Установка утилизации тепла дымовых газов

Н. Ф. Свиридов, Р. Н. Свиридов, Брянские тепловые сети,

И. Н. Ивуков, Б. Л. Терк, ООО «ВКТИстройдормаш-Проект»

В результате указанного внедрения получено следующее:

- дополнительные капитальные вложения на 1 Гкал/ч получаемого тепла более чем в 2 раза ниже в сравнении, если бы строилась новая котельная, и окупаются приблизительно за 0,6 года;

- ввиду того, что используемое оборудование чрезвычайно простое в обслуживании и используется бесплатный теплоноситель, т. е. дымовой газ (ДГ), ранее выбрасывавшийся в атмосферу, стоимость 1 Гкал тепла оказывается в 8–10 раз ниже стоимости тепла, вырабатываемого котельными;

- коэффициент полезного действия котлов повышен на 10%.

Так, все затраты в ценах марта 2002 года на внедрение первой УУТГ мощностью 1 Гкал тепла в час составили 830 тыс. руб., а ожидаемая экономия в год составит 1,5 млн руб.

Такие высокие технико-экономические показатели объяснимы.

Существует мнение, что коэффициент полезного действия лучших отечественных котлов тепловой мощностью от 0,5 МВт и выше достигает 93%. В действительности он не превышает 83% и вот почему.

Различают низшую и высшую теплоту сгорания топлива. Низшая теплота сгорания меньше высшей на то количество тепла, которое затрачивается на испарение воды, образующейся при сгорании топлива, а также влаги, содержащейся в нем. Пример для наиболее дешевого топлива – природного газа: в ДГ, образуемых при его сжигании, содержатся пары воды, занимающие в их объеме до 19%; высшая теплота его сгорания превышает низшую ориентировочно на 10%.

Для повышения работоспособности дымовых труб, через которые ДГ выбрасываются в атмосферу, необходимо, чтобы пары воды, находящиеся в ДГ, не начали конденсироваться в дымовых трубах при самых низких температурах окружающей среды.

В результате принято выбрасывать в атмосферу ДГ вместе с парами воды при температуре выше 100°С, а теплоту парообразования, т. к. она не используется в теплообменных процессах, считать паразитной. Поэтому длительное время для упрощения тепловых расчетов всевозможных термических печей, в том числе водяных и паровых котлов, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.

Проектами УУТГ реанимированы и улучшены давно забытые технические решения, направленные на утилизацию тепла ДГ.

УУТГ содержит контактный и пластинчатый теплообменники с двумя самостоятельными контурами оборотной и расходной воды.

Устройство и работа УУТГ ясны из приведенной на рисунке схемы и описания ее позиций.

В контактном теплообменнике в вертикальном противотоке движутся ДГ и распыленная оборотная вода, т. е. ДГ и вода напрямую контактируют друг с другом. Для поддержания равномерного распыления оборотной воды используются форсунки и специальная керамическая насадка.

Нагретая оборотная вода, перекачиваемая в своем водном контуре самостоятельным насосом, отдает тепло, приобретенное в контактном теплообменнике, расходной воде в пластинчатом теплообменнике.

Для требуемого охлаждения оборотной воды должна быть использована только холодная водопроводная вода, которая после нагрева в УУТГ доводится до кондиционной температуры в бойлерах существующих котельных и используется далее для горячего водоснабжения жилья.

В контактном теплообменнике охлажденные ДГ дополнительно проходят каплеуловитель и, потеряв в итоге более 70% влаги в виде конденсата паров воды, соединяются с частью горячих ДГ (10–20% от объема ДГ, отходящих от котла), направленных сразу от котла в дымовую трубу, образуя при этом смесь ДГ с низким влагосодержанием и с температурой, достаточной для прохождения дымовой трубы без конденсации остатка паров воды.

Объем оборотной воды непрерывно увеличивается за счет конденсата паров воды, находившихся в ДГ. Образуемый излишек автоматически сливается через вентиль с электромеханическим приводом и может с подготовкой использоваться в качестве дополнительной воды в отопительной системе котельной. Удельный расход сливаемой воды на 1 Гкал утилизированного тепла составляет около 1,2 т. Слив конденсата контролируется уровнемерами В и Н.

Описанный способ и оборудование утилизации тепла ДГ способны работать с чистыми от пыли продуктами сжигания топлива, имеющими не ограниченную по максимуму температуру. При этом чем выше будет температура дымового газа, тем до более высокой температуры будет нагреваться расходная вода. Более того, в этом случае есть возможность оборотную воду частично использовать на нагрев отопительной воды. Учитывая то, что контактный теплообменник одновременно работает как мокрый уловитель пыли, можно практически утилизировать тепло запыленных ДГ, очищая оборотную воду известными способами от пыли перед подачей ее в пластинчатый теплообменник. Есть возможность нейтрализовать оборотную воду, загрязненную химическими соединениями. Поэтому описанную УУТГ можно использовать для работы с ДГ, участвовавшими в технологических процессах при плавке (например, мартеновские, стекловаренные печи), при прокалке (например, кирпича, керамики), при нагреве (слитков перед прокаткой) и т. д.

К сожалению, в России отсутствуют стимулы, побуждающие заниматься энергосбережением.

Рисунок Схема установки утилизации тепла дымовых газов (УУТГ) 1 - контактный теплообменник; 2 - вентиль с электромеханическим приводом для автоматического слива излишка оборотной воды, образуемого при конденсации паров воды ДГ; 3 - бак накопительный для оборотной воды, нагретой утилизированным теплом ДГ; 4 - ДГ, отходящие от котла; 5 - часть ДГ, направляемая на утилизацию их тепла; 6 - труба дымовая; 7 - часть ДГ, продолжающая движение по существующему борову в дымовую трубу (6); 8 - задвижка, регулирующая расход части ДГ (5); 9 - задвижка, регулирующая расход части ДГ (7); 10 - охлажденная и осушенная часть ДГ, вышедшего из контактного теплообменника (1); 11 - смесь ДГ (7 и 10), имеющая перепад температур ДГ и его точки росы, равный 15–20°С; 12 - распылитель оборотной воды; 13 - насадка специальная с развитой поверхностью; 14 - декарбонизатор, в котором за счет продувки воздуха через оборотную воду из нее удаляется ранее растворенная двуокись углерода; 15 - продувочный воздух; 16 - каплеуловитель; 17 - система подачи холодной воды; 18 - оборотная вода, нагретая утилизированным теплом; 19 - насос для перекачки оборотной воды; 20 - пластинчатый теплообменник для передачи утилизированного тепла от оборотной воды расходной воде; 21 - охлажденная оборотная вода, направляемая в распылитель (12) и на слив ее излишка через вентиль с электромеханическим приводом (2); 22 - расходная вода, нагретая утилизированным теплом ДГ. В и Н – датчики верхнего и нижнего уровней оборотной воды в баке накопительном (3);