Dubinsko iskorištavanje topline dimnih plinova. Korištenje topline otpadnih plinova u industrijskim kotlovnicama na plin
Trenutno se smatra da je temperatura dimnih plinova koji napuštaju kotao najmanje 120-130 ° C iz dva razloga: kako bi se isključila kondenzacija vodene pare na svinjama, plinskim kanalima i dimnjacima te povećala prirodna gaza, što smanjuje glava usisavača dima. U ovom slučaju, povoljno se može koristiti toplina dimnih plinova i latentna toplina isparavanja vodene pare. Korištenje topline ispušnih dimnih plinova i latentne topline isparavanja vodene pare naziva se metoda dubokog iskorištavanja topline dimnih plinova. Trenutno postoje razne tehnologije implementacije ove metode testirane u Ruska Federacija i našao masovnu primjenu u inozemstvu. Metoda dubokog iskorištavanja topline dimnih plinova omogućuje povećanje učinkovitosti instalacije koja troši gorivo za 2-3%, što odgovara smanjenju potrošnje goriva za 4-5 kg ekvivalenta goriva. po 1 Gcal proizvedene topline. Prilikom uvođenja ove metode postoje tehničke poteškoće i ograničenja povezana uglavnom sa složenošću izračunavanja procesa prijenosa topline i mase s dubokim iskorištavanjem topline iz ispušnih dimnih plinova i potrebom za automatizacijom procesa, međutim, te se poteškoće mogu riješiti suvremena tehnološka razina.
Za široko uvođenje ove metode potrebno je izraditi smjernice za proračun i ugradnju sustava za duboko iskorištavanje topline dimnih plinova te donošenje pravnih akata koji zabranjuju puštanje u pogon instalacija na prirodni plin koje koriste gorivo bez uporabe duboke uporabe topline dimnih plinova.
1. Formulacija problema prema razmatranoj metodi (tehnologiji) povećanja energetske učinkovitosti; predviđanje prekomjerne potrošnje energetskih resursa ili opis drugih mogućih posljedica na nacionalnoj razini, uz zadržavanje trenutnog stanja
Trenutno se smatra da je temperatura dimnih plinova koji napuštaju kotao najmanje 120-130 ° C iz dva razloga: kako bi se isključila kondenzacija vodene pare na svinjama, plinskim kanalima i dimnjacima te povećala prirodna gaza, što smanjuje glava usisavača dima. U tom slučaju temperatura dimnih plinova izravno utječe na vrijednost q2 - gubitak topline s dimnim plinovima, jednu od glavnih sastavnica toplinske ravnoteže kotla. Na primjer, smanjenje temperature dimnih plinova za 40 ° C pri grijanju kotla na prirodni plin i omjer viška zraka od 1,2 povećava bruto učinkovitost kotla za 1,9%. To ne uzima u obzir latentnu toplinu isparavanja produkata izgaranja. Do danas, velika većina kotlovskih jedinica za toplu vodu i paru u našoj zemlji koje sagorijevaju prirodni plin nisu opremljene instalacijama koje koriste latentnu toplinu isparavanja vodene pare. Ta se toplina gubi zajedno s dimnim plinovima.
2. Dostupnost metoda, metoda, tehnologija itd. za rješavanje naznačenog problema
Trenutno se metode dubokog iskorištavanja topline otpadnih plinova (VER) koriste pomoću rekuperativnih, miješajućih, kombiniranih uređaja koji rade na različite tehnike iskorištavanje topline koja se nalazi u dimnim plinovima. Istodobno, ove se tehnologije koriste u većini kotlova koji su naručeni u inozemstvu i koji sagorijevaju prirodni plin i biomasu.
3. Kratki opis predložena metoda, njezina novost i svijest o njoj, dostupnost razvojnih programa; rezultat u slučaju masovne provedbe na nacionalnoj razini
Najčešće korištena metoda dubokog iskorištavanja topline dimnih plinova je da se produkti izgaranja prirodnog plina nakon kotla (ili nakon štednjaka za vodu) s temperaturom od 130-150 ° C podijele u dva toka. Približno 70-80% plinova usmjerava se kroz glavni dimnjak i ulazi u površinski kondenzacijski izmjenjivač topline, ostali plinovi se usmjeravaju u zaobilazni dimnjak. U izmjenjivaču topline produkti izgaranja hlade se na 40-50 ° C, dok se dio vodene pare kondenzira, što omogućuje korisno korištenje i fizičke topline dimnih plinova i latentne topline kondenzacije dijela vode para sadržana u njima. Ohlađeni produkti izgaranja nakon separatora kapljica pomiješaju se s nehlađenim produktima izgaranja koji prolaze kroz zaobilaznu cijev i pri temperaturi od 65-70 ° C ispuhuju dim kroz dimnjak u atmosferu. Početna voda za potrebe kemijske obrade vode ili zrak koji se zatim dovodi za izgaranje može se koristiti kao zagrijani medij u izmjenjivaču topline. Za pojačavanje izmjene topline u izmjenjivaču topline moguće je dovoditi paru atmosferski odzračivač u glavni plinski kanal. Također treba napomenuti mogućnost korištenja kondenzirane demineralizirane vodene pare kao izvorske vode. Rezultat uvođenja ove metode je povećanje bruto učinkovitosti kotla za 2-3%, uzimajući u obzir korištenje latentne topline isparavanja vodene pare.
4. Prognoza dugoročne učinkovitosti metode, uzimajući u obzir:
- rast cijena energenata;
- rast dobrobiti stanovništva;
- uvođenje novih ekoloških zahtjeva;
- drugi čimbenici.
Ova metoda povećava učinkovitost sagorijevanja prirodnog plina i smanjuje emisije dušikovih oksida u atmosferu otapanjem u kondenziranoj vodenoj pari.
5. Popis grupa pretplatnika i objekata u kojima je moguće koristiti ovu tehnologiju s maksimalnom učinkovitošću; potreba za dodatnim istraživanjem radi proširenja popisa
Ova se metoda može koristiti u parnim i toplovodnim kotlovima koji koriste prirodni i ukapljeni plin, biogorivo kao gorivo. Za proširenje popisa objekata na kojima se ova metoda može koristiti potrebno je proučiti procese prijenosa topline i mase produkata izgaranja loživog ulja, lakog dizelskog goriva i različitih vrsta ugljena.
6. Navedite razloge zašto se predložene energetski učinkovite tehnologije ne primjenjuju masovno; ocrtati akcijski plan za uklanjanje postojećih prepreka
Ova se metoda u Ruskoj Federaciji u pravilu ne koristi široko iz tri razloga:
- Nedostatak svijesti o metodi;
- Prisutnost tehničkih ograničenja i poteškoća u provedbi metode;
- Nedostatak financiranja.
7. Prisutnost tehničkih i drugih ograničenja u primjeni metode na različitim objektima; u nedostatku informacija o mogućim ograničenjima, moraju se utvrditi testiranjem
Tehnička ograničenja i poteškoće u provedbi metode uključuju:
- Složenost izračunavanja procesa iskorištavanja vlažnih plinova, budući da je proces prijenosa topline popraćen procesima prijenosa mase;
- Potreba za održavanjem zadanih vrijednosti temperature i vlažnosti ispušnih dimnih plinova kako bi se izbjegla kondenzacija para u plinskim kanalima i dimnjaku;
- Potreba izbjegavanja smrzavanja površina izmjenjivača topline pri zagrijavanju hladnih plinova;
- Istodobno je potrebno provesti ispitivanja plinskih kanala i dimnjaka obrađenih suvremenim premazima protiv korozije radi mogućnosti smanjenja ograničenja na temperaturu i vlažnost dimnih plinova koji izlaze nakon jedinice za oporabu topline.
8. Potreba za istraživanjem i razvojem i dodatnim ispitivanjem; teme i ciljeve rada
Potreba za istraživanjem i razvojem i dodatnim ispitivanjem navedena je u odredbama 5. i 7.
9. Postojeće mjere poticanja, prisile, poticaji za provedbu predložene metode i potreba njihovog poboljšanja
Ne postoje postojeće mjere za poticanje i prisiljavanje uvođenja ove metode. Interes za smanjenje potrošnje goriva i emisije dušikovog oksida u atmosferu može potaknuti uvođenje ove metode.
10. Potreba za razvojem novih ili promjenom postojećih zakona i propisa
Potrebno je izraditi smjernice za proračun i ugradnju sustava za duboko iskorištavanje topline iz dimnih plinova. Možda je potrebno donijeti zakonske akte koji zabranjuju puštanje u pogon postrojenja koja koriste gorivo na prirodni plin bez dubokog iskorištavanja topline dimnih plinova.
11. Dostupnost uredbi, pravila, uputa, standarda, zahtjeva, mjera zabrane i drugih dokumenata koji reguliraju uporabu ove metode i obvezni su za izvršenje; potreba za njihovim izmjenama ili za promjenu samih načela oblikovanja ovih dokumenata; prisutnost već postojećih normativnih dokumenata, propisa i potreba za njihovom obnovom
Nema pitanja o primjeni ove metode u postojećem regulatornom okviru.
12. Dostupnost provedenih pilot projekata, analiza njihove stvarne učinkovitosti, utvrđeni nedostaci i prijedlozi za poboljšanje tehnologije, uzimajući u obzir akumulirano iskustvo
Nema podataka o opsežnoj primjeni ove metode u Ruskoj Federaciji, postoji iskustvo implementacije na kogeneracijama RAO UES i, kao što je gore spomenuto, veliko je iskustvo stečeno u dubokoj uporabi dimnih plinova u inozemstvu. Sveruski institut za toplinsko inženjerstvo proveo je studije projektiranja instalacija za duboko iskorištavanje topline produkata izgaranja za toplovodne kotlove PTVM (KVGM). Nedostaci ove metode i prijedlozi za poboljšanje dati su u točki 7.
13. Mogućnost utjecaja na druge procese tijekom masovnog uvođenja ove tehnologije (promjene stanja okoliša, mogući utjecaj na zdravlje ljudi, povećanje pouzdanosti napajanja električnom energijom, mijenjanje dnevnih ili sezonskih rasporeda opterećenja energetske opreme, mijenjanje ekonomskih pokazatelja proizvodnje energije i prijenos itd.)
Masovno uvođenje ove metode smanjit će potrošnju goriva za 4-5 kg ekvivalenta goriva. po jednom Gcal proizvedene topline i utjecati će na stanje okoliša smanjenjem emisije dušikovih oksida.
14. Dostupnost i dovoljnost proizvodnih pogona u Rusiji i drugim zemljama za masovnu provedbu metode
Specijalizirani proizvodni pogoni u Ruskoj Federaciji mogu osigurati provedbu ove metode, ali ne u monoblok verziji; kada se koriste strane tehnologije, moguća je monoblok verzija.
15. Potreba za posebnim osposobljavanjem kvalificiranog osoblja za rad uvedene tehnologije i razvoj proizvodnje
Za provedbu ove metode potrebna je postojeća specijalizirana obuka stručnjaka. Moguće je organizirati specijalizirane seminare o primjeni ove metode.
16. Mogući načini provedbe:
1) komercijalno financiranje (s nadoknadom troškova);
2) natječaj za provedbu investicijskih projekata nastalih kao rezultat izvođenja radova na energetskom planiranju za razvoj regije, grada, naselja;
3) proračunsko financiranje za učinkovite projekte uštede energije s dugim razdobljima povrata;
4) uvođenje zabrana i obveznih zahtjeva za primjenu, nadzor nad njihovim poštivanjem;
5) drugi prijedlozi.
Predložene metode provedbe su:
- financiranje proračuna;
- privlačenje ulaganja (razdoblje povrata 5-7 godina);
- uvođenje zahtjeva za puštanje u rad novih postrojenja koja troše gorivo.
Do dodati opis tehnologije za uštedu energije u Katalog, ispunite upitnik i pošaljite ga na s oznakom "u katalog".
Predlažem na razmatranje aktivnosti iskorištavanja dimnih plinova. Dimnih plinova ima u velikom broju u svakom selu i gradu. Većina proizvođača dima su parni i toplovodni kotlovi i motori s unutarnjim izgaranjem. U ovoj ideji neću razmatrati dimne plinove motora (iako su i oni prikladni po sastavu), ali ću se detaljnije zadržati na dimnim plinovima kotlovnica.
Najjednostavniji način je koristiti dim iz plinskih kotlova (industrijske ili privatne kuće), ovo je najčišća vrsta dimnih plinova koja sadrži minimalnu količinu štetnih nečistoća. Također možete upotrijebiti dim kotlovnica koje sagorijevaju ugljen ili tekuće gorivo, no u tom ćete slučaju morati očistiti dimne plinove od nečistoća (to nije tako teško, ali ipak dodatni troškovi).
Glavne komponente dimnih plinova su dušik, ugljični dioksid i vodena para. Vodena para nema vrijednost i može se lako ukloniti iz dimnih plinova dodirom plina s hladnom površinom. Preostale komponente već imaju cijenu.
Plinski dušik koristi se za gašenje požara, za transport i skladištenje zapaljivih i eksplozivnih medija, kao zaštitni plin za sprječavanje oksidacije lako oksidirajućih tvari i materijala, za sprječavanje korozije spremnika, cjevovoda za pročišćavanje i spremnika, za stvaranje inertnih medija u silosima . Zaštita dušikom sprječava rast bakterija, koristi se za čišćenje okoliša od insekata i mikroba. U Industrija hrane atmosferi dušika često se pribjegava kao sredstvo za povećanje roka trajanja pokvarljive hrane. Plinoviti dušik naširoko se koristi za dobivanje tekućeg dušika iz njega.
Za dobivanje dušika dovoljno je odvojiti vodenu paru i ugljični dioksid od dimnih plinova. Što se tiče sljedeće komponente dima - ugljičnog dioksida (CO2, ugljični dioksid, ugljični dioksid), raspon njegove uporabe je još veći, a cijena mu je znatno veća.
Predlažem da dobijem potpunije podatke o njemu. Obično se ugljični dioksid skladišti u bocama od 40 litara obojanim u crno sa žutim natpisom "ugljični dioksid". Ispravniji naziv za CO2 je "ugljični dioksid", ali svi su već navikli na naziv "ugljični dioksid", zaglavio se za CO2 i stoga je natpis "ugljični dioksid" na cilindrima i dalje sačuvan. U cilindrima se nalazi ugljični dioksid u tekućem obliku. Ugljikov dioksid je bez mirisa, netoksičan, nezapaljiv i neeksplozivan. To je tvar koja se prirodno stvara u ljudskom tijelu. U zraku koji izdahne osoba obično sadrži 4,5%. Glavna primjena ugljičnog dioksida je u karbonizaciji i prodaji u bocama pića, koristi se kao zaštitni plin tijekom zavarivanja uz upotrebu poluautomatskih uređaja za zavarivanje, koristi se za povećanje prinosa (2 puta) poljoprivrednih usjeva u staklenicima povećanjem koncentracija CO2 u zraku i povećanje (4-6 puta kada je zasićeno vodom ugljikovim dioksidom) proizvodnja mikroalgi tijekom njihovog umjetnog uzgoja, za održavanje i poboljšanje kvalitete hrane za životinje i proizvoda, za proizvodnju suhog leda i njegovu upotrebu u krioblastiranju instalacije (čišćenje površina od onečišćenja) i postizanje niskih temperatura tijekom skladištenja i transporta prehrambenih proizvoda itd.
Ugljični dioksid svuda je popularna roba i potražnja za njim stalno raste. U kućnim i malim poduzećima ugljični dioksid može se dobiti vađenjem iz dimnih plinova u postrojenjima za ugljični dioksid niskog kapaciteta. Osobama povezanim s tehnologijom nije teško sami napraviti takvu instalaciju. Podložno normama tehnološkog procesa, kvaliteta proizvedenog ugljičnog dioksida zadovoljava sve zahtjeve GOST 8050-85.
Ugljični dioksid može se dobiti i iz dimnih plinova kotlovnica (ili kotlova za grijanje privatnih kućanstava) i pomoću izgaranja posebnog goriva u samoj instalaciji.
Sada ekonomska strana stvari. Uređaj može raditi na bilo kojoj vrsti goriva. Prilikom sagorijevanja goriva (posebno za proizvodnju ugljičnog dioksida) oslobađa se sljedeća količina CO2:
prirodni plin (metan) - 1,9 kg CO2 pri izgaranju 1 kubičnog metra m plina;
bitumenski ugljen, različita ležišta - 2,1-2,7 kg SO2 izgaranjem 1 kg goriva;
propan, butan, dizelsko gorivo, lož ulje - 3,0 kg CO2 pri izgaranju 1 kg goriva.
Neće biti moguće potpuno izvući sav ispušteni ugljikov dioksid, a do 90% (moguće je postići 95% ekstrakcije) sasvim je moguće. Standardno punjenje 40-litrenog cilindra iznosi 24-25 kg, pa možete neovisno izračunati specifičnu potrošnju goriva kako biste dobili jedan cilindar ugljičnog dioksida.
Nije toliko velik, na primjer, u slučaju dobivanja ugljičnog dioksida izgaranjem prirodnog plina, dovoljno je sagorjeti 15 m3 plina.
Po najvišoj tarifi (Moskva) to je 60 rubalja. 40 litara. cilindar ugljičnog dioksida. U slučaju izvlačenja CO2 iz dimnih plinova kotlovnica, troškovi proizvodnje ugljičnog dioksida smanjuju se jer se smanjuju troškovi goriva i povećava dobit od instalacije. Instalacija može raditi danonoćno, u automatskom načinu rada uz minimalno sudjelovanje ljudi u procesu dobivanja ugljičnog dioksida. Kapacitet instalacije ovisi o količini CO2 sadržanoj u dimnim plinovima, dizajnu instalacije i može doseći 25 cilindara ugljičnog dioksida dnevno ili više.
Cijena 1 cilindra ugljičnog dioksida u većini regija Rusije prelazi 500 rubalja (prosinac 2008.) Mjesečni prihod od prodaje ugljičnog dioksida u ovom slučaju doseže: 500 rubalja / kuglu. x 25 bodova / dan x 30 dana = 375 000 rubalja. Toplina oslobođena tijekom izgaranja može se istodobno koristiti za zagrijavanje prostora, a u tom slučaju neće biti gubitka goriva. Treba imati na umu da se stanje okoliša na mjestu ekstrakcije ugljičnog dioksida iz dimnih plinova samo poboljšava, jer se emisije CO2 u atmosferu smanjuju.
Metoda ekstrakcije ugljičnog dioksida iz dimnih plinova dobivenih izgaranjem drvnog otpada (otpad od sječe i prerade drva, stolarske radnje itd.) Također se dobro preporučuje. U tom slučaju, isto postrojenje ugljičnog dioksida nadopunjeno je generatorom drvnog plina (tvornički ili samostalno napravljeno) za dobivanje drvnog plina. Drvni otpad (drvna sječka, drvna sječka, strugotine, piljevina itd.) Sipa se u bunker generatora plina 1-2 puta dnevno, inače jedinica radi na isti način kao u prethodnom.
Ispuštanje ugljičnog dioksida iz 1 tone drvnog otpada iznosi 66 cilindara. Prihod od jedne tone otpada je (po cijeni cilindra ugljikovog dioksida od 500 rubalja): 500 rubalja / lopti. x 66 bodova. = 33.000 rubalja.
Uz prosječnu količinu drvnog otpada iz jedne drvoprerađivačke radnje od 0,5 tona otpada dnevno, prihod od prodaje ugljičnog dioksida može doseći 500 tisuća rubalja. mjesečno, a u slučaju dostave otpada iz drugih drvno -tesarskih radionica, prihod postaje još veći.
Moguća je i mogućnost dobivanja ugljičnog dioksida izgaranjem automobilske gume, što također koristi samo našoj ekologiji.
U slučaju proizvodnje ugljičnog dioksida u količini većoj od one koju lokalno prodajno tržište može potrošiti, proizvedeni ugljični dioksid može se neovisno upotrijebiti za druge aktivnosti, kao i preraditi u druge kemijske tvari i reagense (na primjer, pomoću jednostavne tehnologije u ekološki prihvatljiva gnojiva koja sadrže ugljik, prašak za pecivo itd. itd.) do proizvodnje benzina iz ugljičnog dioksida.
Zbornik radova Instorf 11 (64)
UDK 622.73.002.5
Gorfin O.S. Gorfin O.S.
Gorfin Oleg Semenovich, dr. Sc., Prof. Odjel za strojeve i opremu za treset, Tversko državno tehničko sveučilište (TvSTU). Tver, Akademska, 12. [zaštićena e -pošta] Dr. Gorfin Oleg S., profesor katedre strojeva i opreme za treset Tverskog državnog tehničkog sveučilišta. Tver, Akademska, 12
Zyuzin B.F. Zyuzin B.F.
Zyuzin Boris Fedorovich, doktor tehničkih znanosti, prof., Voditelj. Odjel za tresetne strojeve i opremu, TvSTU [zaštićena e -pošta] Zyuzin Boris F., Dr. Sc., Profesor, voditelj katedre strojeva i opreme za treset Tverskog državnog tehničkog sveučilišta
Mikhailov A.V. Mikhailov A.V.
Mikhailov Alexander Viktorovich, doktor tehničkih znanosti, profesor Odjela za strojarstvo, Nacionalno sveučilište mineralnih resursa "Rudarstvo", Sankt Peterburg, Lenjinski prospekt, 55, bldg. 1, apt. 635. [zaštićena e -pošta] Mikhailov Alexander V., Dr. Sc., Profesor Katedre za strojarstvo Nacionalnog rudarskog sveučilišta, St. Petersburg, Leninsky pr., 55, zgrada 1, Apt. 635
UREĐAJ ZA DUBOKU
ZA DUBOKU KORIŠTENJE TOPLINE
Oporavak topline izgaranja
VRSTA POVRŠINE DIMNOG PLINA POVRŠINE TIP
Zabilješka. U članku se raspravlja o dizajnu izmjenjivača topline u kojem se mijenja način prijenosa oporabljene toplinske energije s nosača topline na medij koji prima toplinu, što omogućuje iskorištavanje topline isparavanja vlage goriva tijekom dubokog hlađenja dimnjaka plinova i potpuno ga koriste za zagrijavanje rashladne vode, usmjerene bez dodatne obrade za potrebe ciklusa parne turbine. Dizajn omogućuje, u procesu rekuperacije topline, pročišćavanje dimnih plinova od sumporne i sumporne kiseline te korištenje pročišćenog kondenzata kao Vruća voda... Sažetak. U članku je opisan dizajn izmjenjivača topline u kojem se koristi nova metoda za prijenos reciklirane topline s nosača topline na prijemnik topline. Konstrukcija omogućuje iskorištavanje topline isparavanja vlage goriva tijekom dubokog hlađenja dimnih plinova te je u potpunosti koristi za zagrijavanje rashladne vode dodijeljene bez daljnje obrade za potrebe ciklusa parne turbine. Dizajn omogućuje pročišćavanje otpadnih dimnih plinova od sumpora i sumporne kiseline te korištenje pročišćenog kondenzata kao tople vode.
Ključni pojmovi: CHP; kotlovnice; izmjenjivač topline površinskog tipa; duboko hlađenje dimnih plinova; iskorištavanje topline isparavanja vlage goriva. Ključne riječi: Kombinirana toplinska i elektrana; kotlovske instalacije; iskorištavač topline površinskog tipa; duboko hlađenje plinova izgaranja; iskorištavanje topline pare stvaranje vlage goriva.
Zbornik radova Instorf 11 (64)
U kotlovnicama termoelektrana energija isparavanja vlage i goriva zajedno s dimnim plinovima emitira se u atmosferu.
U uplinjenim kotlovnicama gubici topline s dimnim plinovima mogu doseći 25%. U kotlovnicama koje rade na kruta goriva gubici topline su još veći.
Za tehnološke potrebe TBZ -a, mljeveni treset sa sadržajem vlage do 50% spaljuje se u kotlovnicama. To znači da polovicu mase goriva čini voda, koja se pri sagorijevanju pretvara u paru, a gubitak energije pri isparavanju vlage goriva doseže 50%.
Smanjenje gubitaka toplinske energije nije samo pitanje uštede goriva, već i smanjenja štetnih emisija u atmosferu.
Smanjenje gubitaka toplinske energije moguće je korištenjem izmjenjivača topline različitih izvedbi.
Kondenzacijski izmjenjivači topline, u kojima se dimni plinovi hlade ispod točke rosišta, omogućuju korištenje latentne topline kondenzacije vodene pare vlage goriva.
Najrašireniji su kontaktni i površinski izmjenjivači topline. Kontaktni izmjenjivači topline imaju široku primjenu u industriji i elektroenergetici zbog jednostavnog dizajna, male potrošnje metala i velike stope izmjene topline (strugači, rashladni tornjevi). No, oni imaju značajan nedostatak: voda za hlađenje postaje zagađena zbog dodira s produktima izgaranja - dimnim plinovima.
U tom smislu privlačniji su površinski izmjenjivači topline koji nemaju izravan kontakt između produkata izgaranja i rashladne tekućine, čiji je nedostatak relativno niska temperatura zagrijavanja, jednaka temperaturi vlažnog termometra (50 .. 60 ° C).
Prednosti i nedostaci postojećih jedinica za oporabu topline naširoko su obrađene u posebnoj literaturi.
Učinkovitost površinskih izmjenjivača topline može se značajno povećati promjenom metode izmjene topline između medija koji daje toplinu i prima je, kako je to učinjeno u predloženoj izvedbi izmjenjivača topline.
Prikazana je shema izmjenjivača topline za duboko iskorištavanje topline dimnih plinova
na slici. Tijelo izmjenjivača topline 1 leži na bazi 2. U srednjem dijelu tijela nalazi se izolirani spremnik 3 u obliku prizme, ispunjen prethodno pročišćenom tekućom vodom. Voda ulazi odozgo kroz mlaznicu 4 i uklanja se na dnu kućišta 1 pumpom 5 kroz otvor 6.
Na dvije krajnje strane spremnika 3 nalaze se izolirane od srednjeg dijela omotača 7 i 8, čije su šupljine kroz volumen spremnika 3 međusobno povezane nizovima vodoravnih paralelnih cijevi, tvoreći snopove cijevi 9, u koje se plinovi kreću u jednom smjeru. Košulja 7 podijeljena je na odjeljke: donja i gornja pojedinačna 10 (visina h) i preostalih 11 - dvostruka (visina 2h); omotač 8 ima samo dvostruke dijelove 11. Donji pojedinačni dio 10 omotača 7 povezan je snopom cijevi 9 s donjim dijelom dvostrukog dijela 11 omotača 8. Nadalje, gornji dio ovog dvostrukog dijela 11 omotača 8 spojen je snopom cijevi 9 s donjim dijelom sljedećeg dvostrukog dijela 11 omotača 7 itd. Slijedom je gornji dio presjeka jedne košuljice spojen s donjim dijelom presjeka drugog omotača, a gornji dio ovog presjeka spojen je snopom cijevi 9 s donjim dijelom sljedećeg odjeljka prvi omotač, tvoreći tako zavojnicu promjenjivog presjeka: snopovi cijevi 9 povremeno se izmjenjuju s volumenom presjeka omotača. U donjem dijelu zavojnice nalazi se grana 12 za dovod dimnih plinova, u gornjem dijelu grana 13 za ispuh plinova. Razvodne cijevi 12 i 13 međusobno su povezane zaobilaznim kanalom za plin 4, u koji je ugrađen otvor 15, dizajniran za preraspodjelu dijela vrućih dimnih plinova zaobilazeći izmjenjivač topline u dimnjak (nije prikazano na slici).
Dimni plinovi ulaze u izmjenjivač topline i podijeljeni su u dva toka: glavni dio (oko 80%) produkata izgaranja ulazi u donji pojedinačni dio 10 (visina h) omotača 7 i usmjeren je kroz cijevi snopa 9 do zavojnice izmjenjivača topline. Ostatak (oko 20%) ulazi u obilazni dimnjak 14. Preraspodjela plina provodi se radi povećanja temperature ohlađenih dimnih plinova nizvodno od izmjenjivača topline na 60-70 ° C kako bi se spriječila moguća kondenzacija ostataka pare vlage goriva u repnim dijelovima sustava.
Dimni plinovi dovode se u izmjenjivač topline odozdo kroz razvodnu cijev 12 i uklanjaju se unutra
Zbornik radova Instorf 11 (64)
Crtanje. Dijagram izmjenjivača topline (pogled A - spajanje cijevi s omotačima) Slika. Shema grijača (izgled A - spajanje cijevi s košuljama)
u gornjem dijelu jedinice - razvodna cijev 13. Unaprijed pripremljena hladna voda puni spremnik odozgo kroz odvodnu cijev 4, a uklanja se pomoću crpke 5 i zatvarača 6 koji se nalaze u donjem dijelu kućišta 1. Protutok vode i dimovoda plinovi povećava učinkovitost izmjene topline.
Kretanje dimnih plinova kroz izmjenjivač topline vrši se tehnološkim dimnjakom kotlovnice. Kako bi se prevladao dodatni otpor koji stvara izmjenjivač topline, moguće je ugraditi snažniji ispušni ventilator. Treba imati na umu da se dodatni hidraulički otpor djelomično prevladava smanjenjem volumena produkata izgaranja zbog kondenzacije vodene pare u dimnim plinovima.
Dizajn izmjenjivača topline omogućuje ne samo učinkovito iskorištavanje topline isparavanja vlage goriva, već i uklanjanje nastalog kondenzata iz struje dimnih plinova.
Volumen presvlaka 7 i 8 veći je od volumena cijevi koje ih povezuju, pa se brzina plina u njima smanjuje.
Dimni plinovi koji ulaze u izmjenjivač topline imaju temperaturu od 150-160 ° C. Sumporna i sumporna kiselina kondenziraju se na temperaturi od 130-140 ° C, pa se kondenzacija kiselina događa u početnom dijelu zavojnice. S smanjenjem brzine protoka plina u ekspandirajućim dijelovima odjeljaka zavojnice - omotača i povećanjem gustoće kondenzata sumporne i sumporne kiseline u tekućem stanju u usporedbi s gustoćom u plinovitom stanju, dolazi do višestrukih promjena smjera protoka dimnih plinova (inercijsko odvajanje), kiseli kondenzat taloži se i ispire iz plinova dio kondenzata vodene pare u sakupljač kondenzata kiselina 16, odakle se, kad se okidač 17 aktivira, odvodi u industrijski kanalizacijski sustav.
Većina kondenzata - kondenzat vodene pare oslobađa se uz daljnje smanjenje temperature plina na 60-70 ° C u gornjem dijelu zavojnice i ulazi u sakupljač vlage kondenzata 18, odakle se može koristiti kao topla voda bez dodatnih obrada.
Zbornik radova Instorf 11 (64)
Zavojne cijevi moraju biti izrađene od materijala protiv korozije ili s unutarnjim premazom protiv korozije. Kako bi se spriječila korozija, potrebno je žvakati sve površine izmjenjivača topline i spojnih cjevovoda.
U ovoj izvedbi izmjenjivača topline dimni plinovi koji sadrže paru vlage goriva kreću se kroz cijevi zavojnice. U tom slučaju koeficijent prijenosa topline nije veći od 10.000 W / (m2 ° C), zbog čega se učinkovitost prijenosa topline naglo povećava. Cijevi zavojnice nalaze se izravno u volumenu rashladne tekućine, pa se izmjena topline odvija na stalan način. To omogućuje duboko hlađenje dimnih plinova na temperaturu od 40-45 ° C, a sva iskorištena toplina isparavanja vlage goriva prenosi se u rashladnu vodu. Rashladna voda ne dolazi u dodir s dimnim plinovima, pa se može koristiti bez dodatne obrade u ciklusu parne turbine i potrošačima tople vode (u sustavu opskrbe toplom vodom, zagrijavanju vode u povratnoj mreži, tehnološkim potrebama poduzeća , u staklenicima i na stakleničkim farmama itd.). To je glavna prednost predloženog dizajna izmjenjivača topline.
Prednost predloženog uređaja je u tome što izmjenjivač topline regulira vrijeme prijenosa topline iz okruženja vrućih dimnih plinova rashladne tekućine, a time i njegovu temperaturu, promjenom protoka tekućine uz pomoć zatvarača.
Za provjeru rezultata korištenja izmjenjivača topline napravljeni su toplinski i tehnički proračuni za kotlovsko postrojenje s kotlovskom parom od 30 t pare / h (temperatura 425 ° C, tlak 3,8 MPa). Peć sagorijeva 17,2 t / h mljevenog treseta sa sadržajem vlage od 50%.
Treset sa sadržajem vlage od 50% sadrži 8,6 t / h vlage, koja se pri sagorijevanju treseta pretvara u dimne plinove.
Potrošnja suhog zraka (dimnih plinova)
Gfl. g = a x L x G, ^^ = 1,365 x 3,25 x 17 200 = 76 300 kg d. / h,
gdje je L = 3,25 kg suho. g / kg treseta je teoretski potrebna količina zraka za izgaranje; a = 1,365 - prosječni koeficijent propuštanja zraka.
1. Toplina iskorištavanja dimnih plinova Entalpija dimnih plinova
J = ccm x t + 2,5 d, ^ w / kG. suho plin,
gdje je ccm toplinski kapacitet dimnih plinova (toplinski kapacitet smjese), w / kg ° K, t temperatura plinova, ° K, d je sadržaj vlage dimnih plinova, G. vlaga / kg . d. g.
Toplinski kapacitet smjese
ssM = sg + 0,001 dcn,
gdje cr, cn - toplinski kapacitet suhog plina (dimni plinovi) odnosno pare.
1.1. Dimne plinove na ulazu u izmjenjivač topline s temperaturom 150 - 160 ° C uzimamo Ts.y. = 150 ° C; cn = 1,93 - toplinski kapacitet pare; cg = 1,017 je toplinski kapacitet suhih dimnih plinova pri temperaturi od 150 ° C; d150, G / kg. suho d - sadržaj vlage na 150 ° C.
d150 = GM./Gfl. g. = 8600/76 300 x 103 =
112,7 g / kg. suho G,
gdje je Gvl. = 8600 kg / h - masa vlage u gorivu. ccm = 1,017 + 0,001 x 112,7 x 1,93 = 1,2345 ^ w / kg.
Entalpija dimnih plinova J150 = 1,2345 x 150 + 2,5 x 112,7 = 466,9 ^ l / kg.
1.2. Dimni plinovi na izlazu iz izmjenjivača topline s temperaturom od 40 ° C
ccm = 1,017 + 0,001 x 50 x 1,93 = 1,103 ^ w / kG ° C.
d40 = 50 g / kg suhog g.
J40 = 1,103 x 40 + 2,5 x 50 = 167,6 ^ w / kg.
1.3. U izmjenjivaču topline 20% plinova prolazi kroz kanal zaobilaznog plina, a 80% - kroz zavojnicu.
Masa plinova koji prolaze kroz zavojnicu i sudjeluju u izmjeni topline
GzM = 0,8Gfl. g. = 0,8 x 76 300 = 61 040 kg / h.
1.4. Oporavak od vrućine
Ex = (J150 - J40) x ^ m = (466,9 - 167,68) x
61 040 = 18,26 x 106, ^ l / h.
Ta se toplina troši na zagrijavanje rashladne vode.
Qx ™ = W x sv x (t2 - t4),
gdje je W potrošnja vode, kg / h; sv = 4,19 ^ w / kg ° C - toplinski kapacitet vode; t 2, t4 - temperatura vode
Zbornik radova Instorf 11 (64)
odnosno na izlazu i ulazu u izmjenjivač topline; uzimamo tx = 8 ° S.
2. Potrošnja rashladne vode, kg / s
W = Qyra / (sv x (t2 - 8) = (18,26 / 4,19) x 106 / (t2 - 8) / 3600 = 4,36 x 106 / (t2 -8) x 3600.
Pomoću dobivene ovisnosti moguće je odrediti protok rashladne vode potrebne temperature, na primjer:
^, ° S 25 50 75
W, kg / s 71,1 28,8 18,0
3. Potrošnja kondenzata G ^^ je:
^ i = GBM (d150 - d40) = 61,0 x (112,7 - 50) =
4. Provjera mogućnosti kondenzacije isparavanja zaostale vlage goriva u zadnjim elementima sustava.
Prosječni sadržaj vlage dimnih plinova na izlazu iz izmjenjivača topline
^ p = (d150 x 0,2 Gd.y. + d40 x 0,8 Gd.y.) / GA r1 =
112,7 x 0,2 + 50 x 0,8 = 62,5 g / kg suho. G.
Na J-d dijagramu taj sadržaj vlage odgovara temperaturi rosišta tp. R. = 56 ° C.
Stvarna temperatura dimnih plinova na izlazu iz izmjenjivača topline je
tcjmKT = ti50 x 0,2 + t40 x 0,8 = 150 x 0,2 + 40 x 0,8 = 64 ° C.
Budući da je stvarna temperatura dimnih plinova iza jedinice za oporabu topline veća od točke rosišta, neće doći do kondenzacije vlažne pare u gorivu u zadnjim elementima sustava.
5. Koeficijent učinkovitosti
5.1. Učinkovitost iskorištavanja topline isparavanja vlage u gorivu.
Količina topline isporučene izmjenjivaču topline
Q ^ h = J150 x Gft r = 466,9 x 76 300 =
35,6 x 106, M Dzh / h.
KPDutl. Q = (18,26 / 35,6) x 100 = 51,3%,
gdje je 18,26 x 106, MJ / h toplina iskorištenja isparavanja vlage goriva.
5.2. Učinkovitost oporabe vlage goriva
KPDutl. Š = ^ kond / Š) x 100 = (3825/8600) x 100 = 44,5%.
Stoga predloženi izmjenjivač topline i njegov način rada omogućuju duboko hlađenje dimnih plinova. Zbog kondenzacije vlažne pare u gorivu, učinkovitost izmjene topline između dimnih plinova i rashladne tekućine naglo se povećava. U tom se slučaju sva obnovljena latentna toplina isparavanja prenosi na zagrijavanje rashladne tekućine, koja se može koristiti u ciklusu parne turbine bez dodatne obrade.
Tijekom rada izmjenjivača topline dimni se plinovi čiste od sumporne i sumporne kiseline, pa se kondenzat pare može koristiti za opskrbu toplom toplinom.
Proračuni pokazuju da je učinkovitost:
Prilikom iskorištavanja topline isparavanja
vlaga goriva - 51,3%
Vlažnost goriva - 44,5%.
Bibliografija
1. Aronov, I.Z. Kontaktno zagrijavanje vode produktima izgaranja prirodnog plina. - L.: Nedra, 1990.- 280 str.
2. Kudinov, A.A. Ušteda energije u inženjeringu toplinske energije i toplinskim tehnologijama. - M.: Mashinostroenie, 2011.- 373 str.
3. Pat. 2555919 (RU). (51) IPC F22B 1 | 18 (20006.01). Izmjenjivač topline za dubinsko dobivanje topline iz dimnih plinova površinskog tipa i način njegova rada /
O.S. Gorfin, B.F. Zyuzin // Otkriće. Izumi. - 2015. - br. 19.
4. Gorfin, O.S., Mihajlov, A.V. Strojevi i oprema za preradu treseta. Dio 1. Proizvodnja tresetnih briketa. - Tver: TvGTU 2013..- 250 str.
U. V. Getman, N. V. Lezhneva METODE ZA Oporavak topline izlaznih plinova iz elektrana
Ključne riječi: postrojenja na plinske turbine, postrojenja s kombiniranim ciklusom
U radu se raspravlja o različitim metodama iskorištavanja topline ispušnih plinova iz elektrane s ciljem povećanja njihove učinkovitosti, uštede fosilnih goriva i povećanja energetskih kapaciteta.
Ključne riječi: plinsko-turbinske instalacije, parno-plinske instalacije
U radu se razmatraju različite metode iskorištavanja topline izlaznih plinova iz energetskih postrojenja u svrhu povećanja njihove učinkovitosti, ekonomičnosti organskog goriva i akumulacije energetskih kapaciteta.
S početkom ekonomskih i političkih reformi u Rusiji, prije svega, potrebno je izvršiti niz temeljnih promjena u elektroenergetskoj industriji zemlje. Nova energetska politika trebala bi riješiti niz problema, uključujući razvoj suvremenih visoko učinkovitih tehnologija za proizvodnju električne i toplinske energije.
Jedan od tih zadataka je poboljšati učinkovitost elektrana radi uštede fosilnih goriva i povećanja energetskih kapaciteta. Najviše
u tom smislu obećavaju plinskoturbinska postrojenja, s ispušnim plinovima od kojih se emitira do 20% topline.
Postoji nekoliko načina za poboljšanje učinkovitosti motora s plinskim turbinama, uključujući:
Porast temperature plina ispred turbine za plinsku turbinu s jednostavnim termodinamičkim ciklusom,
Aplikacija za oporavak topline,
Korištenje topline dimnih plinova u binarnim ciklusima,
Stvaranje postrojenja na plinske turbine prema složenoj termodinamičkoj shemi itd.
Najperspektivnijim smjerom smatra se zajedničko korištenje plinskih turbinskih i parnih turbinskih jedinica (GTU i STU) radi poboljšanja njihovih ekonomskih i ekoloških karakteristika.
Plinske turbine i kombinirana postrojenja stvorena njihovom uporabom, s trenutno tehnički dostižnim parametrima, omogućuju značajno povećanje učinkovitosti proizvodnje toplinske i električne energije.
Široka uporaba binarnih CCGT jedinica, kao i različite kombinirane sheme tijekom tehničkog preuređenja termoelektrana, uštedjet će do 20% goriva u usporedbi s tradicionalnim parnim turbinskim jedinicama.
Prema riječima stručnjaka, učinkovitost kombiniranog ciklusa para-plin raste s povećanjem početne temperature plina prije agregata plinske turbine i povećanjem udjela kapaciteta plinske turbine. Važna vrijednost
Također ima činjenicu da, osim što povećavaju učinkovitost, takvi sustavi zahtijevaju znatno niže kapitalne troškove, njihova jedinična cijena je 1,5 - 2 puta manja od cijene parnih turbinskih jedinica na plinsko lož ulje i CCGT jedinica s minimalnom plinskom turbinom kapacitet.
Prema podacima, mogu se razlikovati tri glavna pravca uporabe GTU -a i CCGT -a u elektroenergetici.
Prvi, koji se naširoko koristi u industrijski razvijenim zemljama, je uporaba CCGT -a u velikim kondenzacijskim termoelektranama na plin. U tom slučaju najučinkovitije je koristiti CCGT tipa uporabe s velikim udjelom kapaciteta plinske turbine (slika 1).
Korištenje CCGT jedinice omogućuje povećanje učinkovitosti izgaranja goriva u TE za ~ 11-15% (CCGT s ispuštanjem plina u kotao), za ~ 25-30% (binarne CCGT jedinice).
Do nedavno se nije radilo na opsežnom radu na uvođenju CCGT -a u Rusiji. Ipak, pojedinačni uzorci takvih instalacija dugo su i uspješno korišteni, na primjer, CCGT s visokotlačnim generatorom pare (HPG) tipa VPG-50 glavne jedinice CCGT-120 i 3 modernizirane snage jedinice s VPG-120 u podružnici CHPP-2 JSC TGK-1 "; CCGT-200 (150) s VPG-450 u podružnici SDPV-a u Nevinnomysskoj. Na Krasnodarskoj GRES instalirane su tri energetske jedinice kombiniranog ciklusa snage 450 MW. Pogonski agregat uključuje dvije plinske turbine snage po 150 MW, dva kotla za otpadnu toplinu i parnu turbinu snage 170 MW, učinkovitost takve instalacije je 52,5%. Unaprijediti
povećanje učinkovitosti CCGT jedinice tipa uporabe moguće je poboljšanjem
plinsko turbinsko postrojenje i komplikacija sheme procesa pare.
Riža. 1 - Shema CCGT jedinice s kotlom za otpadnu toplinu
Postrojenje kombiniranog ciklusa s kotlom
alat za uporabu (slika 1) uključuje: 1-
kompresor; 2 - komora za izgaranje; 3 - plin
turbina; 4 - električni generator; 5 - kotao
utilizator; 6 - parna turbina; 7 - kondenzator; osam
Pumpa i 9 - odzračivač. U kotlu za otpadnu toplinu gorivo se ne sagorijeva, a nastala pregrijana para koristi se u parnoj turbinskoj jedinici.
Drugi smjer je korištenje plinskih turbina za stvaranje CCGT - CHP i GTU - CHP. Posljednjih godina predloženo je mnogo mogućnosti za tehnološke sheme CCGT-CHPP. Preporučljivo je koristiti kombinirane toplane i elektrane na kogeneracijama koje rade na plin.
vrsta korištenja. Tipičan primjer
velika CCGT - CHPP ovog tipa je sjeverozapadna CHPP u St. Jedna CCGT jedinica u ovoj CHPP uključuje: dvije plinske turbine snage po 150 MW, dva kotla za otpadnu toplinu i parnu turbinu. Glavni pokazatelji jedinice: električna snaga - 450 MW, toplinska snaga- 407 MW, specifična potrošnja ekvivalentnog goriva za opskrbu električnom energijom - 154,5 g. tona / (kWh), specifična potrošnja ekvivalentnog goriva za opskrbu toplinom - 40,6 kg k.u. t / GJ, učinkovitost CHPP -a za opskrbu električnom energijom - 79,6%, toplinska energija - 84,1%.
Treći smjer je korištenje plinskih turbina za stvaranje CCGT - CHPP i GTU - CHPP malih i srednjih kapaciteta na bazi kotlovnica. CCGT - CHP i GTU - CHP najbolje opcije, stvorene na temelju kotlovnica, osiguravaju učinkovitost opskrbe električnom energijom u načinu grijanja na razini od 76 - 79%.
Tipično postrojenje s kombiniranim ciklusom sastoji se od dva GTU-a, svaki sa svojim vlastitim kotlom na otpadnu toplinu koji opskrbljuje generiranu paru u jednu zajedničku parnu turbinu.
Instalacija ovog tipa razvijena je za Shchekinskaya GRES. CCGT-490 projektiran je za proizvodnju električne energije u osnovnim i djelomičnim načinima rada elektrane s opskrbom toplinom do 90 MW potrošača treće strane tijekom zime temperaturni grafikon. Shematski dijagram jedinica CCGT-490 bila je prisiljena usredotočiti se na nedostatak prostora pri postavljanju kotla za otpadnu toplinu i
parne turbine u zgradama elektrane, što je stvorilo određene poteškoće za postizanje optimalnih načina kombinirane proizvodnje topline i energije.
U nedostatku ograničenja na mjestu instalacije, kao i pri korištenju poboljšane jedinice plinske turbine, moguće je značajno povećati učinkovitost jedinice. Kao takva poboljšana CCGT jedinica, predlaže se jednoosovinska CCGT jedinica-320 snage 300 MW. Cjeloviti GTU za CCGT-320 je jednoosovinski GTE-200, čije se stvaranje treba provesti prelaskom na
rotor s dva ležaja, modernizacija rashladnog sustava i drugih jedinica agregata plinske turbine radi povećanja početne temperature plina. Osim GTE-200, monoblok CCGT-320 sadrži K-120-13 STU s trocilindričnom turbinom, pumpu za kondenzat, kondenzator za parne brtve, grijač koji se napaja toplinskom parom koja se dovodi iz ekstrakcije prije posljednja faza PT-a, kao i kotao za otpadnu toplinu s dva tlaka, koji sadrži osam područja izmjene topline, uključujući i međugrijač pare.
Kako bi se procijenila učinkovitost instalacije, proveden je termodinamički izračun, zbog čega je zaključeno da se pri radu u kondenzacijskom načinu rada CCGT-490 ShGRGRES njegova električna učinkovitost može povećati za 2,5% i dovesti do 50,1% .
Istraživanje grijanja
Postrojenja s kombiniranim ciklusom pokazala su da gospodarski učinak jedinice CCGT značajno ovisi o strukturi njihovog toplinskog kruga, čiji se izbor provodi u korist jedinice koja osigurava minimalna temperatura dimni plinovi. To je zbog činjenice da su ispušni plinovi glavni izvor gubitaka energije, a kako bi se povećala učinkovitost kruga, njihova se temperatura mora smanjiti.
Model jednogeneracijske kogeneracijske CCGT jedinice prikazan na Sl. 2, uključuje bojler otpadne topline bubnjastog tipa s prirodnom cirkulacijom medija u krugu isparavanja. Tijekom plinova u kotlu, odozdo prema gore, grijaće površine se uzastopno nalaze:
parni pregrijač PP, isparivač I, ekonomizator E i plinski pregrijač mrežne vode GSP.
Riža. 2 - Toplinski dijagram jednokružnog CCGT -a
Izračuni sustava pokazali su da se pri promjeni parametara žive pare para koju generira CCGT jedinica preraspodjeljuje između toplinskih i električnih opterećenja. S povećanjem parametara pare povećava se proizvodnja električne energije, a smanjuje se proizvodnja toplinske energije. To je zbog činjenice da se povećanjem parametara žive pare smanjuje njezina proizvodnja. Istodobno, zbog smanjenja potrošnje pare s malom promjenom njegovih parametara u ekstrakciji, toplinsko opterećenje grijača vode za grijanje se smanjuje.
Dvokružna CCGT jedinica, kao i jednokružna, sastoji se od dvije plinske turbine, dva kotla za otpadnu toplinu i jedne parne turbine (slika 3). Zagrijavanje mrežne vode provodi se u dva PGS grijača i (ako je potrebno) u vrhunskom mrežnom grijaču.
Tijekom plinova u kotlu za otpadnu toplinu
sljedeće
grijaće površine: pregrijač visokotlačni PPVD, isparivač visokog tlaka IVD, štednjak visokog tlaka EVD, parni pregrijač niskog tlaka PPND,
isparivač niskog tlaka IND, plinski grijač niskog tlaka GPND, plinski grijač mrežne vode GSP.
Riža. 3 - Osnovni toplinski dijagram
dvokružni CCGT
Riža. 4 - Shema iskorištavanja topline ispušnih plinova GTU -a
Osim kotla za otpadnu toplinu, toplinski krug uključuje parnu turbinu s tri cilindra, dva grijača za zagrijavanje vode PSG1 i PSG2, odzračivač D i pumpe za napajanje PEN. Ispušna para turbine poslana je u PSG1. Para iz polijetanja turbine dovodi se do grijača PSG2. Sva mrežna voda prolazi kroz PSG1, tada se dio vode usmjerava u PSG2, a drugi dio, nakon prve faze zagrijavanja, odlazi u GSP koji se nalazi na kraju plinske staze kotla za otpadnu toplinu. Kondenzat grijaće pare PSG2 ispušta se u PSG1, a zatim ulazi u LPHG, a zatim u odzračivač. Dovodna voda nakon odzračivača dijelom ulazi u ekonomizator kruga visokog tlaka, a dijelom u bubanj B kruga niskog tlaka. Para iz niskotlačnog pregrijača miješa se s glavnim protokom pare nakon visokotlačnog cilindra (HPC) turbine.
Kao što je pokazano usporednom analizom, kada se koristi plin kao glavno gorivo, preporučuje se uporaba shema iskorištavanja ako je omjer toplinske i električne energije 0,5 - 1,0, s omjerima 1,5 ili više, prednost se daje CCGT -u prema Shema "otpada".
Osim prilagođavanja ciklusa parne turbine ciklusu GTU, oporaba otpadne topline
GTU se može izvesti opskrbom parom koju proizvodi kotao za otpadnu toplinu u komoru za izgaranje GTU -a, kao i primjenom regeneracijskog ciklusa.
Provedba regeneracijskog ciklusa (slika 4) osigurava značajno povećanje učinkovitosti instalacije, za faktor 1,33, ako se pri stvaranju jedinice plinske turbine odabere stupanj povećanja tlaka u skladu s planiranim stupnjem regeneracije. Ovaj krug uključuje K-kompresor; R - regenerator; KS - komora za izgaranje; TK - turbina kompresora; ST - energetska turbina; CC - centrifugalni kompresor. Ako se postrojenje plinske turbine izvodi bez regeneracije, a stupanj povećanja tlaka l blizu optimalne vrijednosti, tada opremanje takve jedinice plinske turbine regeneratorom ne dovodi do povećanja njegove učinkovitosti.
Učinkovitost jedinice koja dovodi paru u komoru za izgaranje je 1,18 puta veća od učinkovitosti jedinice plinske turbine, što omogućuje smanjenje potrošnje gorivnog plina koju troši jedinica plinske turbine.
Usporedna analiza pokazala je da je najveća ušteda goriva moguća pri regeneracijskom ciklusu GTU -a s visokim stupnjem regeneracije, relativno niskom vrijednošću stupnja povećanja tlaka u kompresoru l = 3 i s malim gubicima produkata izgaranja. Međutim, u većini domaćih TKA kao pogon se koriste zrakoplovni i brodski plinskoturbinski motori s visokim stupnjem povećanja tlaka, pa je u ovom slučaju iskorištavanje topline ispušnih plinova učinkovitije u jedinici parne turbine. Instalacija s dovodom pare u komoru za izgaranje strukturno je najjednostavnija, ali manje učinkovita.
Jedan od načina za postizanje uštede plina i rješavanje problema okoliša je korištenje postrojenja s kombiniranim ciklusom na kompresorskoj stanici. Razvoj istraživanja odnosi se na dva alternativne opcije korištenje pare dobivene tijekom iskorištavanja topline ispušnih plinova iz jedinice plinske turbine: CCGT jedinica koju pokreće parna turbina puhača prirodnog plina i iz parne turbine električnog generatora. Temeljna razlika između ovih opcija leži u činjenici da se u slučaju CCGT jedinice s kompresorom ne koristi samo toplina ispušnih plinova GPU-a, već se i jedan GPU zamjenjuje pumpnom jedinicom parne turbine, a s CCGT jedinicom s električnim generatorom broj GPU jedinice. Provedena analiza pokazala je da CCGT jedinica s pogonom ventilatora na prirodni plin daje najbolje tehničke i ekonomske pokazatelje.
Ako je postrojenje s kombiniranim ciklusom s kotlom za otpadnu toplinu stvoreno na bazi kompresorske stanice, jedinica za plinsku turbinu koristi se za pogon puhala, a parna elektrana (PSU) za proizvodnju električne energije, dok temperatura ispušni plinovi iza kotla za otpadnu toplinu su 1400C.
Kako bi se povećala učinkovitost korištenja fosilnih goriva u decentraliziranim sustavima opskrbe toplinom, moguće je rekonstruirati kotlovnice za grijanje s postavljanjem u njih plinskih turbinskih jedinica (GTU) malog kapaciteta i iskorištavanjem proizvoda izgaranja u pećima postojećih kotlova . Istodobno, električna snaga jedinice plinske turbine ovisi o načinima rada za raspored toplinskih ili električnih opterećenja, kao i o ekonomskim čimbenicima.
Učinkovitost obnove kotlovnice može se procijeniti usporedbom dviju mogućnosti: 1 - izvorna (postojeća kotlovnica), 2 - alternativna, pomoću plinske turbine. Najveći učinak postignut je kada je električna snaga plinske turbine jednaka
maksimalno opterećenje područja potrošnje.
Usporedna analiza plinske turbinske jedinice s kotlovskom jedinicom koja proizvodi paru u količini od 0,144 kg / kg s. g., kondenziranje TU i GTU bez KU i sa TU suhom izmjenom topline pokazalo je sljedeće: korisno
električne energije - 1,29, potrošnja prirodnog plina - 1,27, opskrba toplinom - 1,29 (odnosno 12650 odnosno 9780 kJ / m3 prirodnog plina). Tako je relativno povećanje kapaciteta jedinice plinske turbine s ubrizgavanjem pare iz WHB -a bilo 29%, a potrošnja dodatnog prirodnog plina - 27%.
Prema podacima radnih ispitivanja, temperatura dimnih plinova u toplovodnim kotlovima je 180 - 2300C, što stvara povoljne uvjete za iskorištavanje topline plinova pomoću kondenzacijskih jedinica za oporabu topline (TU). U TU -u, koji
koriste se za prethodno zagrijavanje vode za grijanje kotlovi za toplu vodu, izmjena topline provodi se kondenzacijom vodene pare sadržane u dimnim plinovima, a zagrijavanje vode u samom kotlu događa se već u "suhom" načinu izmjene topline.
Prema podacima, uz uštedu goriva, upotreba TC -a također omogućuje uštedu energije. To se objašnjava činjenicom da kada se u bojler uvede dodatni protok cirkulirajuće vode, kako bi se održao procijenjeni protok kroz kotao, dio povratna voda toplinsku mrežu u količini jednakoj recirkulacijskom toku, zaobilazeći od povratne cijevi do opskrbe.
Prilikom dovršetka elektrana iz zasebnih pogonskih jedinica s pogonom na plinsku turbinu
električnih generatora, postoji nekoliko mogućnosti za iskorištavanje topline ispušnih plinova, na primjer, korištenjem
izmjenjivač topline (UTO) za zagrijavanje vode, ili pomoću kotla za otpadnu toplinu i
generator parne turbine za povećanje proizvodnje energije. Analiza rada stanice, uzimajući u obzir iskorištenost topline uz pomoć UHT-a, pokazala je značajno povećanje koeficijenta iskorištavanja topline, u nekim slučajevima za 2 puta ili više, te eksperimentalna istraživanja energetske jedinice EM-25/11 s motorom NK-37 omogućio je sljedeći zaključak. Ovisno o specifičnim uvjetima, godišnja opskrba oporabljenom toplinom može varirati od 210 do 480 tisuća GJ, a stvarna ušteda plina iznosila je 7 do 17 tisuća m3.
Književnost
1. V.M. Maslennikov, Inženjering toplinske energije, 3, 39-41 (2000).
2. V.I. Romanov, V.A. Krivutsa, Teploenergetika, 4, 27-30 (1996.).
3. L.V. Arseniev, V.G. Tyryshkin, Kombinirane jedinice s plinskim turbinama. L.: Mashinostroenie, 1982., 407 str.
4. V.I. Dlugoselsky, A.S. Zemtsov, Inženjering toplinske energije, 12, 3-7 (2000).
5. B.M. Troyanovsky, A.D. Trukhny, V.G. Gribin, Teploenergetika, 8, 9-13 (1998).
6. A. D. Tsoi, Industrijska energija, 4, 50-52 (2000).
7. A. D. Tsoi, A.V. A. V. Klevtsov Koryagin, Industrijska energija, 12, 25-32 (1997.).
8. V.I. Eveno, Teploenergetika, 12, 48-50 (1998).
9. N.I. Serebryannikov, E.I. Tapelev, A.K. Makhankov, Ušteda energije i pročišćavanje vode, 2, 3-11 (1998).
10.G.D. Barinberg, V.I. Dlugoselsky, Inženjering toplinske energije, 1, 16-20 (1998)
11. A.P. Bersenev, Inženjering toplinske energije, 5, 51-53 (1998).
12.E. N. Buharkin, Industrijska energija, 7, 34-37 (1998).
13. V.I. Dobrokhotov, Toplinska energija, 1, 2-8 (2000).
14. A.S. Popov, E.E. Novgorodsky, B.A. Permyakov, Industrijska energija, 1, 34-35 (1997).
15. I.V. Belousenko, Industrijska energija, 5, 53-55 (2000).
16. V.V. Getman, N.V. Ležnjev, Bilten Kazan. tehnol. Sveučilište, 18, 174-179 (2011).
17. N.V. Ležnjev, V.I. Elizarov, V.V. Hetman, Bilten Kazan. tehnol. Sveučilište, 17, 162-167 (2012).
© V.V. Getman - Kandidat tech. Znanosti, izv. Prof. odjel automatizacija tehnoloških procesa i proizvodnje FGBOU VPO "KNITU", 1ga [zaštićena e -pošta] yaMech; N.V. Lezhneva - Cand. tech. Znanosti, izv. Prof. odjel automatizacija tehnoloških procesa i proizvodnja FGBOU VPO "KNITU", [zaštićena e -pošta]
Toplina dimnih plinova koji napuštaju peći, osim za zagrijavanje zraka i plinovitog goriva, može se koristiti u kotlovima na otpadnu toplinu za stvaranje pare. Dok se zagrijani plin i zrak koriste u samoj peći, para se šalje vanjskim potrošačima (za potrebe proizvodnje i energije).
U svim slučajevima treba težiti najvećem povratu topline, tj. Vraćanju u radni prostor peći u obliku topline iz zagrijanih komponenata izgaranja (plinovito gorivo i zrak). Doista, povećanje povrata topline dovodi do smanjenja potrošnje goriva te do intenziviranja i poboljšanja tehnološkog procesa. Međutim, prisutnost rekuperatora ili regeneratora ne isključuje uvijek mogućnost ugradnje kotlova na otpadnu toplinu. Prije svega, kotlovi na otpadnu toplinu našli su primjenu u velikim pećima s relativno visokom temperaturom ispušnih dimnih plinova: u otvorenim pećima za izradu čelika, u reverberatorima za topljenje bakra, u rotacijskim pećima za sagorijevanje cementnog klinkera, sa suhim način proizvodnje cementa itd.
Riža. pet.
1 - pregrijač; 2 - cjevasta površina; 3 - dimnjak.
Toplina dimnih plinova koja izlazi iz regeneratora otvorenih peći s temperaturom od 500-650 ° C koristi se u kotlovskim cijevima na otpadnu toplinsku cijev s prirodnom cirkulacijom radne tekućine. Grijaća površina plinskocijevnih kotlova sastoji se od dimnih cijevi, unutar kojih dimni plinovi prolaze brzinom od oko 20 m / s. Toplina se prenosi s plinova na površinu grijanja konvekcijom, pa stoga povećanje brzine povećava prijenos topline. Kotlovi s plinskim cijevima jednostavni su za rad, ne zahtijevaju obloge i okvire tijekom ugradnje, a imaju veliku gustoću plina.
Na sl. 5 prikazuje plinski cijevni kotao postrojenja u Taganrogu prosječne produktivnosti D avg = 5,2 t / h, izračunat za prolaz dimnih plinova do 40.000 m 3 / h. Tlak pare koji stvara kotao iznosi 0,8 MN / m 2; temperatura 250 ° C. Temperatura plina prije kotla je 600 ° C, iza kotla 200 - 250 ° S.
U kotlovima s prisilnom cirkulacijom grijaću površinu čine zavojnice čiji položaj nije ograničen uvjetima prirodne cirkulacije pa su stoga takvi kotlovi kompaktni. Površine zavojnica izrađene su od cijevi malog promjera, na primjer d = 32 × 3 mm, što čini težinu kotla lakšom. Kod višestruke cirkulacije, kada je brzina cirkulacije 5 - 18, brzina vode u cijevima je značajna, ne manja od 1 m / s, zbog čega se oborina otopljenih soli iz vode u zavojnicama smanjuje, a ispire se kristalna naslaga. Međutim, kotlovi se moraju napajati vodom kemijski obrađenom pomoću filtera za izmjenu kationa i drugim metodama pročišćavanja vode koje zadovoljavaju standarde napojne vode za konvencionalne parne kotlove.
Riža. 6.
1 - površina ekonomizera; 2 - površina za isparavanje; 3 - pregrijač; 4 - sakupljač bubnja; 5 - cirkulacijska pumpa; 6 - hvatač mulja; 7 - dimnjak.
Na sl. 6 prikazuje raspored grijaćih površina zavojnica u okomitim dimnjacima. Kretanje smjese para-voda provodi se cirkulacijskom pumpom. Projekte kotlova ove vrste razvili su Tsentroenergochermet i Gipromez, a proizvode se za protok dimnih plinova do 50 - 125 tisuća m 3 / h sa prosječnim kapacitetom pare od 5 do 18 t / h.
Cijena pare iznosi 0,4 - 0,5 rubalja / tonu umjesto 1,2 - 2 rubalja / tonu za paru iz parnih turbina kogeneracije i 2 - 3 rubalja / tonu za paru iz industrijskih kotlovnica. Trošak pare sastoji se od troškova energije za pogon dimnjaka, troškova za pripremu vode, amortizaciju, popravke i održavanje. Brzina plina u kotlu je 5 do 10 m / s, što osigurava dobar prijenos topline. Aerodinamički otpor staze plina iznosi 0,5 - 1,5 kn / m 2, pa jedinica mora imati umjetni propuh iz ispušne cijevi. Jačanjem potiska koji prati ugradnju kotlova na otpadnu toplinu, u pravilu se poboljšava rad peći na otvorenom. Takvi su kotlovi rasprostranjeni u tvornicama, ali zbog njihovog dobrog rada, zaštite grijaćih površina od zanošenja česticama prašine i troske i sustavnog čišćenja grijaćih površina od uvlačenja puhanjem pregrijanom parom, ispiranjem vodom (kad se kotao zaustavi), vibracijama, itd. potrebni su.
Riža. 7.
Da bi se iskoristila toplina dimnih plinova koji dolaze iz reverberacijskih peći za taljenje bakra, ugrađeni su kotlovi s vodenim cijevima s prirodnom cirkulacijom (slika 7). Dimni plinovi u ovom slučaju su vrlo visoka temperatura(1100 - 1250 ° C) i onečišćeni su prašinom u količini do 100 - 200 g / m 3, a dio prašine ima visoka abrazivna (abrazivna) svojstva, drugi dio je u omekšanom stanju i može nastati troska grijaću površinu kotla. Zbog visokog udjela prašine u plinovima do sada se napušta oporaba topline u tim pećima i ograničava uporaba dimnih plinova u kotlovima na otpadnu toplinu.
Prijenos topline s plinova na površine za isparavanje sita vrlo je intenzivan, zbog čega je osigurano intenzivno isparavanje čestica troske, hlađenje, granuliranje i padanje u lijevak troske, što isključuje trošenje konvektivne grijaće površine kotla. Ugradnja takvih kotlova za uporabu plinova s relativno niskom temperaturom (500 - 700 ° C) nije praktična zbog slabog prijenosa topline zračenjem.
U slučaju opreme peći na visoke temperature Poželjno je ugraditi kotlove za otpadnu toplinu s metalnim rekuperatorima neposredno iza radnih komora peći. U tom slučaju temperatura dimnih plinova u kotlu pada na 1000 - 1100 ° C. Na ovoj temperaturi već se mogu usmjeriti na odjeljak rekuperatora otporan na toplinu. Ako plinovi nose puno prašine, tada je kotao za otpadnu toplinu raspoređen u obliku sitastog kotla-granulatora šljake, koji osigurava odvajanje uvlačenja iz plinova i olakšava rad rekuperatora.