Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей. Котел утилизатор дымовых газов

ТМ МАШ. Системы утилизации тепла (СУТ). Когенерация.

ООО «ТМ МАШ» производит системы утилизации (когенерации) тепла дизель-генераторных установок (ДГУ, ДЭС), газопоршневых установок (ГПУ, ГПА, ГПГУ) и газотурбинных установок (ГТД). Система утилизации тепла для газовых или дизельных генераторных станций – комплекс тепломеханического оборудования и устройств, которые позволяют утилизировать тепловую энергию ряда ГПУ или ДГУ, объединять потоки теплоносителя в сборном тепловом пункте и выдавать тепло потребителю.

Фактическая оценка эффективности утилизации тепла: Расчет окупаемости СУТ

 — 

 — 

Основным элементом системы утилизации тепла (СУТ) является тепловой модуль (ТМ), также называемый блоком или модулем утилизации тепла (БУТ). Именно тепловой модуль утилизирует тепло от каждой электростанции, которое объединяется с теплом от других тепловых модулей и через сборный тепловой пункт выдается потребителю. Данная система и является системой утилизации тепла. Объединение СУТ с системой охлаждения ДГУ и ГПУ (радиаторы охлаждения, они же сухие градирни, насосы и прочая обвязка) дает законченную тепломеханическую систему объекта.

Примеры упрощенных тепловых схем:

ТМ позволяет в значительной степени повысить суммарный КПД — коэффициент полезного действия (коэффициент использования топлива) теплоэлектроагрегата, доведя его значение до 85-90%. Таким образом, основной задачей системы утилизации тепла является экономия затрат на выработку тепла, соответственно, внедрение СУТ в полной мере является энергосберегающей технологией. С примером расчета окупаемости системы утилизации тепла можно ознакомиться на этой странице.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) тепловая энергия утилизируется в ТМ следующим образом:

• Утилизатор тепла антифриза (УТА) снимает тепло антифриза двигателя – вместо охлаждения антифриза на радиаторе охлаждения (сухая градирня) антифриз отдает свою тепловую энергию на нагрев воды потребителя. УТА представляет собой теплообменник кожухотрубчатого или пластинчатого типа, работающий по схеме «вода/антифриз» либо «антифриз/антифриз» (смотря какой сетевой теплоноситель используется у заказчика).
• Утилизатор тепла дымовых (отходящих) газов (УТГ) снимает тепло с  уходящих выхлопных газов двигателя: температура уходящих дымовых газов на выходе из двигателя составляет порядка 450-550 °С, температура газов на выходе из УТГ составляет 120–180 °С. Данное понижение температуры позволяет обеспечить существенный нагрев воды потребителя. УТГ – кожухотрубчатый теплообменник, работающий по схеме «вода/дымовые газы» либо «антифриз/дымовые газы».

Общая величина утилизируемой тепловой энергии сопоставима с вырабатываемой электроэнергией – в среднем на 100% кВт полученной электроэнергии вырабатывается 110%-130% кВт тепла.

В случае, если генератором электрической энергии является турбинная установка, в состав теплового модуля входит только утилизатор тепла дымовых газов. Тепловая мощность УТГ определяется параметрами турбины, но обычно составляет от 120% до 145% от вырабатываемой электрической энергии.

Опросный лист для заказа теплового модуля (скачать)

Расчет требуемого расхода сетевого теплоносителя:

Варианты исполнения

Утилизировать тепло можно как отдельно с контуров антифриза либо выхлопных газов, так и с обоих контуров одновременно. Таким образом, получаются следующие варианты исполнения тепловых модулей:

• Тепловой модуль в полной заводской готовности (ТМ). Состоит из двух утилизационных теплообменников, переключателя потока газов, байпасного трубопровода, трубопроводной обвязки, рамного основания, комплекта КИПиА, шкафа автоматического управления (ШАУ ТМ).
• Тепловой модуль утилизации тепла выхлопных газов (ТМВГ). Состоит из утилизатора тепла выхлопных газов (УТГ), переключателя потоков газа с электроприводом, рамного основания, байпасной линии газовыхлопа и комплекта КИПиА.
• Тепловой модуль утилизации тепла антифриза (ТМВВ). Включает в себя утилизатор тепла антифриза (УТА), трубопроводную обвязку, трехходовые клапаны и ШАУ ТМ (при необходимости). В тепловых модулях, утилизирующие тепло по обоим контурам, ТМВГ и ТМВВ могут располагаться как на едино раме, так и раздельно, например ТМВВ внутри контейнера, а ТМВГ на крыше, либо на разных этажах здания энергоцентра. При заказе ТМВГ либо ТМВВ в комплект поставки могут быть включены соответствующие усеченные шкафы управления.

Комплектация

Традиционно тепловой модуль в полной заводской готовности включает в себя:

Дополнительно в комплект поставки блока утилизации тепла может входить:

• Насосы прокачки антифриза и сетевой воды
• Защитный кожух для установки ТМ на улице / крыше контейнера
• Система утилизации низкопотенциального тепла
• Сетевой теплообменник
• Низкошумный глушитель
• Дымовая труба

Конструктивные особенности и преимущества наших ТМ

• Теплообменные трубки из нержавеющей стали 12х18н10т увеличивают долговечность изделия
• Жаротрубное исполнение котлов-утилизаторов позволяет легко очищать трубки от загрязнения, конструкция жаротрубного теплообменника более компактна.
• Компенсатор на кожухе УТГ защищает теплообменник от повреждений в случае аварийного нарушения условий эксплуатации
• Возможность изготовления утилизаторов выхлопных газов с пониженным уровнем аэродинамического сопротивления (до 2 кПа)
• Кожухотрубное исполнение УТА облегчает его ремонт и очистку в условиях низкой транспортной доступности (нет необходимости заменять прокладки между пластинами)
• На этапе согласования с заказчиком компоновки наших тепловых модулей мы согласовываем монтажные, присоединительные и габаритные параметры тепловых модулей, что обеспечивает удобных подвод сетевой воды, антифриза и дымовых газов
• Тепловые модули изготавливаются на рабочее давление жидких сред – 0,6МПа.
• Все тепловые модули в сборе, а также и по отдельным узлам проходят обязательные гидравлические испытания на нашем производстве. Испытательное давление – 0,8 МПа
• Мы можем изготавливать модули на давление до 4 МПа
• Помощь в проектировании и подборе смежных систем и оборудования
• Гибкий подход к требованиям и пожеланиям заказчика

Система утилизация тепла «ТМ МАШ». Примеры:

ООО «ТМ МАШ» изготовило СУТ практически для всех ДГУ и ГПУ, которые представлены в России. Ниже приведены примеры различных вариантов построения когенерационных модулей:

Дополнительная информация

Задать вопрос

tmmash.ru

Утилизаторы дымовых газов / Газмоторсервис

ООО “Газмоторсервис” предлагает утилизаторы выхлопных газов после газопоршневых двигателей внутреннего сгорания. Реализация принципа когенерации предполагает утилизацию тепла дымовых газов с помощью:

• Теплообменников выхлопных газов, позволяющих использовать тепло дымовых газов для нагрева воды например при графике 70/90С
• Масляных теплообменников, позволяющих использовать тепло дымовых газов для нагрева термального масла
• Паровых котлов-утилизаторов, позволяющих использовать тепло дымовых газов для получения пара от 1 до 25 бар

Мы предлагаем как теплообменники выхлопных газов, так и паровые котлы-утилизаторы от ведущих производителей теплообменников в Германии.

Такие утилизаторы производятся исключительно на заказ под каждый конкретный двигатель (например, MWM+Caterpillar, GE Jenbacher, MTU, Wärtsila, …),  с учетом топливного газа, на котором предполагается его работа. 

Теплообменники выхлопных газов используются для повышения КПД стационарных двигателей. Из выхлопных газов отбирается тепловая энергия, которая подается на  вторичную среду. В качестве вторичной среды используется, как правило, вода, смесь воды с гликолем или термомасло. Тем самым, тепло выхлопных газов не  пропадает, а используется для дополнительных целей. Такие теплообменники применяются в мини ТЭЦ, абсорбционных холодильных машинах (АХМ) или в других промышленных установках.

Предлагаемые теплообменники утилизируют тепло выхлопных газов двигателей, предназначенных для работы на природном газе, биогазе, газе сточных вод, других газах, отличных от природного, дизельном топливе. Выбор материалов каналов выхлопных газов, труб и трубных решеток зависит от используемого топлива и применения.

Парметры для утилизаторов дымовых газов:

• Допустимое противодавление 5 мбар, расход дымовых газов до 25 000 кг/час
• Допустимое противодавление 10 мбар, расход дымовых газов до 55 000 кг/час

Максимальный расход дымовых газов в предлагаемом нами оборудовании составляет 150 000 кг/час.

Дополнительная комплектация для теплообменников выхлопных газов включает в себя:

• Cистемы байпасов выхлопных газов для отвода выхлопных газов мимо теплообменника в то время, когда нет необходимости в утилизации тепла
• Дополнительная изоляция
• Модули утилизации тепла двигателей на единой раме (вкл. пластинчатые теплообменники, насосы, расширительные баки, запорную арматуру и т.д.)
• Утройства безопасности

Для выхлопных газов, сильно загрязняющих окружающую среду, мы предлагаем системы очистки для улучшения производительности теплообменника выхлопных газов, что также приведет к снижению затрат на  обслуживание. Для исполнения для установки на открытом воздухе мы можем поставить системы в контейнере.

gasmotorservice.ru

Устройство утилизации тепла дымовых газов и способ его работы

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение на любом предприятии, эксплуатирующем котлы на углеводородном топливе. Задачей изобретения является повышение эффективности использования низкопотенциального тепла конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Устройство утилизации тепла дымовых газов содержит газо-газовый поверхностный пластинчатый теплообменник, в котором охлаждаются исходные дымовые газы, нагревая противотоком осушенные дымовые газы. Охлажденные влажные дымовые газы подаются в газовоздушный поверхностный пластинчатый теплообменник-конденсатор, где конденсируются содержащиеся в дымовых газах водяные пары, нагревая воздух. Нагретый воздух используется для отопления помещений и покрытия потребности процесса горения газа в котле. Конденсат после дополнительной обработки используется для восполнения потерь в теплосети или паротурбинном цикле. Осушенные дымовые газы подаются дополнительным дымососом в описанный выше подогреватель, где нагреваются для предотвращения возможной конденсации водяных паров в газоходах и дымовой трубе и направляются в дымовую трубу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение на любом предприятии, эксплуатирующем котлы на углеводородном топливе.

Известна котельная установка, содержащая контактный водонагреватель, подключенный на входе к отводящему газоходу котла, а на выходе через газоотводящий канал, снабженный дымососом к дымовой трубе, и воздухоподогреватель с греющим и воздушным трактами (Авторское свидетельство СССР №1086296, F22B 1/18 от 15.04.1984).

Установка работает следующим образом. Основная часть газов из котла поступает в отводящий газоход, а остальное количество газов - в греющий тракт. Из отводящего газохода газы направляются в контактный водонагреватель, где происходит конденсация водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Затем газы проходят через каплеулавливатель и поступают в газоотводящий канал. Наружный воздух поступает в воздухоподогреватель, где нагревается газами, идущими по греющему тракту, и направляется в газоотводящий канал, где смешивается с охлажденными газами и уменьшает влагосодержание последних.

Недостатки. Неприемлемое качество подогретой воды для ее использования в системе отопления. Использование подогретого воздуха только для подачи в дымовую трубу с целью предотвращения конденсации водяных паров. Низкая степень утилизации тепла уходящих газов, так как ставилась основная задача - осушение дымовых газов и снижение температуры точки росы.

Известны серийно выпускаемые Костромским калориферным заводом калориферы типа КСк (Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 139, стр.33), состоящие из газоводяного поверхностного теплоутилизатора, поверхность теплообмена которого выполнена из оребренных биметаллических трубок, сетчатого фильтра, распределительного клапана, каплеуловителя и гидропневматического обдувочного устройства.

Калориферы типа КСк работают следующим образом. Дымовые газы попадают на распределительный клапан, который делит их на два потока, основной поток газа направляется через сетчатый фильтр в теплоутилизатор, второй - по обводной линии газохода. В теплоутилизаторе водяные пары, содержащиеся в дымовых газах, конденсируются на оребренных трубках, нагревая текущую в них воду. Образующийся конденсат собирается в поддоне и подается насосами в схему подпитки теплосети. Нагретая в теплоутилизаторе вода подается потребителю. На выходе из теплоутилизатора осушенные дымовые газы смешиваются с исходными дымовыми газами из обводной линии газохода и направляются через дымосос в дымовую трубу.

Недостатки. Для работы теплоутилизатора в режиме конденсации всей его конвективной части требуется, чтобы температура нагрева воды в конвективном пакете не превышала 50°С. Для использования такой воды в системах отопления ее нужно дополнительно догревать.

Для предотвращения конденсации остаточных водяных паров дымовых газов в газоходах и дымовой трубе часть исходных газов через обводной канал подмешиваются к осушенным дымовым газам, повышая их температуру. При таком подмесе увеличивается и содержание водяных паров в уходящих дымовых газах, снижая эффективность утилизации тепла.

Известна установка для утилизации тепла дымовых газов (патент РФ №2193727, F22B 1/18, F24H 1/10 от 20.04.2001), содержащая установленные в газоходе ороситель с раздающими соплами, утилизационный теплообменник и теплообменник промежуточного теплоносителя, нагреваемый тракт которого на входе подключен к влагосборнику. Ороситель расположен перед указанными теплообменниками, установленными один напротив другого на одинаковом расстоянии от оросителя, сопла которого направлены в противоположную по отношению к теплообменникам сторону. Установка дополнительно снабжена установленным в газоходе и расположенным над оросителем теплообменником догрева орошающей воды, нагреваемый тракт которого на входе подключен к теплообменнику промежуточного теплоносителя, а на выходе - к оросителю. Все теплообменники являются поверхностными, трубчатыми. Трубки могут быть оребренными, для увеличения поверхности нагрева.

Известен способ работы этой установки (патент РФ №2193728, F22B 1/18, F24H 1/10 от 20.04.2001), по которому проходящие по газоходу дымовые газы охлаждают ниже точки росы и удаляют из установки. В установке нагревают воду в утилизационном теплообменнике и отводят потребителю. Наружную поверхность утилизационного теплообменника орошают промежуточным теплоносителем - водой из оросителя с раздающими соплами, направленными навстречу потоку газов. При этом промежуточный теплоноситель предварительно подогревают в теплообменнике, установленном в газоходе напротив утилизационного теплообменника и на таком же расстоянии от оросителя, что и утилизационный теплообменник. Затем промежуточный теплоноситель подают в установленный в газоходе и расположенный над оросителем теплообменник догрева орошающей воды, догревают до необходимой температуры и направляют в ороситель.

В установке протекают два независимых дуг от друга потока воды: чистой, подогреваемой через теплопередающую поверхность, и орошающей, нагреваемой в результате непосредственного контакта с уходящими газами. Чистый поток воды протекает внутри трубок и отделен стенками от загрязненного потока орошающей воды. Пучок трубок выполняет функцию насадки, предназначенной для создания развитой поверхности контакта орошающей воды и уходящих газов. Наружная поверхность насадки омывается газами и орошающей водой, что интенсифицирует теплообмен в аппарате. Теплота уходящих газов передается воде, протекающей внутри трубок активной насадки, двумя путями: 1) за счет непосредственной передачи теплоты газов и орошающей воды; 2) за счет конденсации на поверхности насадки части водяных паров, содержащихся в газах.

Недостатки. Конечная температура нагреваемой воды на выходе из насадки ограничена температурой мокрого термометра газов. При сжигании природного газа с коэффициентом избытка воздуха 1,0-1,5 температура мокрого термометра уходящих газов составляет 55-65°С. Такая температура не достаточна для использования этой воды в системе отопления.

Из аппарата дымовые газы выходят с относительной влажностью 95-100%, что не исключает возможности конденсации водяных паров из газов в газоотводящем тракте после нее.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является теплоутилизатор (патент РФ №2323384, F22B 1/18 от 30.08.2006), содержащий контактный теплообменник, каплеуловитель, газо-газовый теплообменник, включенный по схеме прямотока, газоходы, трубопроводы, насос, датчики температуры, клапаны-регуляторы. По ходу оборотной воды контактного теплообменника последовательно расположены водо-водяной теплообменник и водовоздушный теплообменник с обводным каналом по ходу воздуха.

Способ работы теплоутилизатора. Уходящие газы по газоходу поступают на вход газо-газового теплообменника, последовательно проходя три его секции, затем на вход контактного теплообменника, где, проходя через насадку, омываемую оборотной водой, охлаждаются ниже точки росы, отдавая явное и скрытое тепло оборотной воде. Далее охлажденные и влажные газы освобождаются от большей части унесенной потоком жидкой воды в каплеуловителе, нагреваются и подсушиваются, по меньшей мере, в одной секции газо-газового теплообменника, дымососом направляются в трубу и выбрасываются в атмосферу. Одновременно нагретая оборотная вода из поддона контактного теплообменника насосом подается в водо-водяной теплообменник, где нагревает холодную воду из трубопровода. Нагретая в теплообменнике вода поступает на нужды технологического и бытового горячего водоснабжения или в низкотемпературный отопительный контур.

Далее оборотная вода поступает в водовоздушный теплообменник, нагревает, по меньшей мере, часть дутьевого воздуха, поступающего из-за пределов помещения по воздуховоду, охлаждаясь до минимально возможной температуры, и поступает в контактный теплообменник через водораспределитель, где отбирает тепло от газов, попутно промывая их от взвешенных частиц, и поглощает часть оксидов азота и серы. Нагретый воздух из теплообменника дутьевым вентилятором подается в штатный воздухоподогреватель или непосредственно в топку. Оборотная вода по необходимости фильтруется и обрабатывается известными способами.

Недостатками данного прототипа являются.

Необходимость системы регулирования вследствие использования утилизируемого тепла для целей горячего водоснабжения из-за непостоянства суточного графика потребления горячей воды.

Нагретая в теплообменнике вода, поступающая на нужды горячего водоснабжения или в низкотемпературный отопительный контур, требует ее доведения до необходимой температуры, так как не может быть нагрета в теплообменнике выше температуры воды оборотного контура, которая определяется температурой насыщения водяных паров в дымовых газах. Низкий нагрев воздуха в водовоздушном теплообменнике не позволяет использовать этот воздух для отопления помещений.

Поставлена задача - упрощение технологии утилизации тепла и повышение эффективности использования низкопотенциального тепла конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах.

Эта задача решена следующим способом.

Предложено устройство утилизации тепла дымовых газов, содержащее газо-газовый теплообменник, конденсатор, инерционный каплеуловитель газоходы, воздуховоды, вентиляторы и трубопровод, отличающееся тем, что газо-газовый поверхностный пластинчатый теплообменник выполнен по схеме противотока, в качестве конденсатора установлен поверхностный газовоздушный пластинчатый теплообменник, в газоходе холодных осушенных дымовых газов установлен дополнительный дымосос, перед дополнительным дымососом врезан газоход подмеса части подогретых осушенных дымовых газов.

Предложен также способ работы устройства утилизации тепла дымовых газов, по которому дымовые газы охлаждают в газо-газовом теплообменнике, нагревая осушенные дымовые газы, конденсируют водяные пары, содержащиеся в дымовых газах в конденсаторе, нагревают часть дутьевого воздуха, отличающийся тем, что в газо-газовом теплообменнике нагревают осушенные дымовые газы за счет охлаждения исходных дымовых газов по схеме противотока без регулирования расхода газов, конденсируют водяные пары в поверхностном газовоздушном пластинчатом теплообменнике-конденсаторе, нагревая воздух и используют нагретый воздух для отопления и покрытия потребности процесса горения, а конденсат после дополнительной обработки используют для восполнения потерь в теплосети или паротурбинном цикле, в газоходе холодных осушенных дымовых газов компенсируют аэродинамическое сопротивление газового тракта дополнительным дымососом, перед которым подмешивают часть подогретых осушенных дымовых газов, исключая конденсацию остаточных водяных паров, уносимых потоком из конденсатора, регулирование температуры нагретого воздуха осуществляют при помощи изменения числа оборотов дымососа в зависимости от температуры наружного воздуха.

Исходные дымовые газы охлаждают в газо-газовом поверхностном пластинчатом теплообменнике, нагревая осушенные дымовые газы.

Отличием является применение поверхностного пластинчатого теплообменника без каких-либо органов регулирования расхода газов, где греющая среда (весь объем влажных дымовых газов) и нагреваемая среда (весь объем осушенных дымовых газов) движутся противотоком. При этом происходит более глубокое охлаждение влажных дымовых газов до температуры, близкой к точке росы водяных паров.

Далее конденсируют содержащиеся в дымовых газах водяные пары в газовоздушном поверхностном пластинчатом теплообменнике-конденсаторе, нагревая воздух. Нагретый воздух используют для отопления помещений и покрытия потребности процесса горения. Конденсат после дополнительной обработки используют для восполнения потерь в теплосети или паротурбинном цикле.

Отличием предлагаемого способа является то, что нагреваемой средой является холодный воздух, подаваемый вентиляторами из окружающей среды. Воздух нагревается на 30-50°С, например от -15 до 33°С. Использование воздуха с отрицательной температурой в качестве охлаждающей среды позволяет существенно увеличить температурный напор в конденсаторе при использовании противотока. Воздух, нагретый до 28-33°С, пригоден для целей отопления помещений и подачи в котел для обеспечения процесса горения природного газа. Тепловой расчет схемы показывает, что расход подогретого воздуха в 6-7 раз превосходит расход исходных дымовых газов, что позволяет полностью покрыть потребность котла, отапливать цех и другие помещения предприятия, а также подать часть воздуха в дымовую трубу для снижения температуры точки росы или стороннему потребителю.

Аэродинамическое сопротивление газового тракта в газоходе холодных осушенных дымовых газов компенсируют дополнительным дымососом. Для исключения конденсации остаточных водяных паров, уносимых потоком из конденсатора, перед дополнительным дымососом подмешивают часть подогретых осушенных дымовых газов (до 10%). Регулирование температуры нагреваемого воздуха осуществляют изменением расхода осушаемых дымовых газов, при помощи регулирования числа оборотов дымососа в зависимости от температуры наружного воздуха.

Осушенные дымовые газы подаются дымососом в описанный выше подогреватель, где нагреваются для предотвращения возможной конденсации водяных паров в газоходах и дымовой трубе и направляются в дымовую трубу.

Устройство утилизации тепла дымовых газов, изображенное на чертеже, содержит газоход 1, соединенный с теплообменником 2, который через газоход 3 соединен с конденсатором 4. Конденсатор 4 имеет инерционный каплеуловитель 5 и соединен с трубопроводом отвода конденсата 6. Вентилятор 7 соединен воздуховодом холодного воздуха 8 с конденсатором 4. Конденсатор 4 соединен воздуховодом 9 с потребителем тепла. Газоход осушенных дымовых газов 10 через дымосос 11 соединен с теплообменником 2. Газоход сухих подогретых дымовых газов 12 соединен с теплообменником 2 и направлен в дымовую трубу. Газоход 12 соединен с газоходом 10 дополнительным газоходом 13, который содержит заслонку 14.

Теплообменник 2 и конденсатор 4 представляют собой поверхностные пластинчатые теплообменники, выполненные из унифицированных модульных пакетов, которые скомпонованы таким образом, чтобы движение теплоносителей осуществлялось противотоком. В зависимости от объема осушаемых дымовых газов, подогреватель и конденсатор формируются из рассчитываемого количества пакетов. Блок 7 формируется из нескольких вентиляторов для изменения расхода подогреваемого воздуха. Конденсатор 4 на выходе осушенных дымовых газов имеет инерционный каплеуловитель 5, выполненный в виде вертикальных жалюзей, за которым врезан газоход 10. На газоходе 13 установлена заслонка 14 для первоначальной настройки температурного запаса, предотвращающего конденсацию остаточных водяных паров в дымососе 11.

Способ работы устройства утилизации тепла дымовых газов.

Влажные дымовые газы по газоходу 1 поступают в теплообменник 2, где их температура снижается до температуры, близкой к точке росы. Охлажденные дымовые газы по газоходу 3 попадают в конденсатор 4, где конденсируются содержащиеся в них водяные пары. Конденсат отводится по трубопроводу 6 и после дополнительной обработки используется для восполнения потерь в теплосети или паротурбинном цикле. Теплота конденсации используется для подогрева холодного воздуха, который подается вентиляторами 7 из окружающей среды. Нагретый воздух 9 направляется в производственное помещение котельной, для его вентиляции и отопления. Из этого помещения воздух подается в котел, для обеспечения процесса горения. Осушенные дымовые газы 10 проходят через инерционный каплеуловитель 5, дымососом 11 подаются в теплообменник 2, где нагреваются и направляются в дымовую трубу 12. Нагрев осушенных дымовых газов необходим для предотвращения конденсации остаточных водяных паров в газоходах и дымовой трубе. Для предотвращения выпадения капель влаги в дымососе 11, уносимых осушенным потоком дымовых газов из конденсатора, часть нагретых сухих дымовых газов (до одной десятой части) из газохода 12 по газоходу 13 подается в газоход 10, где происходит испарение уносимой влаги.

Регулирование температуры нагретого воздуха осуществляют изменением расхода осушаемых дымовых газов при помощи изменения числа оборотов дымососа 11 в зависимости от температуры наружного воздуха. При снижении расхода влажных дымовых газов уменьшается аэродинамическое сопротивление газового тракта устройства, что компенсируется снижением числа оборотов дымососа 11. Дымосос 11 обеспечивает разницу давлений дымовых газов и воздуха в конденсаторе с целью предотвращения попадания дымовых газов в подогреваемый воздух.

Поверочный расчет показывает, что для котла на природном газе мощностью 6 МВт, при расходе влажных дымовых газов 1 м3/с с температурой 130°С, воздух нагревается от -15 до 30°С, при его расходе 7 м3/с. Расход конденсата 0,13 кг/с, температура осушенных дымовых газов на выходе из подогревателя 86°С. Тепловая мощность такого устройства 400 кВт. Общая площадь поверхности теплообмена 310 м2. Температура точки росы водяных паров в дымовых газах снижается с 55 до 10°С. КПД котла увеличивается на 1% только за счет подогрева холодного воздуха в количестве 0,9 м3/с, требуемого для горения природного газа. При этом, на подогрев этого воздуха приходится 51 кВт мощности устройства, а остальное тепло используется для воздушного отопления помещений. Результаты расчетов работы такого устройства при различных температурах наружного воздуха приведены в таблице 1.

В таблице 2 приведены результаты расчета вариантов исполнения устройства на другие расходы осушаемых дымовых газов, при температуре наружного воздуха -15°С.

1. Устройство утилизации тепла дымовых газов, содержащее газо-газовый теплообменник, конденсатор, инерционный каплеуловитель, газоходы, воздуховоды, вентиляторы и трубопровод, отличающееся тем, что газо-газовый поверхностный пластинчатый теплообменник выполнен по схеме противотока, в качестве конденсатора установлен поверхностный газо-воздушный пластинчатый теплообменник, в газоходе холодных осушенных дымовых газов установлен дополнительный дымосос, перед дополнительным дымососом врезан газоход подмеса части подогретых осушенных дымовых газов.

2. Способ работы устройства утилизации тепла дымовых газов, по которому дымовые газы охлаждают в газо-газовом теплообменнике, нагревая осушенные дымовые газы, конденсируют водяные пары, содержащиеся в дымовых газах в конденсаторе, нагревают часть дутьевого воздуха, отличающийся тем, что в газо-газовом теплообменнике нагревают осушенные дымовые газы за счет охлаждения исходных дымовых газов по схеме противотока без регулирования расхода газов, конденсируют водяные пары в поверхностном газовоздушном пластинчатом теплообменнике-конденсаторе, нагревая воздух и используют нагретый воздух для отопления и покрытия потребности процесса горения, а конденсат после дополнительной обработки используют для восполнения потерь в теплосети или паротурбинном цикле, в газоходе холодных осушенных дымовых газов компенсируют аэродинамическое сопротивление газового тракта дополнительным дымососом, перед которым подмешивают часть подогретых осушенных дымовых газов, исключая конденсацию остаточных водяных паров, уносимых потоком из конденсатора, регулирование температуры нагретого воздуха осуществляют при помощи изменения числа оборотов дымососа в зависимости от температуры наружного воздуха.

www.findpatent.ru

Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей

Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей содержит котел-утилизатор, теплообменники обратных потоков, контактный реактор восстановления, холодильники, компрессоры, контактные реакторы синтеза, сепараторы, отличающаяся тем, что в схему включен котел-утилизатор использующий теплоту реакции после ректоров синтеза. А также для эффективного протекания химической реакции синтеза, предложено использование контактного (трубчатого) реактора с двойными теплообменными трубками. Газовая смесь поступающая в контактный реактор, проходит по внутренним трубам и затем по кольцевому пространству между внутренними и внешними теплообменными трубками. При этом газовая смесь подогревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу, и затем входит в слой катализатора. В аппарате с двойными теплообменными трубками распределение интенсивности отвода теплоты и распределение температур по высоте слоя катализатора ближе к оптимальным условиям. Теплообмен в таком аппарате производится между катализатором и «холодным», еще не прореагировавшим газом. Катализатор находится в трубах, омываемых «холодным» газом, или в межтрубном пространстве. При проведении процесса в трубчатом реакторе существует возможность отвода теплоты непосредственно из реакционной зоны. Технические результаты изобретения: 1) повышение эффективности использования уходящих дымовых газов; 2) полезное использование теплоты реакции после реакторов синтеза; 3) повышение эффективности процесса катализа исходной газовой смеси; 4) снижение энергетических затрат на нужды производства.

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к устройствам для утилизации уходящих газов высокотемпературных промышленных установок, защиты окружающей среды от вредных веществ и может быть использована для энергосбережения крупных нефтехимических объектов. Предложенная система позволяет повысить энергетическую эффективность теплотехнологических установок максимально возможным использованием тепловых отходов, в первую очередь использованием теплоты отходящих газов и их химического состава.

Известен способ комплексного использования уходящих дымовых газов в котельной установке [см. патент RU 2043573 С1 МПК6 F23J 15/00, RU 2056588 С1 МПК6 F23J 15/00]. Котельная установка включает котел и последовательно установленные в тракте уходящих дымовых газов котла дополнительный трубчатый воздухоподогреватель, основной трубчатый воздухоподогреватель, электрофильтр-золоуловитель, устройство для очистки дымовых газов от оксидов серы, дымосос и дымовую трубу. Уходящие из котла дымовые газы охлаждаются в дополнительном трубчатом воздухоподогревателе, а затем доохлаждаются в основном трубчатом воздухоподогревателе. Охлажденные уходящие газы очищаются в электрофильтре-золоуловителе. Дымовые газы после очистки выходят глубоко охлажденными и влажными, так что необходима их подсушка и подогрев перед сбросом в дымовую трубу. Подсушка и подогрев уходящих газов осуществляется путем смешения их с небольшим количеством высокоподогретого дополнительного воздуха. Подсушенные и подогретые этим горячим воздухом дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

Достоинством изобретения является очистка дымовых газов от оксидов серы в электрофильтре.

Недостатком этой системы является высокая стоимость технологии и недостаточная эффективность использования физико-химического состава уходящих газов.

Целью изобретения является полное использование физико-химического состава уходящих дымовых газов, при одновременном снижении энергозатрат на собственные производственные нужды и снижения выбросов вредных газообразных веществ.

Система заключается в создании экологически чистой технологии утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей.

Параметры отходящих дымовых газов: температура ДГ: 200°С; расход газов: 5,7 кг/с; плотность газов: 0,56 кг/м3; состав дымовых газов: СО - 18,8%; h3 - 25,6%; СО: - 26%; Ch5 - 2,4%; H 2O - 5,92%; N2 - 12%.

Система утилизации отходящих дымовых газов включает: печь - 1; котел - утилизатор 2; 3, 6 - теплообменники обратных потоков; 4 - контактный реактор восстановления; 5, 9, 14 - холодильники; 7, 11 - компрессоры; 8, 13 - контактные реакторы синтеза; 10, 15 - сепараторы; 12 - теплообменник (фиг.1).

Отходящие газы трубчатой печи 1 поступают во входную камеру котла-утилизатора 2. В верхней части барабана котла-утилизатора расположено сепарационное устройство, представляющее собой пароприемный короб и дырчатые листы. Пароперегреватель змеевикового типа расположен горизонтально и выполнен из труб диаметром 32 мм и толщиной 3 мм. Питательная вода поступает в барабан котла через паропровод и подводится к пароперегревателю, при этом вырабатывая энергоресурс в виде пара 1,4 MПа. Эти котлы не требуют дополнительной обмуровки, характеризуются высокой газоплотностью, простотой изготовления, монтажа, обслуживания и пониженными требованиями к питательной воде. К основным недостаткам можно отнести низкий коэффициент использования теплоты отходящих газов.

После охлажденные дымовые газы поступают в рекуперативный теплообменник 3, откуда далее поступают в контактный реактор восстановления 4, где на катализаторной насадке происходит процесс восстановления СО2 в СО, содержащийся в отходящих дымовых газах. Прототипом такого способа получения метанола, является изобретение [RU 2052444 С1 МПК6 С07С 31/04, С07С 29/151] сущность которого, заключается в контактировании смеси оксидов углерода и водорода с медьсодержащим катализатором при повышенных температуре и давлении в две стадии. Смесь предварительно восстанавливают в присутствии алюмокобальтмолибденового катализатора при температуре 400-600°С в проточном реакторе.

Недостатками этого изобретения является высокая энергоемкость процесса, из-за многоразового пропускания газовой смеси через проточный реактор (выделяя образующийся метанол), что, естественно, приводит к дополнительному расходу электроэнергии.

Задачей предлагаемой системы является снижение энергоемкости процесса получения метанола из отходящих газов промышленных печей за счет использования контактного (трубчатого) реактора с двойными теплообменными трубками. Газовая смесь поступающая в контактный аппарат, проходит по внутренним трубам и затем по кольцевому пространству между внутренними и внешними теплообменными трубками. При этом газовая смесь подогревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу, и затем входит в слой катализатора. В аппарате с двойными теплообменными трубками распределение интенсивности отвода теплоты и распределение температур по высоте слоя катализатора ближе к оптимальным условиям. Теплообмен в таком аппарате производится между катализатором и «холодным», еще не прореагировавшим газом. Катализатор находится в трубах, омываемых «холодным» газом, или в межтрубном пространстве. При проведении процесса в трубчатом реакторе существует возможность отвода теплоты непосредственно из реакционной зоны.

Аналогом является полезная модель [RU 67887 U1 МПК B01J 8/06]. Устройство предназначено для синтеза метанола или синтетической нефти, сущность которого заключается в выравнивании скорости изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора путем обеспечения стабилизации расхода реагентов в разных точках по объему реактора и снижение сопротивления потоку реагентов; повышение эффективности использования катализатора.

После реактора газ охлаждают в холодильнике - конденсаторе 5, отделяя при этом образовавшуюся воду. После отделения воды смесь, выходящую из реактора нагревают в теплообменнике 6, дожимают компрессором 7 и подают на стадию синтеза метанола в контактный реактор 8. В реакторе газовая смесь контактирует с медьсодержащим катализатором при температуре 250°С и давлении 5,0 мПа с образованием метанола и воды.

Газ, выходящий из реактора, направляют в рекуперативный теплообменник 6 для нагрева газа, поступающего в реактор, и затем охлаждают в холодильнике-конденсаторе 9. Охлажденный газ поступает в сепаратор 10, где происходит процесс отделения метанола-сырца и воды, затем поток поступает на смешение с рециркуляционным газом второй стадии синтеза метанола, сжимается циркуляционным компрессором 11 и через рекуперативный теплообменник 12 направляют в контактный реактор синтеза метанола 13.

Образующийся на второй стадии метанол конденсируют в холодильнике-конденсаторе 14 и направляют в сепаратор 15. Часть отделившегося в сепараторе метанол-сырец выводят из системы, а остальную часть смешивают с газом, поступающим из первой стадии, и подают на всас циркуляционного компрессора 11. Общее количество метанола, полученного на первой и второй стадиях, составляет 3,27 т/ч.

Технические результаты изобретения: 1) повышение эффективности использования уходящих дымовых газов; 2) полезное использование теплоты реакции после реакторов синтеза; 3) повышение эффективности процесса катализа исходной газовой смеси; 4) снижение энергетических затрат на нужды производства.

1. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей, содержащая котел-утилизатор, теплообменники обратных потоков, контактный реактор восстановления, холодильники, компрессоры, контактные реакторы синтеза метанола, сепараторы, предназначена для повышения эффективности использования уходящих дымовых газов, отличающаяся тем, что теплота, выделившаяся в реакторе синтеза метанола, направляется в котел-утилизатор.

2. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей по п.1, отличающаяся тем, что в процессе синтеза метанола производится пар рабочих параметров на нужды производства.

3. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей по п.1, отличающаяся тем, что в процессе синтеза метанола для эффективного отвода теплоты из реакционной зоны и эффективного процесса катализа используется контактный (трубчатый) реактор с двойными теплообменными трубками.

poleznayamodel.ru

Утилизаторы тепла дымовых газов УГВ

Утилизаторы тепла уходящих газов: описание и принцип работы

• агрегаты общего назначения;
• устройства, производящие пар для запуска механизмов по выработке электроэнергии либо механического движения;
• конструкции, утилизирующие побочные продукты при горении дизтоплива; 
• котлы, комбинирующиеся с мартенами, нагревательным оборудованием, при этом выделяемое тепло и газы преобразуются устройством в полезную работу либо дополнительную энергию;
• конструкции для охлаждения попутных газов с последующим использованием путем сжигания либо конденсации, основная сфера применения - металлургия;
• прочие утилизаторы.

zavod-tek.ru

Котел-утилизатор

Котел-утилизатор предназначен для обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов и может быть использован в коксохимической, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Котел-утилизатор содержит патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов. Котел-утилизатор снабжен системой обогащения дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубком подвода дымовых газов. Реактор дополнительно содержит, по меньшей мере, одну циклонную камеру сгорания и снабжен камерой дожига, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей совместно с ними рабочий объем реактора, при этом отношение объема камеры дожига к рабочему объему реактора определяется следующей зависимостью: 0,43<V1/V2≤0,85,

где: V1 - объем камеры дожига, м3; V2 - рабочий объем реактора, м3. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой степени очистки дымовых газов от примесей, а также увеличение надежности работы котла-утилизатора и эффективности утилизации тепла дымовых газов, отходящих от топливосжигающих агрегатов. 11 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Котел-утилизатор предназначен для обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов и может быть использован в коксохимической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен котел-утилизатор, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, включающий горелочное устройство, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности теплообменников (см. авт.свидетельство СССР №1572145, МПК F22B 1/18, опубл. 27.12.1995).

Недостатком известного котла-утилизатора является низкая степень очистки дымовых газов, что приводит к налипанию смолистых и углеродистых примесей на теплообменные поверхности теплообменников. Известный котел-утилизатор не позволяет полностью дожечь примеси, содержащиеся в дымовых газах, что снижает эффективность работы теплообменных поверхностей.

Известен котел-утилизатор, выбранный в качестве прототипа, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов (см. авт.свидетельство СССР №1188454, МПК F23G 7/06, опубл. 30.10.1985). Система утилизации тепла содержит радиационный теплообменник, который примыкает к камере сгорания, а также конвективный теплообменник.

Недостатком известного котла-утилизатора является низкая степень очистки дымовых газов, обусловленная тем, что радиационный теплообменник примыкает к камере сгорания, что приводит к резкому падению температуры на выходе из реактора, а также приводит к интенсивному налипанию смолистых и углеродистых примесей на теплообменные поверхности радиационного и конвективного теплообменников. Также недостатком котла-утилизатора является низкая эффективность смешивания горючих компонентов, содержащихся в дымовых газах, с воздухом и топливом, которые подаются через горелочное устройство в реактор, что, в свою очередь, приводит к нестабильному температурному полю и к неполному сгоранию примесей, содержащихся в дымовых газах. Наличие в дымовых газах несгоревших примесей приводит к недостаточной степени обезвреживания дымовых газов, с одной стороны, а, с другой стороны, к загрязнению теплообменных поверхностей радиационного и конвективного теплообменников смолами и углеродистыми частицами, которые образуют отложения на теплообменных поверхностях теплообменников, что приводит к низкой степени утилизации тепла и снижению надежности работы котла-утилизатора.

Интенсивное образование отложений на теплообменных поверхностях приводит к их быстрому загрязнению, что снижает надежность работы котла-утилизатора и эффективность утилизации тепла (КПД) котла-утилизатора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание котла-утилизатора с высокой степенью очистки дымовых газов от примесей, а также повышение надежности работы котла-утилизатора и эффективности утилизации тепла дымовых газов, отходящих от топливосжигающих агрегатов, например коксовых печей.

Поставленная задача решается тем, что в известном котле-утилизаторе, содержащем патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов, согласно заявляемому изобретению котел-утилизатор снабжен системой обогащения дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубком подвода дымовых газов, реактор дополнительно содержит, по меньшей мере, одну циклонную камеру сгорания и снабжен камерой дожига, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей совместно с ними рабочий объем реактора, при этом отношение объема камеры дожига к рабочему объему реактора определяется следующей зависимостью:

где:

V1 - объем камеры дожига, м3;

V2 - рабочий объем реактора, м3.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора на выходе из реактора установлена диафрагма, выходное отверстие которой связывает реактор с системой утилизации тепла, при этом площадь выходного отверстия диафрагмы определяется следующей зависимостью:

где:

S1 - площадь выходного отверстия диафрагмы, м2;

S2 - площадь основания камеры дожига, м2.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора к каждой циклонной камере сгорания тангенциально примыкает, по меньшей мере, один дополнительный патрубок подвода дымовых газов.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке подвода дымовых газов установлена заслонка.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора камера дожига содержит, по меньшей мере, один выступ, размещенный на внутренней поверхности камеры дожига и имеющий следующие размеры:

где:

а - высота выступа, м;

b - длина выступа, м;

d - диаметр циклонной камеры сгорания, м;

α - угол наклона выступа к основанию камеры дожига, град.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора на выходе из реактора установлена решетка.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора камера дожига и циклонные камеры сгорания выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке отвода дымовых газов установлена дополнительная система утилизации тепла, включающая теплообменные поверхности.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора к патрубку отвода дымовых газов примыкает принудительная система отвода дымовых газов, включающая тягодутьевое устройство.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке подвода дымовых газов установлена турбулизирующая решетка.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора в циклонной камере сгорания горелочное устройство расположено аксиально.

В частном варианте исполнения котла-утилизатора каждая циклонная камера сгорания оснащена дополнительной диафрагмой, отверстие которой связывает циклонную камеру сгорания с камерой дожига, при этом площадь отверстия определяется следующей зависимостью:

где:

S3 - площадь отверстия, м2;

S4 - площадь основания циклонной камеры сгорания, м2.

Предложенное техническое решение позволяет повысить степень очистки дымовых газов от примесей, а также надежность котла-утилизатора за счет введения дополнительной системы обогащения дымовых газов топливом и воздухом перед подачей дымовых газов в реактор. Это способствует эффективному смесеобразованию и приводит к интенсификации процесса горения в рабочем объеме реактора, что обеспечивает эффективную очистку дымовых газов от примесей. Оснащение реактора камерой дожига позволяет увеличить время нахождения дымовых газов в рабочем объеме реактора, а также позволяет стабилизировать температурное поле в рабочем объеме реактора, в котором происходит процесс горения и очистка дымовых газов от примесей. Введение в реактор дополнительной циклонной камеры сгорания приводит к образованию в камере дожига встречных вихревых потоков дымовых газов, которые выходят из циклонных камер сгорания, что обеспечивает увеличение эффективности обезвреживания дымовых газов за счет интенсивного перемешивания дымовых газов с топливом и воздухом, а также за счет эффективного дожигания смолистых и углеродистых примесей в рабочем объеме реактора. Это уменьшает загрязнение теплообменных поверхностей системы утилизации тепла смолами, углеродистыми частицами, которые образуют отложения на теплообменных поверхностях, и повышает надежность работы котла-утилизатора и эффективность утилизации тепла, а также снижает «чувствительность» котла-утилизатора к загрязненным дымовым газам, которые имеют значительное содержание смолистых и углеродистых примесей.

ЧЕРТЕЖИ

Заявляемый котел-утилизатор изображен на следующих чертежах:

Фиг.1 - общий вид котла-утилизатора;

Фиг.2 - вид спереди фиг.1;

Фиг.3 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;

Фиг.4 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;

Фиг.5 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;

Фиг.6 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;

Фиг.7 - сечение А-А фиг.2;

Фиг.8 - сечение В-В фиг.2;

Фиг.9 - вариант выполнения котла-утилизатора с двумя циклонными камерами сгорания;

Фиг.10 - вариант выполнения котла-утилизатора с четырьмя циклонными камерами сгорания.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Котел-утилизатор содержит патрубки подвода дымовых газов 11, 12, патрубок отвода дымовых газов 2, реактор 3, снабженный циклонными камерами сгорания 41, 42, каждая из которых включает аксиально установленное горелочное устройство 5. Котел-утилизатор содержит систему утилизации тепла 6, включающую теплообменные поверхности 7 и соединенную с реактором 3 и патрубком отвода дымовых газов 2.

Котел-утилизатор также снабжен системой обогащения 8 дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубками подвода дымовых газов 11, 12. Реактор 3 снабжен камерой дожига 9, примыкающей к циклонным камерам сгорания 41, 42 и образующей совместно с ними рабочий объем реактора 3. На выходе из реактора 3 установлена диафрагма 10, в которой выполнено выходное отверстие 11, которое связывает реактор 3 с системой утилизации тепла 6 (см. фиг.1, 2).

В нижеприведенных вариантах исполнения котла-утилизатора, которые изображены на фиг.3-6, 9, 10, представлены частные варианты выполнения котла-утилизатора.

Площадь выходного отверстия 11 диафрагмы 10 определяется в соответствии с зависимостью (2).

Объем камеры дожига 9 определяется в соответствии с зависимостью (1).

В каждом патрубке подвода дымовых газов 11, 12 установлена заслонка 12. На выходе из реактора 3 установлена решетка 14.

Внутренняя поверхность камеры дожига 9 и камер сгорания 41, 42 выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов, а именно шамотного кирпича, огнеупорной глины и др.

В патрубке отвода дымовых газов 2 установлена дополнительная система утилизации тепла 15, включающая теплообменные поверхности 7.

К патрубку отвода дымовых газов 2 примыкает принудительная система отвода дымовых газов 16, включающая тягодутьевое устройство.

В каждом патрубке подвода дымовых газов 11, 12 установлена турбулизирующая решетка 17.

Каждая циклонная камера сгорания 41, 42 имеет дополнительную диафрагму 18, отверстие 19 которой связывает циклонную камеру сгорания 41, 42 с камерой дожига 9.

Площадь отверстия 19 каждой циклонной камеры сгорания 41, 42 определяется в соответствии с зависимостью (6).

На фиг.3 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 131 параллельно основанию камеры дожига 9.

На фиг.4 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 132 перпендикулярно к основанию камеры дожига 9.

На фиг.5 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 133 под углом α к основанию камеры дожига 9.

На фиг.6 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 131, 132.

На фиг.9 показан вариант выполнения котла-утилизатора с двумя циклонными камерами сгорания 41, 42, к которым тангенциально подведены патрубки подвода дымовых газов 11, 12, а также подведены дополнительные патрубки подвода дымовых газов 111, 121 соответственно. К каждому патрубку подвода дымовых газов 11, 111, 12, 121 примыкает система обогащения дымовых газов топливом и воздухом, а также в каждом патрубке подвода дымовых газов 11, 111, 12, 121 установлена турбулизирующая решетка 17 и заслонка 12.

На фиг.10 показан вариант выполнения котла-утилизатора с четырьмя циклонными камерами сгорания 41, 42, 43, 44, к которым подведены четыре патрубка подвода дымовых газов 11, 12, 13, 14 соответственно.

Котел-утилизатор работает следующим образом.

Дымовые газы, отходящие от топливосжигающего агрегата (на чертежах не показан), поступают в патрубки подвода дымовых газов 11, 12, в каждом из которых размещена заслонка 12 для регулирования подачи дымовых газов в циклонные камеры сгорания 41, 42 реактора 3 котла-утилизатора. В патрубках подвода дымовых газов 11, 12 дымовые газы обогащаются топливом и воздухом с помощью системы обогащения 8, которая примыкает к патрубкам подвода дымовых газов 11, 12. В каждом патрубке подвода дымовых газов 11, 12 установлена турбулизирующая решетка 17 для турбулизации потока дымовых газов, поступающих в циклонные камеры сгорания 41, 42. Турбулизация дымовых газов, обогащенных воздухом и топливом, способствует их лучшему перемешиванию.

Введение дымовых газов в циклонную камеру сгорания 41, 42 посредством тангенциально подведенных патрубков 11, 12 обеспечивает активизацию перемешивания дымовых газов в циклонных камерах сгорания 41, 42.

Аксиальное размещение горелочного устройства 5, к которому подводится воздух и топливо в каждой циклонной камере сгорания 41, 42, обеспечивает увеличение длины факела в рабочем объеме реактора 3 и способствует стабилизации температурного поля в реакторе 3. Поток дымовых газов из циклонной камеры сгорания 41 перемещается в камеру дожига 9, в которой встречается с другим потоком дымовых газов, выходящим из циклонной камеры сгорания 42. Это обеспечивает интенсивное перемешивание дымовых газов и способствует снижению концентрации оксидов азота (NOx) и оксида углерода (СО) в дымовых газах. Соотношение (V1/V2) объема камеры дожита 9 к общему объему реактора 3, выбранное в соответствии с зависимостью (1), позволяет оптимизировать процесс горения, время нахождения дымовых газов в рабочем объеме реактора 3 и обеспечивает повышение эффективности очистки дымовых газов от примесей.

Наличие в реакторе 3 диафрагмы 10, а также наличие в камере дожига 9 выступов

131, 132 и наличие в каждой циклонной камере сгорания 41, 42 дополнительной диафрагмы 18, в которой выполнено отверстие свода 19, предотвращает проскок смолистых и углеродистых частиц вдоль стенок камеры дожига 9 в систему утилизации тепла 6 через выходное отверстие 11 диафрагмы 10.

Установленная на выходе из реактора 3 решетка 14 способствует турбулизации потока дымовых газов, что обеспечивает эффективную теплопередачу, а также способствует уменьшению концентрации оксидов азота (NOx). После реактора 3 дымовые газы поступают в систему утилизации тепла 6. В системе утилизации тепла 6 и в дополнительной системе утилизации тепла 15 установлены теплообменные поверхности 7, например: пароперегреватели, испарители, экономайзеры и т.д., которые позволяют эффективно утилизировать тепло дымовых газов. После системы утилизации тепла 6 дымовые газы поступают в патрубок отвода дымовых газов 2, в котором установлена дополнительная система утилизации тепла 15, предназначенная для дополнительной утилизации тепла дымовых газов. Затем дымовые газы отводятся в окружающую среду посредством принудительной системы отвода дымовых газов 16.

В частном варианте выполнения котла-утилизатора в реакторе 3 установлены две циклонные камеры сгорания 41, 42 (см. фиг.9), к которым тангенциально подведены два патрубка подвода дымовых газов 11, 12, а также два дополнительных патрубка подвода дымовых газов 111, 121 соответственно. Подвод к циклонным камерам сгорания 41, 42 дополнительных патрубков подвода дымовых газов 111, 121 обеспечивает эффективное перемешивание дымовых газов, обогащенных воздухом и топливом, в циклонных камерах сгорания 41, 42.

В частном варианте выполнения котла-утилизатора (см. фиг.10) в реакторе 3 установлены четыре циклонных камеры сгорания 41, 42, 43, 44, к которым подведены четыре патрубка подвода дымовых газов 11, 12, 13, 14 соответственно. При этом обеспечивается эффективная работа котла-утилизатора за счет повышения стабилизации температурного поля в рабочем объеме реактора 3.

Были проведены испытания комплекса «коксовая печь - котел-утилизатор», который установлен в ОАО «Запорожкокс». При этом дымовые газы от коксовой печи поступали в котел-утилизатор, работающий при температуре 1095°С. Результаты проведенных испытаний с различными вариантами выполнения котла-утилизатора приведены в таблицах 1, 2.

1. Котел-утилизатор, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов, отличающийся тем, что котел-утилизатор снабжен системой обогащения дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубком подвода дымовых газов, реактор дополнительно содержит, по меньшей мере, одну циклонную камеру сгорания и снабжен камерой дожига, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей совместно с ними рабочий объем реактора, при этом отношение объема камеры дожига к рабочему объему реактора определяется следующей зависимостью:0,43<V1/V2≤0,85,где V1 - объем камеры дожига, м3;V2 - рабочий объем реактора, м3.

2. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что на выходе из реактора установлена диафрагма, выходное отверстие которой связывает реактор с системой утилизации тепла, при этом площадь выходного отверстия диафрагмы определяется следующей зависимостью:0,44<S1/S2≤0,9,где S1 - площадь выходного отверстия диафрагмы, м2;S2 - площадь основания камеры дожига, м2.

3. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что к каждой циклонной камере сгорания тангенциально примыкает, по меньшей мере, один дополнительный патрубок подвода дымовых газов.

4. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что в патрубке подвода дымовых газов установлена заслонка.

5. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что камера дожига содержит, по меньшей мере, один выступ, размещенный на внутренней стенке камеры дожига и имеющий следующие размеры:0,05d<a≤0,5d,0,5d<b≤25d,0°≤α≤90°,где a - высота выступа, м;b - длина выступа, м;d - диаметр циклонной камеры сгорания, м;α - угол наклона выступа к основанию камеры дожига, град.

6. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что на выходе из реактора установлена решетка.

7. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что камера дожига и циклонные камеры сгорания выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

8. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что в патрубке отвода дымовых газов установлена дополнительная система утилизации тепла, включающая теплообменные поверхности.

9. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что к патрубку отвода дымовых газов примыкает принудительная система отвода дымовых газов, включающая тягодутьевое устройство.

10. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что в патрубке подвода дымовых газов установлена турбулизирующая решетка.

11. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что в циклонной камере сгорания горелочное устройство расположено аксиально.

12. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что каждая циклонная камера сгорания оснащена дополнительной диафрагмой, отверстие которой связывает циклонную камеру сгорания с камерой дожига, при этом площадь отверстия определяется следующей зависимостью:0,44<S3/S4≤0,9,где S3 - площадь отверстия, м2;S4 - площадь основания циклонной камеры сгорания, м2.

www.findpatent.ru

Охлаждение и утилизация тепла дымовых газов мусоросжигательных установок (МСУ)

Температура уходящих газов после топочной камеры 800... 1000 оС. Для использования тягодутьевых и пылеулавливающих устройств (кроме мокрых систем), установленных в МСУ, требуется снизить температуру до 250...300°С. Это условие может быть выполнено охлаждением газов (без утилизации тепла) за счет смешения с воздухом или впрыскивания воды в поток газов. Кроме того, газы можно охлаждать путем теплообмена в парогенераторе, сушильном аппарате, опреснителе морской воды и т. д.

МСУ с водяным и воздушным охлаждением. На небольших установках и некоторых установках средней мощности для охлаждения дымовых газов пользуются разбавлением их атмосферным воздухом, впрыскиванием воды в поток дымовых газов или комбинацией этих двух способов.

Рис. 6.8. Номограмма для определения расхода воздуха для охлаждения продуктов сгорания мусоросжигательного котла

Количество воздуха, необходимого для охлаждения газа до заданной температуры, может быть определено по формуле

Котлы-утилизаторы для использования тепла уходящих газов. Использование котла-утилизатора в мусоросжигательном котлоагрегате позволяет достигнуть трех целей: понизить температуру дымовых газов с 800... 1000 до 250...350°С; защитить (предохранить) внутреннюю футеровку топочных камер от воздействия высоких температур; утилизировать тепло дымовых газов для выработки тепла.

Удельная паропроизводительность котлов-утилизаторов мусоросжигательных котлоагрегатов (МСК) 15...20 кг/(м2·ч) (удельный паросъем с 1 м2 поверхности нагрева), что значительно ниже энергетических установок, для которых эта величина составляет 40... 60 кг/(м2·ч).

Котлы-утилизаторы МСК могут компоноваться как одно целое с топкой или быть вынесены в виде отдельного блока. Как правило, на котлах вырабатывается насыщенный или перегретый до 220... 250 °С пар при давлении 1,3 МПа. Однако когда пар используют для выработки электроэнергии, он имеет более высокие параметры.

Чтобы избежать сильного загрязнения конвективных поверхностей нагрева, не рекомендуется располагать трубы в шахматном порядке, что чрезвычайно затрудняет их очистку. По этой же причине нежелательно располагать трубы горизонтально. Дымоходы котла должны иметь такую конфигурацию, чтобы летучая зола не могла оседать в местах изменения направления потока газа.

Для очистки поверхностей нагрева котла используют сжатый воздух, дробевую сажеочистку, острый пар. Компрессор и ресивер со сжатым воздухом располагают в котельной. В качестве основных формул необходимых для расчета котлов-утилизаторов, могут быть использованы выражения, приведенные в табл. 6.11.

Таблица 6.11. Основные формулы для расчета котлов-утилизаторов

Некоторые специалисты считают, что при проектировании новых МСК следует выполнять такие условия: топка для сжигания отходов должна быть полностью изолирована от топки для сжигания традиционных видов топлива; оба топочных устройства могут работать на один парогенератор.

В последнее время появились установки, в которых в одной топке котла сжигают энергетическое топливо и обогащенные отходы, доведенные на специальной технологической установке до гранул определенного размера. Доля тепла, получаемая от отходов в общей тепловой нагрузке агрегата, не превышает 20 %. Однако установки по предварительной подготовке отходов к сжиганию сложны и поэтому до сих пор широко не применяются.

Крупные городские МСК непрерывно сжигают отходы, т.е. вырабатывают сравнительно постоянное количество энергии, в то время как потребность в ней имеет суточные и годовые максимумы и минимумы. Для ликвидации этого несоответствия на большинстве современных крупных МСЗ, работающих изолированно (не в централизованные тепловые сети), устанавливают специальные воздушные конденсаторы для снятия избытков тепловой энергии.

МСЗ с воздушными конденсаторами не нуждаются в крупном источнике водоснабжения, в холодную погоду из дымовой трубы не выбрасывается пар, как при охлаждении дымовых газов опрыскиванием воды. При отсутствии потребителя вырабатываемого пара он конденсируется в воздушном конденсаторе. Конденсат с температурой 10 °С направляется в конденсационный бак, откуда питательным насосом подается в парогенератор. Вода из отделения химической очистки проходит через деаэратор и также направляется в парогенератор.

• Комментарии к статье
• Вконтакте

ztbo.ru

• 
  Котел маяк официальный сайт
• 
  Ошибка 04 котел навьен
• 
  Ошибка котла аристон 607
• 
  Стоимость монтажа котла отопления
• 
  Отопительные котлы газовые vaillant
• 
  Котел пиролизный в красноярске
• 
  Пеллетные котлы с самоочисткой
• 
  Ошибка котла протерм f29
• 
  Котел газовый энергозависимый напольный
• 
  Котел твердотопливный 60 квт
• 
  Котел форвард 16 лемакс