідних газів за котлами-утилізаторами промислових печей становить 200 ... 300, за опалювальними котлами 200 ... 250, а за котлами промислових і комунальних підприємств, не обладнаних економайзерами, ще вище. Знижувати цю температуру нижче 120 за допомогою поверхневих утилізаторів теплоти економічно невигідно, тому що значно збільшуються металоємність, розмір і вартість теплообмінного обладнання. У результаті прихована теплота пароутворення всеодно не використовується, оскільки для цього необхідно знизити температуру відхідних газів до 50 ... 60.

Природний газ при використанні утилізаторів по ряду своїх властивостей вигідно відрізняється від усіх інших видів палив. По-перше, газ переважної більшості газових родовищ характеризується відсутністю сірки, що в порівнянні з твердим і рідким паливом забезпечує відсутність низькотемпературної сірчанокислої корозії металу. По-друге, продукти згоряння не містять будь-яких забруднюючих твердих частинок. По-третє, ці продукти містять порівняно багато водяної пари. Наведені особливості природного газу і продуктів його згорання дають можливість застосовувати контактні теплообмінники, які забезпечують досить глибоке охолодження відхідних газів (до 40) і конденсацію 70 ... 80% наявної в них водяної пари.

Застосування природного газу допускає пряме використання нагрітої контактним способом води. Підвищення ККД установок теоретично на 11 ... 12%, а практично на 8 ... 9% тільки за рахунок конденсації водяної пари видається цілком достатнім для широкого практичного застосування контактних водонагрівачів на газовому паливі.

Як відомо, у поверхневих теплообмінниках при застосуванні протитоку воду можна нагрівати до температури, близької до початкової температури газів, що відходять, а в контактних водяних економайзерах - лише до так званої температури мокрого термометра . Ця температура становить 70 ... 75 для економайзерів, встановлюваних після промислових печей, при температурі газів за ними порядку 500 і тиску газів, близькому до атмосферного; 65 ... 70 - для економайзерів, які встановлюються безпосередньо після промислових котлів, при температурі газів за ними 350 ... 300 ; 50 ... 60 - для контактних економайзерів, встановлюваних за хвостовими поверхнями нагріву енергетичних і великих промислових котельних агрегатів, тобто при температурі газів на вході в контактний економайзер 120 ... 140.

У процесі теплообміну з гріючими газами, що відходять, відбувається випаровування води при її температурі вище точки роси після досягнення водою постійної температури . При нагріванні води до температури < парціальний тиск водяної пари в газах вищий, ніж біля поверхні води, тому на вході газів, що відходять в контактну камеру починається конденсація водяної пари, яка міститься в продуктах згоряння, і, отже, їх осушення.

Осушення газів, що відходять, тим інтенсивніше і глибше, чим нижча початкова температура води і більша її кількість, що припадає на 1 кг газів. У будь-якому випадку в контактних економайзерах відбувається одночасно «сухий» і «мокрий» теплообмін, тобто. теплообмін без зміни і із зміною агрегатного стану води в залежності від характеру процесу.

Застосування контактних водонагрівачів повністю залежить від відповідності якості нагрітої води вимогам до неї згідно з напрямками використання.