ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

​USE OF HEAT FROM FLUE GASES OF HEAT POWER PLANTS

Alexey Kulikov

student, Smolensk branch of the National Research University "MPEI",

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

scientific adviser, candidate of technical sciences, associate professor, Smolensk branch of the National Research University "MPEI",

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

Постоянный рост потребления топлива, дефицит ископаемых видов топлива приводят к поиску методов оптимизации затрат энергоресурсов. Одним из способов является применение теплоутилизаторов для получения и использования дополнительной теплоты от уходящих дымовых газов на различные нужды. В работе представлены схемы, где могут быть применены теплоутилизаторы, а также оценка эффективности их использования.

ABSTRACT

Constant growth of fuel consumption, deficit of fossil fuels lead to search for methods of optimization of energy costs. One of the methods is application of heat recovery units for obtaining and using additional heat from outgoing flue gases for various needs. The paper presents schemes where heat recovery units can be applied, as well as assessment of their efficiency.

Ключевые слова: теплогенерирующие установки, теплоутилизаторы, продукты сгорания, конденсация, энтальпия.

Key words: heat generating units, heat recovery units, combustion products, condensation, enthalpy.

На данном этапе развития человечества отмечается непрерывное увеличение стоимости ресурсов, что связано с ростом численности населения и ограниченным количеством наиболее значимых для людей природных ресурсов. Одной из ключевых задач современности является обеспечение более эффективного использования энергетических ресурсов. Этого можно достичь за счёт модернизации производственных и промышленных процессов с целью сбережения энергетических ресурсов.

Одним из подходов к решению этой проблемы является более ресурсосберегающее использование теплоэнергетических аппаратов. Однако такие системы обладают существенным недостатком, который препятствует рациональному использованию энергетических ресурсов, а именно потерей значительного количества теплоты с уходящими газами. Дело в том, что принцип и специфика работы теплогенерирующих установок приводит к тому, что дымовые газы, образующиеся при работе теплогенерирующих установок и выбрасываемые в атмосферу, содержат значительное количество тепловой энергии.

Более подробно рассмотрим температуры уходящих дымовых газов на примере парогазовой установки и котлоагрегата БГМ-35.

В схеме ГТУ с котлом-утилизатором отработавшие на газовой турбине дымовые газы направляются в пароперегреватель высокого давления, где отдают часть теплоты к пару. После него газы поступают в испарительные поверхности высокого давления, где их теплота затрачивается на испарение воды. Пройдя ИВД, дымовые газы поступают в ЭКВД, где нагревают воду. Далее дымовые газы направляются в пароперегреватель низкого давления. Отдав часть теплоты в ПЕНД, дымовые газы поступают в ИНД. Затем они направляются в ГПК, где часть теплоты дымовых газов расходуется на подогрев конденсата. После всех поверхностей нагрева уходящие дымовые газы с температурой 100÷120 °C удаляются в атмосферу [4].

Рисунок 1. Принципиальная схема с 2-хконтурным котлом-утилизатором:

К - компрессор; ГТ - газовая турбина; КУ - котёл-утилизатор; ПЕ ВД, ПЕ НД - пароперегреватели высокого и низкого давления; И ВД, И НД - испарительные поверхности высокого и низкого давления; ЭК ВД - экономайзер высокого давления; ГПК - газовый подогреватель конденсата; ДПВ - деаэратор питательной воды; ЧВД, ЧНД - части высокого и низкого давления паровой турбины; К-р- конденсатор; КН - конденсатный насос; ПН ВД, ПН НД - питательные насосы высокого и низкого давления; НРц - насос рециркуляции; РК - регулирующий клапан.

В схеме котлоагрегата БГМ-35 дымовые газы, получаемые в результате горения, направляются сначала к ширмовому пароперегревателю, где отдают часть своей теплоты пару за счёт радиационно-конвективного теплообмена. После этого часть теплоты отдаётся пару за счёт конвективного пароперегревателя. Отдав часть теплоты пару в КПП, дымовые газы направляются к экономайзеру, где теплота передаётся нагреваемой воде. Затем дымовые газы поступают в воздухоподогреватель, где теплота передаётся к нагреваемому воздуху. После всех поверхностей нагрева дымовые газы очищаются и с помощью дымососа с температурой 150÷180 °С удаляются в атмосферу через дымовую трубу.

Рисунок 2. Принципиальная схема работы котлоагрегата [4]:

1 - питательный насос; 2, 4 - коллекторы водяного экономайзера; 3 - водяной экономайзер; 5 - питательные линии; 6 - питательная линия к пароохладителю; 7 - барабан котла; 8, 11, 15, 22 - опускные трубы; 9 - нижний коллектор фронтового экрана; 10 - фронтовой экран; 12 - нижний коллектор заднего экрана; 13 - задний топочный экран; 14 - фестон; 16,18 - нижний и верхний коллекторы левого бокового экрана; 17 - боковой экран; 19 - пароотводящие трубы; 20 - выносной циклон; 21 - пароотводящие линии; 23, 24 - непрерывная и периодическая продувка; 25 - паропровод; 26, 28 - пароперегреватель; 27 - пароохладитель; 29 - сборный коллектор перегретого пара; 30 - воздухоподогреватель; 31 - горелки; 32 - обмуровка.

Проведя анализ работы приведённых выше схем и температур дымовых газов на выходе из них, можно сказать, что температуры уходящих газов лежат в диапазоне от 100 до 180 ℃. Данные показатели температуры означают, что количество тепловой энергии, содержащейся в дымовых газах, остаётся значительным и открывает возможность дальнейшего её использования для различных нужд и оптимизации представленных схем.

Проблема дальнейшей утилизации теплоты и оптимизации данных схем состоит в том, что применение утилизационных теплообменных поверхностей для этих целей является затруднительным и экономически неоправданным в связи с тем, что они имеют большие габариты, металлоёмкость и стоимость. Поэтому для дальнейшей эффективной реализации применения этой теплоты, целесообразно использовать контактные теплообменники с активной насадкой (КТАНы). Данные теплоутилизаторы позволяют добиться значительного снижения потерь теплоты с дымовыми газами.

Рисунок 3. Принципиальна схема контактного теплоутилизатора [1]:

1 - система орошения; 2 - блок насадок; 3 - сепаратор; 4 - заслонка; 5 - бак орошающей воды; 6 - насос; 7 - дымосос; 8 - фильтр; 9 - основной газоход; 10, 11 - вход и выход нагреваемой воды; 12 - байпасный газоход.

Для определения эффективности использования данных аппаратов был выполнен тепловой расчёт по следующим формулам [3].

Расход топлива, :

Теплопроизводительность котлоагрегата, кВт:

Удельный объём продуктов сгорания,

Количество утилизируемой теплоты, кВт:

Количество нагретой воды на выходе из КТАНа, кг/с:

Результаты теплового расчёта сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Результаты теплового расчёта

Таким образом, применение контактного теплоутилизатора позволяет получать значительное количество теплоты , которую в свою очередь можно применять на различные нужды, к примеру, как представлено в тепловом расчёте на подогрев воды в количестве .

Список литературы:

1. Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.-139 с.
2. Ривкин С. JI. Термодинамические свойства газов: Справочник. — 4-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 288 с.: ил.
3. Семёнов С. А., Литецкая Е. В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Основы теории и проектирования контактных теплоутилизаторов: Учебно-методическое пособие / С. А. Семёнов, Е. В. Литецкая. – 2-е изд., исправл. и перераб. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2006. – 62 с.
4. Фокин В. М. Теплогенераторы котельных. - М.: «Издательство Машиностроение-1», 2005.-160 с.: ил.