Utilizarea profundă a căldurii gazelor de ardere. Utilizarea căldurii de gaz rezidual în cazane industriale pe gaz

În prezent, temperatura gazelor de ardere care ies din cazan este considerată a fi de cel puțin 120-130 ° C din două motive: pentru a exclude condensarea vaporilor de apă pe porci, conducte de gaz și coșuri și pentru a crește tirajul natural, ceea ce reduce capul extractorului de fum. În acest caz, căldura gazelor de ardere şi căldura latentă de vaporizare a vaporilor de apă pot fi utilizate în mod avantajos. Utilizarea căldurii gazelor de evacuare și a căldurii latente de vaporizare a vaporilor de apă se numește metoda de utilizare profundă a căldurii gazelor de ardere. În prezent există diverse tehnologii implementări ale acestei metode testate în Federația Rusăși a găsit o utilizare pe scară largă în străinătate. Metoda de utilizare profundă a căldurii gazelor de ardere face posibilă creșterea eficienței unei instalații consumatoare de combustibil cu 2-3%, ceea ce corespunde unei scăderi a consumului de combustibil cu 4-5 kg ​​echivalent combustibil. per 1 Gcal de căldură generată. La introducerea acestei metode, există dificultăți și limitări tehnice asociate în principal cu complexitatea calculării procesului de transfer de căldură și masă cu utilizarea profundă a căldurii din gazele de ardere de evacuare și nevoia de automatizare a procesului, cu toate acestea, aceste dificultăți pot fi rezolvate cu ajutorul nivel modern de tehnologie.

Pentru introducerea pe scară largă a acestei metode, este necesar să se elaboreze linii directoare pentru calcularea și instalarea sistemelor de utilizare în adâncime a căldurii gazelor de ardere și adoptarea de acte juridice care interzic punerea în funcțiune a instalațiilor de gaze naturale care utilizează combustibil fără utilizarea profundă. a căldurii gazelor de ardere.

1. Formularea problemei după metoda (tehnologia) considerată de creștere a eficienței energetice; prognoza consumului excesiv de resurse energetice sau o descriere a altor consecințe posibile la scară națională, menținând în același timp situația actuală

În prezent, temperatura gazelor de ardere care ies din cazan este considerată a fi de cel puțin 120-130 ° C din două motive: pentru a exclude condensarea vaporilor de apă pe porci, conducte de gaz și coșuri și pentru a crește tirajul natural, ceea ce reduce capul extractorului de fum. În acest caz, temperatura gazelor de ardere afectează direct valoarea q2 - pierderea de căldură cu gazele de ardere, una dintre componentele principale ale bilanţului termic al cazanului. De exemplu, o scădere a temperaturii gazelor de ardere cu 40 ° C atunci când cazanul este alimentat cu gaz natural și un raport de aer în exces de 1,2 crește randamentul brut al cazanului cu 1,9%. Aceasta nu ia în considerare căldura latentă de vaporizare a produselor de ardere. Până în prezent, marea majoritate a centralelor de apă caldă și abur din țara noastră care ard gaze naturale nu sunt dotate cu instalații care să utilizeze căldura latentă de vaporizare a vaporilor de apă. Această căldură se pierde împreună cu gazele de ardere.

2. Disponibilitatea metodelor, metodelor, tehnologiilor etc. pentru a rezolva problema indicată

În prezent, metodele de utilizare în profunzime a căldurii reziduale de gaze (VER) sunt utilizate prin utilizarea dispozitivelor de recuperare, de amestecare, combinate care funcționează la tehnici diferite valorificarea căldurii conţinute de gazele de ardere. În același timp, aceste tehnologii sunt utilizate în majoritatea cazanelor puse în funcțiune în străinătate care ard gaze naturale și biomasă.

3. Scurta descriere metoda propusă, noutatea și conștientizarea acesteia, disponibilitatea programelor de dezvoltare; duce la implementarea în masă în toată țara

Cea mai frecvent utilizată metodă de utilizare profundă a căldurii gazelor de ardere este aceea că produsele de ardere a gazelor naturale după cazan (sau după un economizor de apă) cu o temperatură de 130-150 ° C sunt împărțite în două fluxuri. Aproximativ 70-80% din gaze sunt direcționate prin coșul principal și intră în schimbătorul de căldură de tip condensare de suprafață, restul gazelor sunt direcționate către coșul de derivație. În schimbătorul de căldură, produsele de ardere sunt răcite la 40-50 ° C, în timp ce o parte din vaporii de apă se condensează, ceea ce face posibilă utilizarea utilă atât a căldurii fizice a gazelor de ardere, cât și a căldurii latente de condensare a unei părți a apei. vaporii continuti in ele. Produsele de ardere răcite după separatorul de picături sunt amestecate cu produse de ardere nerăcite care trec prin coșul de ocolire și la o temperatură de 65-70 ° C sunt evacuate de evacuatorul de fum prin coș în atmosferă. Apa inițială pentru nevoile de tratare chimică a apei sau aerul care este apoi furnizat pentru ardere poate fi utilizată ca mediu încălzit într-un schimbător de căldură. Pentru a intensifica schimbul de căldură în schimbătorul de căldură, este posibilă furnizarea unui vapor dezaerator atmosfericîn conducta principală de gaz. De asemenea, trebuie remarcată posibilitatea utilizării ca sursă de apă a vaporilor de apă demineralizată condensată. Rezultatul introducerii acestei metode este o creștere a randamentului brut al cazanului cu 2-3%, ținând cont de utilizarea căldurii latente de vaporizare a vaporilor de apă.

4. Prognoza eficacității metodei pe termen lung, ținând cont de:
- creşterea preţurilor la resursele energetice;
- creșterea bunăstării populației;
- introducerea de noi cerințe de mediu;
- alti factori.

Această metodă mărește eficiența arderii gazelor naturale și reduce emisiile de oxizi de azot în atmosferă prin dizolvarea acestora în vapori de apă în condensare.

5. Lista grupurilor de abonați și obiectelor în care este posibilă utilizarea acestei tehnologii cu eficiență maximă; necesitatea unor cercetări suplimentare pentru extinderea listei

Această metodă poate fi utilizată la cazane de abur și apă caldă care utilizează gaz natural și lichefiat, biocombustibil drept combustibil. Pentru a extinde lista de obiecte în care poate fi utilizată această metodă, este necesar să se studieze procesele de transfer de căldură și masă a produselor de ardere a păcurului, motorinei ușoare și diferitelor grade de cărbune.

6. Subliniați motivele pentru care tehnologiile eficiente energetic propuse nu sunt aplicate la scară de masă; schițați un plan de acțiune pentru eliminarea barierelor existente

Această metodă nu este utilizată pe scară largă în Federația Rusă, de regulă, din trei motive:

• Lipsa de cunoaștere a metodei;
• Prezența limitărilor și dificultăților tehnice în implementarea metodei;
• Lipsă de fonduri.

7. Prezența restricțiilor tehnice și de altă natură privind aplicarea metodei la diverse obiecte; în absența informațiilor privind posibilele restricții, acestea trebuie determinate prin testare

Limitările și dificultățile tehnice în implementarea metodei includ:

• Complexitatea calculării procesului de utilizare a gazelor umede, deoarece procesul de transfer de căldură este însoțit de procese de transfer de masă;
• Necesitatea menținerii valorilor stabilite de temperatură și umiditate ale gazelor de ardere de evacuare, pentru a evita condensarea vaporilor în conductele de gaz și în coșul de fum;
• Necesitatea de a evita înghețarea suprafețelor de schimb de căldură la încălzirea gazelor reci;
• În același timp, este necesar să se efectueze teste ale conductelor de gaz și coșurilor de fum tratate cu acoperiri anticorozive moderne pentru posibilitatea reducerii restricțiilor de temperatură și umiditate a gazelor de ardere care ies după unitatea de recuperare a căldurii.

8. Necesitatea cercetării și dezvoltării și a testării suplimentare; temele și scopurile muncii

Necesitatea cercetării și dezvoltării și a testărilor suplimentare este menționată în clauzele 5 și 7.

9. Măsuri existente de încurajare, constrângere, stimulente pentru implementarea metodei propuse și necesitatea îmbunătățirii acestora

Nu există măsuri existente care să încurajeze și să constrângă introducerea acestei metode. Interesul pentru reducerea consumului de combustibil și a emisiilor de oxizi de azot în atmosferă poate stimula introducerea acestei metode.

10. Necesitatea de a dezvolta noi sau de a modifica legi și reglementări existente

Este necesar să se elaboreze linii directoare pentru calcularea și instalarea sistemelor de utilizare în profunzime a căldurii din gazele de ardere. Poate că este necesar să se adopte acte juridice care interzic punerea în funcțiune a instalațiilor care utilizează combustibili care utilizează gaze naturale fără utilizarea profundă a căldurii gazelor de ardere.

11. Disponibilitatea decretelor, regulilor, instrucțiunilor, standardelor, cerințelor, măsurilor prohibitive și a altor documente care reglementează utilizarea acestei metode și obligatorii pentru executare; necesitatea modificării acestora sau necesitatea schimbării înseși principiilor formării acestor documente; prezența documentelor normative, reglementărilor preexistente și necesitatea refacerii acestora

Nu există întrebări cu privire la aplicarea acestei metode în cadrul de reglementare existent.

12. Disponibilitatea proiectelor pilot implementate, analiza eficacității lor reale, deficiențele identificate și propunerile de îmbunătățire a tehnologiei, ținând cont de experiența acumulată

Nu există date despre implementarea pe scară largă a acestei metode în Federația Rusă, există experiență de implementare la CHPP a RAO UES și, după cum sa menționat mai sus, s-a acumulat o vastă experiență în utilizarea profundă a gazelor de ardere în străinătate. Institutul rusesc de inginerie termică a efectuat studii de proiectare a instalațiilor pentru utilizarea în profunzime a căldurii produse de ardere pentru cazanele de apă caldă PTVM (KVGM). Dezavantajele acestei metode și sugestiile de îmbunătățire sunt prezentate în clauza 7.

13. Posibilitatea de a influența alte procese în timpul introducerii masive a acestei tehnologii (modificări ale situației mediului, posibil impact asupra sănătății umane, creșterea fiabilității alimentării cu energie electrică, modificarea programelor zilnice sau sezoniere de încărcare a echipamentelor de putere, modificarea indicatorilor economici ai producerii de energie). și transmisie etc.)

Introducerea în masă a acestei metode va reduce consumul de combustibil cu 4-5 kg ​​echivalent combustibil. pe un Gcal de căldură generată și va afecta situația mediului prin reducerea emisiilor de oxizi de azot.

14. Disponibilitatea și suficiența instalațiilor de producție în Rusia și alte țări pentru implementarea în masă a metodei

Unitățile de producție specializate din Federația Rusă sunt capabile să asigure implementarea acestei metode, dar nu într-o versiune monobloc; atunci când se utilizează tehnologii străine, este posibilă o versiune monobloc.

15. Necesitatea pregătirii speciale a personalului calificat pentru exploatarea tehnologiei introduse și dezvoltarea producției

Pentru implementarea acestei metode este necesară pregătirea de specialitate existentă a specialiștilor. Este posibil să se organizeze seminarii de specialitate privind implementarea acestei metode.

16. Modalități prospective de implementare:
1) finanțare comercială (cu recuperarea costurilor);
2) un concurs pentru implementarea proiectelor de investiții dezvoltate ca urmare a efectuării lucrărilor de planificare energetică pentru dezvoltarea unei regiuni, oraș, așezare;
3) finanțare bugetară pentru proiecte eficiente de economisire a energiei cu perioade lungi de amortizare;
4) introducerea interdicțiilor și cerințelor obligatorii de aplicare, supravegherea respectării acestora;
5) alte sugestii.

Metodele de implementare propuse sunt:

• finanțare bugetară;
• atragerea investițiilor (perioada de amortizare 5-7 ani);
• introducerea cerințelor pentru punerea în funcțiune a noilor instalații consumatoare de combustibil.

La adăugați o descriere a tehnologiei de economisire a energiei la Catalog, completați chestionarul și trimiteți-l la marcat „la Catalog”.

Propun spre considerare activitățile de utilizare a gazelor de ardere. Gazele de ardere sunt abundente în orice sat și oraș. Majoritatea producătorilor de fum sunt cazane cu abur și apă caldă și motoare cu ardere internă. Nu voi lua în considerare gazele de ardere ale motoarelor în această idee (deși sunt potrivite și ca compoziție), dar mă voi opri mai detaliat asupra gazelor de ardere ale cazanelor.

Cea mai ușoară modalitate este de a folosi fumul cazanelor pe gaz (case industriale sau private), acesta este cel mai curat tip de gaz de ardere, care conține cantitatea minimă de impurități nocive. Puteți folosi și fumul cazanelor care ard cărbune sau combustibil lichid, dar în acest caz va trebui să curățați gazele de ardere de impurități (acest lucru nu este atât de dificil, dar costuri suplimentare).

Principalele componente ale gazelor de ardere sunt azotul, dioxidul de carbon și vaporii de apă. Vaporii de apă nu au nicio valoare și pot fi îndepărtați cu ușurință din gazele de ardere prin contactul gazului cu o suprafață rece. Componentele rămase au deja un preț.

Azotul gazos este utilizat în stingerea incendiilor, pentru transportul și depozitarea mediilor inflamabile și explozive, ca gaz protector pentru a preveni oxidarea substanțelor și materialelor ușor oxidate, pentru a preveni coroziunea rezervoarelor, a purja conductele și rezervoarele, pentru a crea medii inerte în silozuri. . Protecția cu azot previne creșterea bacteriilor, este folosită pentru a curăța mediile de insecte și microbi. V Industria alimentară Se recurge adesea la atmosferele de azot ca mijloc de creștere a duratei de valabilitate a alimentelor perisabile. Azotul gazos este utilizat pe scară largă pentru a obține azot lichid din acesta.

Pentru a obține azot, este suficient să separați vaporii de apă și dioxidul de carbon de gazele de ardere. În ceea ce privește următoarea componentă a fumului - dioxid de carbon (CO2, dioxid de carbon, dioxid de carbon), intervalul de utilizare a acestuia este și mai mare, iar prețul său este mult mai mare.

Îmi propun să obținem informații mai complete despre el. De obicei, dioxidul de carbon este stocat în butelii de 40 de litri vopsite în negru, cu inscripția galbenă „dioxid de carbon”. Un nume mai corect pentru СО2, "dioxid de carbon", dar toată lumea este deja obișnuită cu numele "dioxid de carbon", a rămas pentru СО2 și, prin urmare, inscripția "dioxid de carbon" de pe cilindri este încă păstrată. Există dioxid de carbon în cilindri sub formă lichidă. Dioxidul de carbon este inodor, non-toxic, neinflamabil și neexploziv. Este o substanță formată în mod natural în corpul uman. În aerul expirat de o persoană, acesta conține de obicei 4,5%. Principala aplicație a dioxidului de carbon este în carbonatarea și vânzarea în îmbuteliere băuturilor, este folosit ca gaz de protecție în timpul sudării cu utilizarea dispozitivelor semiautomate de sudare, este folosit pentru a crește randamentul (de 2 ori) al culturilor agricole în sere prin creșterea concentrația de CO2 în aer și creșterea (de 4-6 ori când sunt saturate cu apă dioxid de carbon) producția de microalge în timpul cultivării lor artificiale, pentru a menține și a îmbunătăți calitatea furajelor și a produselor, pentru a produce gheață carbonică și a o utiliza în crioblast instalatii (curatarea suprafetelor de contaminare) si pentru obtinerea de temperaturi scazute in timpul depozitarii si transportului produselor alimentare etc.

Dioxidul de carbon este o marfă populară peste tot și cererea pentru el este în continuă creștere. În afaceri casnice și mici, dioxidul de carbon poate fi obținut prin extragerea acestuia din gazele de ardere în instalații de dioxid de carbon de capacitate redusă. Nu este dificil pentru persoanele care au legătură cu tehnologie să realizeze singure o astfel de instalație. Sub rezerva normelor procesului tehnologic, calitatea dioxidului de carbon produs îndeplinește toate cerințele GOST 8050-85.
Dioxidul de carbon poate fi obținut atât din gazele de ardere ale cazanelor (sau cazanelor de încălzire ale gospodăriilor particulare), cât și prin arderea combustibilului special în instalația propriu-zisă.

Acum partea economică a problemei. Unitatea poate funcționa cu orice tip de combustibil. Când combustibilul este ars (în special pentru producerea de dioxid de carbon), se eliberează următoarea cantitate de CO2:
gaze naturale (metan) - 1,9 kg CO2 de la arderea a 1 metru cub m de gaz;
cărbune bituminos, diferite depozite - 2,1-2,7 kg de СО2 din arderea a 1 kg de combustibil;
propan, butan, motorină, păcură - 3,0 kg de CO2 din arderea a 1 kg de combustibil.

Nu va fi posibil să se extragă complet tot dioxidul de carbon emis și până la 90% (este posibil să se realizeze o extracție de 95%) este destul de posibil. Umplerea standard a unui cilindru de 40 de litri este de 24-25 kg, astfel încât să puteți calcula independent consumul specific de combustibil pentru a obține un cilindru de dioxid de carbon.

Nu este atât de mare, de exemplu, în cazul obținerii de dioxid de carbon din arderea gazelor naturale, este suficient să arzi 15 m3 de gaz.

La cel mai mare tarif (Moscova) este de 60 de ruble. 40 de litri. cilindru de dioxid de carbon. În cazul extragerii CO2 din gazele de ardere ale cazanelor, costul producerii dioxidului de carbon este redus, deoarece costul combustibilului scade și profitul din instalație crește. Instalația poate funcționa non-stop, în regim automat cu implicare umană minimă în procesul de obținere a dioxidului de carbon. Capacitatea instalației depinde de cantitatea de CO2 conținută în gazele de ardere, de designul instalației și poate ajunge la 25 de butelii de dioxid de carbon pe zi sau mai mult.

Prețul unui cilindru de dioxid de carbon în majoritatea regiunilor Rusiei depășește 500 de ruble (decembrie 2008). Încasările lunare din vânzarea de dioxid de carbon în acest caz ajunge la: 500 de ruble / minge. x 25 puncte/zi x 30 de zile = 375.000 de ruble. Căldura eliberată în timpul arderii poate fi folosită simultan pentru încălzirea spațiului și nu va exista risipă de combustibil în acest caz. Trebuie avut în vedere faptul că situația mediului la locul de extracție a dioxidului de carbon din gazele de ardere nu face decât să se îmbunătățească, deoarece emisiile de CO2 în atmosferă sunt în scădere.

Metoda de extragere a dioxidului de carbon din gazele de ardere obținute din arderea deșeurilor lemnoase (deșeuri din exploatare și prelucrare a lemnului, ateliere de tâmplărie etc.) se recomandă și ea destul de bine. În acest caz, aceeași instalație de dioxid de carbon este completată cu un generator de gaz din lemn (fabrică sau făcut singur) pentru a obține gaz de lemn. Deșeurile de lemn (așchii de lemn, așchii de lemn, așchii, rumeguș etc.) se toarnă în buncărul generatorului de gaz de 1-2 ori pe zi, în caz contrar unitatea funcționează în același mod ca cel de mai sus.
Producția de dioxid de carbon dintr-o tonă de deșeuri de lemn este de 66 de cilindri. Veniturile dintr-o tonă de deșeuri sunt (la prețul unui cilindru de dioxid de carbon de 500 de ruble): 500 de ruble / minge. x 66 puncte. = 33.000 de ruble.

Cu o cantitate medie de deșeuri de lemn dintr-un magazin de prelucrare a lemnului de 0,5 tone de deșeuri pe zi, veniturile din vânzarea de dioxid de carbon pot ajunge la 500 de mii de ruble. pe lună, iar în cazul livrării deșeurilor de la alte ateliere de prelucrare a lemnului și tâmplărie, veniturile devin și mai mari.

Este posibilă și opțiunea de a obține dioxid de carbon din ardere anvelope auto, care de asemenea beneficiază doar ecologia noastră.

În cazul producerii de dioxid de carbon într-o cantitate mai mare decât poate consuma piața locală de vânzare, dioxidul de carbon produs poate fi utilizat independent pentru alte activități, precum și prelucrat în alte substanțe chimice și reactivi (de exemplu, folosind o tehnologie simplă în îngrășăminte ecologice cu conținut de carbon, praf de copt etc. etc.) până la producerea de benzină din dioxid de carbon.

Instorf Proceedings 11 (64)

UDC 622.73.002.5

Gorfin O.S. Gorfin O.S.

dr. Gorfin Oleg Semenovici, prof. dr. Departamentul de Mașini și Echipamente pentru Turbă, Universitatea Tehnică de Stat din Tver (TvSTU). Tver, Academic, 12. [email protected] dr. Gorfin Oleg S., profesor al catedrei de mașini și echipamente pentru turbă a Universității Tehnice de Stat din Tver. Tver, Academicheskaya, 12

Zyuzin B.F. Zyuzin B.F.

Zyuzin Boris Fedorovich, doctor în științe tehnice, prof., șef. Departamentul Mașini și Echipamente pentru Turbă, TvSTU [email protected] Zyuzin Boris F., Dr. Sc., Profesor, Șef al Catedrei de Mașini și Utilaje pentru Turbă a Universității Tehnice de Stat Tver

Mihailov A.V. Mihailov A.V.

Mihailov Alexander Viktorovich, doctor în științe tehnice, profesor al Departamentului de Inginerie Mecanică, Universitatea Națională de Resurse Minerale „Miniserie”, Sankt Petersburg, Leninsky Prospect, 55, bldg. 1, ap. 635. [email protected] Mihailov Alexandru V., Dr. Sc., Profesor al catedrei de Construcție de Mașini a Universității Naționale de Mine, St. Petersburg, pr. Leninsky, 55, clădirea 1, ap. 635

DISPOZITIVUL PENTRU DEEP

PENTRU UTILIZAREA PROFUNDĂ A CĂLDURII

RECUPERAREA CALDURII GAZELOR DE ARDER

SUPRAFAȚA DE GAZ DE FUM TIP DE TIP SUPERFICIAL

Adnotare. Articolul discută proiectarea unui schimbător de căldură, în care metoda de transfer a energiei termice recuperate de la purtătorul de căldură la mediul care primește căldura este schimbată, ceea ce face posibilă utilizarea căldurii de vaporizare a umidității combustibilului în timpul răcirii profunde a coșului de fum. gaze și folosiți-l pe deplin pentru încălzirea apei de răcire, direcționat fără prelucrare suplimentară pentru nevoile ciclului turbinei cu abur. Designul permite, în procesul de recuperare a căldurii, curățarea gazelor arse de acizi sulfuric și sulfuros și utilizarea condensatului purificat ca apa fierbinte... Abstract. Articolul descrie proiectarea schimbătorului de căldură, în care se utilizează o nouă metodă pentru transmiterea căldurii reciclate de la purtătorul de căldură la receptorul de căldură. Construcția permite utilizarea căldurii de vaporizare a umidității combustibilului în timp ce răcirea profundă a gazelor de ardere și utilizarea completă pentru încălzirea apei de răcire alocată fără prelucrare ulterioară nevoilor ciclului turbinei cu abur. Designul permite purificarea gazelor de ardere reziduale din sulf și acid sulfuros și utilizarea condensatului purificat ca apă caldă.

Cuvinte cheie: CHP; centrale de cazane; schimbător de căldură de tip suprafață; răcirea profundă a gazelor de ardere; utilizarea căldurii de vaporizare a umidității combustibilului. Cuvinte cheie: Centrală combinată de energie termică și electrică; instalatii de cazane; utilizator de căldură de tip superficial; răcirea profundă a gazelor de ardere; utilizarea căldurii aburului formarea umidității combustibilului.

Instorf Proceedings 11 (64)

În cazanele centralelor termice, energia de vaporizare a umidității și combustibilului, împreună cu gazele de ardere, este emisă în atmosferă.

În cazanele gazificate, pierderile de căldură cu gazele de ardere pot ajunge la 25%. În cazanele care funcționează pe combustibili solizi, pierderile de căldură sunt și mai mari.

Pentru nevoile tehnologice ale TBZ, turba măcinată cu un conținut de umiditate de până la 50% este arsă în cazane. Aceasta înseamnă că jumătate din masa combustibilului este apă, care, atunci când este arsă, se transformă în abur, iar pierderea de energie pentru vaporizarea umidității din combustibil ajunge la 50%.

Reducerea pierderilor de căldură nu este doar o chestiune de economisire a combustibilului, ci și de reducerea emisiilor nocive în atmosferă.

Reducerea pierderilor de energie termică este posibilă atunci când se utilizează schimbătoare de căldură de diferite modele.

Schimbătoarele de căldură prin condensare, în care gazele de ardere sunt răcite sub punctul de rouă, fac posibilă utilizarea căldurii latente de condensare a vaporilor de apă din umiditatea combustibilului.

Cele mai răspândite sunt schimbătoarele de căldură de contact și de suprafață. Schimbătoarele de căldură cu contact sunt utilizate pe scară largă în industrie și în inginerie energetică datorită designului lor simplu, consumului redus de metal și ratei ridicate de schimb de căldură (scrubbere, turnuri de răcire). Dar au un dezavantaj semnificativ: apa de răcire devine poluată din cauza contactului cu produsele de ardere - gazele de ardere.

În acest sens, sunt mai atractive unitățile de recuperare a căldurii de suprafață, care nu au contact direct cu produsele de ardere și lichidul de răcire, al cărui dezavantaj este relativ temperatura scazutaîncălzirea acestuia, egală cu temperatura termometrului umed (50 ... 60 ° C).

Avantajele și dezavantajele unităților existente de recuperare a căldurii sunt acoperite pe larg în literatura specială.

Eficiența schimbătoarelor de căldură de suprafață poate fi crescută semnificativ prin schimbarea metodei de schimb de căldură între mediul care emite căldură și o primește, așa cum se face în proiectarea propusă a schimbătorului de căldură.

Este prezentată schema unui schimbător de căldură pentru utilizarea profundă a căldurii gazelor de ardere

pe imagine. Corpul schimbătorului de căldură 1 se sprijină pe baza 2. În partea de mijloc a corpului se află un rezervor izolat 3 sub formă de prismă, umplut cu apă curgătoare prepurificată. Apa intră de sus prin duza 4 și este îndepărtată în partea inferioară a carcasei 1 de către pompa 5 prin poarta 6.

Pe cele două laturi de capăt ale rezervorului 3 sunt situate izolate de partea de mijloc a mantalei 7 și 8, ale căror cavități prin volumul rezervorului 3 sunt interconectate prin rânduri de țevi paralele orizontale, formând mănunchiuri de țevi 9, în pe care gazele se deplasează într-o direcție. Cămașa 7 este împărțită în secțiuni: inferioară și superioară single 10 (înălțime h) și restul de 11 - duble (înălțime 2h); mantaua 8 are doar secțiuni duble 11. Secțiunea simplă inferioară 10 a mantalei 7 este conectată printr-un mănunchi de țevi 9 de partea inferioară a secțiunii duble 11 a mantalei 8. În plus, partea superioară a acestei secțiuni duble 11 al mantalei 8 este conectat printr-un mănunchi de țevi 9 la partea inferioară a următoarei secțiuni duble 11 a mantalei 7 și etc. În succesiune, partea superioară a secțiunii unei mantale este conectată la partea inferioară a secțiunii celei de-a doua mantale, iar partea superioară a acestei secțiuni este conectată printr-un mănunchi de țevi 9 la partea inferioară a următoarei secțiuni a prima manta, formand astfel o spirala de sectiune variabila: fasciculele de tevi 9 sunt periodic alternate de volumele sectiunilor de manta. În partea inferioară a bateriei există o conductă de ramificație 12 pentru alimentarea gazelor de ardere, în partea superioară există o conductă de ramificație 13 pentru gazele de evacuare. Conductele de derivație 12 și 13 sunt interconectate printr-o conductă de gaz bypass 4, în care este instalată o poartă 15, concepută pentru a redistribui o parte din gazele de ardere fierbinți care ocolesc schimbătorul de căldură în coș (nu este prezentat în figură).

Gazele de ardere intră în schimbătorul de căldură și sunt împărțite în două fluxuri: partea principală (aproximativ 80%) a produselor de ardere intră în secțiunea unică inferioară 10 (înălțimea h) a mantalei 7 și este direcționată prin conductele fasciculului 9. la serpentina schimbătorului de căldură. Restul (aproximativ 20%) intră în canalul de ocolire 14. Redistribuirea gazelor se realizează pentru a crește temperatura gazelor de ardere răcite în aval de schimbătorul de căldură la 60-70 ° C pentru a preveni posibila condensare a reziduurilor de vapori de umiditate a combustibilului în coadă. secțiuni ale sistemului.

Gazele de ardere sunt furnizate schimbătorului de căldură de jos prin conducta de derivație 12 și sunt îndepărtate în

Instorf Proceedings 11 (64)

Desen. Schema schimbătorului de căldură (vederea A - racordarea conductelor cu mantale) Figura. Schema caloriferului (un aspect A - conexiune țevilor cu cămăși)

în partea superioară a instalației - conducta de derivație 13. Apa rece pregătită în prealabil umple rezervorul de sus prin conducta de derivație 4 și este îndepărtată de pompa 5 și poarta 6 situată în partea inferioară a carcasei 1. Contracurent al apei și al coșului de fum gazele măresc eficiența schimbului de căldură.

Deplasarea gazelor de ardere prin schimbătorul de căldură se realizează de către evacuatorul tehnologic de fum al cazanului. Pentru a depăși rezistența suplimentară creată de schimbătorul de căldură, este posibil să instalați un ventilator de evacuare mai puternic. Trebuie avut în vedere faptul că rezistența hidraulică suplimentară este parțial depășită prin reducerea volumului produselor de ardere din cauza condensării vaporilor de apă a gazelor de ardere.

Designul schimbătorului de căldură asigură nu numai utilizarea eficientă a căldurii de vaporizare a umidității combustibilului, ci și îndepărtarea condensului rezultat din fluxul de gaze arse.

Volumul secțiunilor de manta 7 și 8 este mai mare decât volumul țevilor care le conectează, prin urmare viteza gazului în ele scade.

Gazele de ardere care intră în schimbătorul de căldură au o temperatură de 150-160 ° C. Acizii sulfuric și sulfuros se condensează la o temperatură de 130-140 ° C, prin urmare, condensarea acizilor are loc în partea inițială a bobinei. Cu o scădere a debitului de gaz în părțile în expansiune ale secțiunilor bobinei - manta și o creștere a densității condensului de acizi sulfuric și sulfuros în stare lichidaîn comparație cu densitatea în stare gazoasă, modificări multiple ale direcției fluxului de gaze arse (separare inerțială), condensatul acid precipită și este spălat din gaze de o parte din condensatul de vapori de apă în colectorul de condens acid 16; de unde, atunci când poarta 17 este declanșată, aceasta este scoasă în sistemul de canalizare industrială.

Cea mai mare parte a condensatului - condens de vapori de apă este eliberat cu o scădere suplimentară a temperaturii gazului la 60-70 ° С în partea superioară a serpentinei și intră în colectorul de umiditate a condensului 18, de unde poate fi folosit ca apă caldă fără suplimentare. prelucrare.

Instorf Proceedings 11 (64)

Conductele spiralate trebuie să fie realizate din material anticoroziv sau cu un strat interior anticoroziv. Pentru a preveni coroziunea, toate suprafețele schimbătorului de căldură și conductele de legătură ar trebui să fie gumate.

În acest design al schimbătorului de căldură, gazele de ardere care conțin vapori de umiditate a combustibilului se deplasează prin conductele serpentinei. În acest caz, coeficientul de transfer de căldură nu este mai mare de 10.000 W / (m2 ° C), datorită căruia eficiența transferului de căldură crește brusc. Conductele serpentinei sunt situate direct în volumul lichidului de răcire, prin urmare schimbul de căldură are loc într-un mod de contact constant. Acest lucru permite răcirea profundă a gazelor de ardere la o temperatură de 40-45 ° C, iar toată căldura recuperată de vaporizare a umidității combustibilului este transferată în apa de răcire. Apa de răcire nu intră în contact cu gazele de ardere, prin urmare, poate fi utilizată fără tratament suplimentar în ciclul turbină cu abur și de către consumatorii de apă caldă (în sistemul de alimentare cu apă caldă, încălzirea apei rețelei de retur, nevoile tehnologice ale întreprinderilor). , în sere și ferme cu sere etc.). Acesta este principalul avantaj al designului propus al schimbătorului de căldură.

Avantajul dispozitivului propus este și faptul că schimbătorul de căldură reglează timpul de transfer de căldură din mediul gazelor de ardere fierbinți al lichidului de răcire și, prin urmare, temperatura acestuia, prin modificarea debitului lichidului cu ajutorul unei porți.

Pentru a verifica rezultatele utilizării schimbătorului de căldură, s-au făcut calcule de căldură și tehnice pentru centrala de cazan cu o putere de abur a cazanului de 30 t de abur / h (temperatura 425 ° C, presiune 3,8 MPa). Cuptorul arde 17,2 t/h de turbă măcinată cu un conținut de umiditate de 50%.

Turba cu un conținut de umiditate de 50% conține 8,6 t / h de umiditate, care, atunci când turba este arsă, se transformă în gaze de ardere.

Consum de aer uscat (gaze arse).

Gfl. g = a x L x G, ^^ = 1,365 x 3,25 x 17 200 = 76 300 kg d./h,

unde L = 3,25 kg uscat. g / kg turbă - teoretic suma necesară aer de combustie; a = 1,365 - coeficientul mediu de scurgere a aerului.

1. Căldura de utilizare a gazelor de ardere Entalpia gazelor de ardere

J = ccm x t + 2,5 d, ^ w / kg. uscat gaz,

unde ccm este capacitatea termică a gazelor arse (capacitatea termică a amestecului), W / kg ° K, t este temperatura gazelor, ° K, d este conținutul de umiditate al gazelor arse, G. umiditate / kg . d. g.

Capacitatea termică a amestecului

ssM = sg + 0,001dcn,

unde cr, cn - capacitatea termică a gazului uscat (gaze de ardere) și respectiv aburului.

1.1. Gazele de ardere la intrarea în schimbătorul de căldură cu o temperatură de 150 - 160 ° С, luăm Ts.y. = 150 ° С; cn = 1,93 - capacitatea termică a aburului; cg = 1,017 este capacitatea termică a gazelor de ardere uscate la o temperatură de 150 ° C; d150, G / kg. uscat d - conținut de umiditate la 150 ° C.

d150 = GM./Gfl. g. = 8600/76 300 x 103 =

112,7 g/kg. uscat G,

unde Gvl. = 8600 kg / h - masa de umiditate din combustibil. ccm = 1,017 + 0,001 x 112,7 x 1,93 = 1,2345 ^ w / kg.

Entalpia gazelor de ardere J150 = 1,2345 x 150 + 2,5 x 112,7 = 466,9 ^ l / kg.

1.2. Gaze de ardere la ieșirea schimbătorului de căldură cu o temperatură de 40 ° С

ccm = 1,017 + 0,001 x 50 x 1,93 = 1,103 ^ w/kG °C.

d40 = 50 g / kg g uscat.

J40 = 1,103 x 40 + 2,5 x 50 = 167,6 ^ w / kg.

1.3. În schimbătorul de căldură, 20% din gaze trec prin conducta de gaz bypass și 80% - prin bobină.

Masa de gaze care trec prin bobină și participă la schimbul de căldură

GzM = 0,8Gfl. g. = 0,8 x 76 300 = 61 040 kg/h.

1.4. Recuperare de căldură

Ex = (J150 - J40) x ^ m = (466,9 - 167,68) x

61 040 = 18,26 x 106, ^ f / h.

Această căldură este cheltuită pentru încălzirea apei de răcire.

Qx™ = W x sv x (t2 - t4),

unde W este consumul de apă, kg/h; sv = 4,19 ^ w / kg ° C - capacitatea termică a apei; t 2, t4 - temperatura apei

Instorf Proceedings 11 (64)

respectiv la ieșirea și intrarea în schimbătorul de căldură; luăm tx = 8 ° С.

2. Consum de apă de răcire, 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.

Folosind dependența obținută, este posibil să se determine debitul apei de răcire la temperatura necesară, de exemplu:

^, ° С 25 50 75

W, kg/s 71,1 28,8 18,0

3. Consumul de condens G ^^ este:

^ ond = GBM (d150 - d40) = 61,0 x (112,7 - 50) =

4. Verificarea posibilității de condensare a vaporizării umidității reziduale a combustibilului în elementele de coadă ale sistemului.

Conținutul mediu de umiditate al gazelor de ardere la ieșirea schimbătorului de căldură

^ 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 uscat. G.

Pe diagrama J-d, acest conținut de umiditate corespunde unei temperaturi a punctului de rouă tp. R. = 56 ° C.

Temperatura reală a gazelor arse la ieșirea schimbătorului de căldură este

tcjmKT = ti50 x 0,2 + t40 x 0,8 = 150 x 0,2 + 40 x 0,8 = 64 ° C.

Deoarece temperatura reală a gazelor de ardere din spatele unității de recuperare a căldurii este mai mare decât punctul de rouă, nu se va produce condensarea vaporilor de umiditate în combustibil în elementele de coadă ale sistemului.

5. Coeficient de eficiență

5.1. Eficiența utilizării căldurii de vaporizare a umidității din combustibil.

Cantitatea de căldură furnizată schimbătorului de căldură

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%,

unde 18,26 x 106, MJ / h este căldura de utilizare a vaporizării umidității combustibilului.

5.2. Eficiența recuperării umidității combustibilului

KPDutl. W = ^ cond / W) x 100 = (3825/8600) x 100 = 44,5%.

Astfel, schimbătorul de căldură propus și metoda sa de funcționare asigură răcirea profundă a gazelor de ardere. Datorită condensării vaporilor de umiditate în combustibil, eficiența schimbului de căldură între gazele de ardere și lichidul de răcire este puternic crescută. În acest caz, toată căldura latentă de vaporizare recuperată este transferată pentru a încălzi lichidul de răcire, care poate fi utilizat în ciclul turbinei cu abur fără procesare suplimentară.

În timpul funcționării schimbătorului de căldură, gazele de ardere sunt curățate de acizi sulfuric și sulfuros și, prin urmare, condensatul de vapori poate fi utilizat pentru furnizarea de căldură fierbinte.

Calculele arată că eficiența este:

Când se utilizează căldura de vaporizare

umiditatea combustibilului - 51,3%

Umiditatea combustibilului - 44,5%.

Bibliografie

1. Aronov, I.Z. Încălzirea apei prin contact cu produse de ardere a gazelor naturale. - L .: Nedra, 1990 .-- 280 p.

2. Kudinov, A.A. Economie de energie în ingineria energiei termice și tehnologiile termice. - M .: Mashinostroenie, 2011 .-- 373 p.

3. Pat. 2555919 (RU).(51) IPC F22B 1 |18 (20006.01). Schimbător de căldură pentru utilizarea în profunzime a căldurii de la gazele de ardere de tipul de suprafață și modul de funcționare a acestuia /

O.S. Gorfin, B.F. Zyuzin // Descoperire. Invenții. - 2015. - Nr. 19.

4. Gorfin, O.S., Mihailov, A.V. Mașini și echipamente pentru prelucrarea turbei. Partea 1. Producția de brichete de turbă. - Tver: TvGTU 2013 .-- 250 p.

În. V. Getman, N. V. Lezhneva METODE DE RECUPERARE A CĂLDURII GAZELOR DE IEȘIRE DIN CENTRALE ELECTRICE

Cuvinte cheie: centrale cu turbine cu gaz, centrale cu ciclu combinat

Lucrarea discută diferite metode de utilizare a căldurii gazelor de eșapament de la centrale electrice cu scopul de a crește eficiența acestora, de a economisi combustibili fosili și de a crește capacitățile energetice.

Cuvinte cheie: instalații de turbine cu gaz, instalații de abur-gaz

În muncă sunt luate în considerare diferite metode de utilizare a căldurii gazelor emise de la instalațiile electrice în scopul creșterii eficienței acestora, economisirii combustibilului organic și acumularea capacităților de putere.

Odată cu începutul reformelor economice și politice în Rusia, în primul rând, este necesar să se facă o serie de schimbări fundamentale în industria energiei electrice a țării. Noua politică energetică ar trebui să rezolve o serie de probleme, inclusiv dezvoltarea unor tehnologii moderne de mare eficiență pentru producerea energiei electrice și termice.

Una dintre aceste sarcini este îmbunătățirea eficienței centralelor electrice pentru a economisi combustibili fosili și a crește capacitatea energetică. Cel mai

promițătoare în acest sens sunt instalațiile cu turbine cu gaz, cu gaze de eșapament din care se degajă până la 20% din căldură.

Există mai multe modalități de a îmbunătăți eficiența motoarelor cu turbine cu gaz, inclusiv:

Creșterea temperaturii gazului în fața turbinei pentru o turbină cu gaz cu un ciclu termodinamic simplu,

Aplicație de recuperare a căldurii,

Utilizarea căldurii gazelor de ardere în cicluri binare,

Crearea unei centrale cu turbine cu gaz după o schemă termodinamică complexă etc.

Cea mai promițătoare direcție este utilizarea în comun a turbinelor cu gaz și a unităților cu turbine cu abur (GTU și STU) pentru a le îmbunătăți caracteristicile economice și de mediu.

Turbinele cu gaz și centralele combinate create cu utilizarea lor, cu parametrii realizabili în prezent din punct de vedere tehnic, asigură o creștere semnificativă a eficienței producției de căldură și energie electrică.

Utilizarea pe scară largă a unităților CCGT binare, precum și diverse scheme combinate în timpul reechipării tehnice a TPP-urilor, vor economisi până la 20% din combustibil în comparație cu unitățile tradiționale cu turbine cu abur.

Potrivit experților, eficiența ciclului combinat abur-gaz crește odată cu creșterea temperaturii inițiale a gazului în fața unității cu turbine cu gaz și o creștere a ponderii capacității turbinei cu gaz. Valoare importantă

De asemenea, are și faptul că, pe lângă creșterea în eficiență, astfel de sisteme necesită costuri de capital semnificativ mai mici, costul lor unitar este de 1,5 - 2 ori mai mic decât costul unităților cu turbine cu abur gaz-combustibil și al unităților CCGT cu o turbină cu gaz minim. capacitate.

Conform datelor, pot fi distinse trei direcții principale de utilizare a GTU și CCGT în ingineria energetică.

Prima, utilizată pe scară largă în țările industrializate, este utilizarea CCGT la marile centrale termice în condensare care funcționează pe gaz. În acest caz, este cel mai eficient să utilizați un CCGT de tip utilizare cu o mare parte din capacitatea turbinei cu gaz (Fig. 1).

Utilizarea unei unități CCGT face posibilă creșterea eficienței arderii combustibilului la TPP-uri cu ~ 11-15% (unitate CCGT cu descărcare de gaz în cazan), cu ~ 25-30% (unități CCGT binare).

Până de curând, nu s-au desfășurat lucrări ample privind introducerea CCGT în Rusia. Cu toate acestea, mostre individuale de astfel de instalații au fost utilizate de mult timp și au fost utilizate cu succes, de exemplu, o unitate CCGT cu un generator de abur de înaltă presiune (HPG) de tip VPG-50 al unității de alimentare cu cap CCGT-120 și 3 unități de putere modernizate cu VPG-120 la filiala CHPP-2 a SA TGK-1”; CCGT-200 (150) cu VPG-450 la filiala SDPP Nevinnomysskaya. Krasnodarskaya GRES are trei unități de alimentare cu ciclu combinat cu o capacitate de 450 MW fiecare. Unitatea de putere include două turbine cu gaz cu o capacitate de 150 MW fiecare, două cazane de căldură reziduală și o turbină cu abur cu o capacitate de 170 MW, randamentul unei astfel de instalații fiind de 52,5%. Mai departe

o creștere a eficienței unei unități CCGT de tip utilizare este posibilă prin îmbunătățire

instalație cu turbine cu gaz și complicarea schemei procesului cu abur.

Orez. 1 - Schema unei unități CCGT cu un cazan de căldură reziduală

Centrală cu ciclu combinat cu boiler

utilizator (Fig. 1) include: 1-

compresor; 2 - camera de ardere; 3 - gaz

turbină; 4 - generator electric; 5 - cazan

utilizator; 6 - turbină cu abur; 7 - condensator; opt

Pompă și 9 - dezaerator. În cazanul de căldură reziduală, combustibilul nu este post-ars, iar aburul supraîncălzit generat este utilizat în unitatea de turbină cu abur.

A doua direcție este utilizarea turbinelor cu gaz pentru crearea CCGT - CHPP și GTU - CHPP. În ultimii ani, au fost propuse multe opțiuni pentru schemele tehnologice CCGT-CHPP. Este recomandabil să se folosească centrale termice și electrice combinate la CET care funcționează pe gaz.

tipul de utilizare. Un exemplu tipic

un mare CCGT - CHPP de acest tip este CHPP de nord-vest din Sankt Petersburg. O unitate CCGT la acest CHPP include: două turbine cu gaz cu o capacitate de 150 MW fiecare, două cazane de căldură reziduală și o turbină cu abur. Principalii indicatori ai unității: putere electrică - 450 MW, putere termala- 407 MW, consum specific de combustibil echivalent pentru alimentarea cu energie electrică - 154,5 g. tone / (kWh), consum specific de combustibil echivalent pentru alimentarea cu căldură - 40,6 kg c.u. t/GJ, randamentul CET pentru alimentarea cu energie electrica - 79,6%, energie termica - 84,1%.

A treia direcție este utilizarea turbinelor cu gaz pentru crearea CCGT - CHPP și GTU - CHPP de capacitate mică și medie pe bază de cazane. CCGT - CHP și GTU - CHP cele mai bune opțiuni, create pe baza cazanelor, asigură o eficiență a furnizării de energie electrică în regim de încălzire la nivelul de 76 - 79%.

O unitate tipică de turbină cu gaz cu ciclu combinat constă din două unități de turbină cu gaz, fiecare cu propriul cazan de căldură reziduală care furnizează aburul generat către o turbină cu abur comună.

O instalație de acest tip a fost dezvoltată pentru Shchekinskaya GRES. CCGT-490 a fost proiectat pentru a genera energie electrică în modurile de funcționare de bază și parțiale ale centralei electrice cu furnizare de căldură către un consumator terț de până la 90 MW în timpul iernii graficul temperaturii. Diagramă schematică unitatea CCGT-490 a fost forțată să se concentreze asupra lipsei de spațiu la plasarea cazanului de căldură reziduală și

instalație de turbine cu abur în clădirile centralei electrice, ceea ce a creat anumite dificultăți pentru realizarea unor moduri optime de producere combinată de căldură și energie.

În absența restricțiilor privind amplasarea unității, precum și a utilizării unei unități de turbină cu gaz îmbunătățite, eficiența unității poate fi crescută semnificativ. Un CCGT-320 cu un singur arbore cu o capacitate de 300 MW este propus ca atare o unitate CCGT îmbunătățită. Un GTU complet pentru CCGT-320 este un GTE-200 cu un singur arbore, a cărui creare ar trebui să fie efectuată prin trecerea la

rotor cu lagăr dublu, modernizarea sistemului de răcire și a altor unități ale unității turbinei cu gaz pentru a crește temperatura inițială a gazului. În plus față de GTE-200, monoblocul CCGT-320 conține o turbină cu abur K-120-13 cu o turbină cu trei cilindri, o pompă de condens, un condensator pentru etanșări cu abur, un încălzitor alimentat cu abur de încălzire furnizat de la purjare înainte. ultima etapă a PF, precum și un cazan de căldură reziduală cu două presiuni care conține opt zone de schimb de căldură, inclusiv un supraîncălzitor intermediar cu abur.

Pentru a evalua eficiența instalației, a fost efectuat un calcul termodinamic, în urma căruia s-a ajuns la concluzia că atunci când funcționează în modul de condensare al CCGT-490 ShchGRES, eficiența sa electrică poate fi crescută cu 2,5% și adusă la 50,1% .

Cercetare de incalzire

centralele cu ciclu combinat au arătat că performanța economică a unității CCGT depinde în mod semnificativ de structura circuitului lor termic, a cărui alegere se efectuează în favoarea unei unități care asigură temperatura minima gaze de ardere. Acest lucru se datorează faptului că gazele de eșapament sunt principala sursă de pierderi de energie, iar pentru a crește eficiența circuitului, temperatura acestora trebuie redusă.

Modelul unei unități CCGT de cogenerare cu un singur circuit prezentat în Fig. 2, include un cazan de căldură reziduală de tip tambur cu circulație naturală a mediului în circuitul de evaporare. În cursul gazelor din cazan de jos în sus, suprafețele de încălzire sunt amplasate secvenţial:

supraîncălzitor cu abur PP, evaporator I, economizor E și supraîncălzitor cu gaz de apă din rețea GSP.

Orez. 2 - Schema termică a unui CCGT cu un singur circuit

Calculele sistemului au arătat că atunci când parametrii aburului viu se modifică, puterea generată de unitatea CCGT este redistribuită între sarcinile termice și electrice. Odată cu creșterea parametrilor de abur, producția de energie electrică crește și producția de energie termică scade. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea parametrilor aburului viu, producția acestuia scade. În același timp, datorită scăderii consumului de abur cu o mică modificare a parametrilor săi în extracție, sarcina termică a boilerului de încălzire scade.

O unitate CCGT cu două circuite, precum și una cu un singur circuit, constă din două turbine cu gaz, două cazane de căldură reziduală și o turbină cu abur (Fig. 3). Încălzirea rețelei de încălzire se realizează în două încălzitoare PGS și (dacă este necesar) în încălzitorul rețelei de vârf.

În cursul gazelor în cazanul de căldură reziduală

următoarele

suprafețe de încălzire: supraîncălzitor cu abur de înaltă presiune PPVD, evaporator de înaltă presiune HPV, economizor de înaltă presiune EVD, supraîncălzitor cu abur presiune scăzută HDPE,

Evaporator de joasă presiune IND, încălzitor de gaz de joasă presiune GPND, încălzitor de gaz de apă de rețea GSP.

Orez. 3 - Schema termică de bază

CCGT cu dublu circuit

Orez. 4 - Schema de utilizare a căldurii gazelor de eșapament ale GTU

Pe lângă cazanul de căldură reziduală, circuitul de căldură include o turbină cu abur cu trei cilindri, două încălzitoare pentru încălzirea apei sistemului PSG1 și PSG2, un dezaerator D și pompe de alimentare PEN. Aburul de evacuare al turbinei a fost trimis la PSG1. Aburul de la decolarea turbinei este furnizat încălzitorului PSG2. Toată apa din rețea trece prin PSG1, apoi o parte din apă este direcționată către PSG2, iar cealaltă parte, după prima etapă de încălzire, merge la GSP situat la capătul traseului de gaz al cazanului de căldură reziduală. Condensul aburului de încălzire PSG2 este scurs în PSG1, apoi intră în LPHG și apoi în dezaerator. Apa de alimentare după dezaerator intră parțial în economizorul circuitului de înaltă presiune și parțial în tamburul B al circuitului de joasă presiune. Aburul de la supraîncălzitorul de joasă presiune este amestecat cu fluxul principal de abur după cilindrul de înaltă presiune (HPC) al turbinei.

După cum arată o analiză comparativă, atunci când se utilizează gazul ca combustibil principal, utilizarea schemelor de utilizare este recomandabilă dacă raportul dintre căldură și energie electrică este de 0,5 - 1,0, cu rapoarte de 1,5 sau mai mult, se acordă preferință CCGT în conformitate cu schema „deșeuri”.

Pe lângă ajustarea ciclului turbinei cu abur la ciclul GTU, recuperarea căldurii reziduale

GTU poate fi realizat prin alimentarea cu abur generat de cazanul de căldură reziduală către camera de ardere a GTU, precum și prin implementarea unui ciclu regenerativ.

Implementarea ciclului regenerativ (Fig. 4) asigură o creștere semnificativă a eficienței instalației, de 1,33 ori, dacă, la crearea unei unități cu turbină cu gaz, gradul de creștere a presiunii este selectat în conformitate cu gradul planificat de regenerare. . Acest circuit include un compresor K; Р - regenerator; КС - camera de ardere; ТК - turbină compresor; ST - turbină de putere; CC - compresor centrifugal. Dacă o instalație cu turbină cu gaz este realizată fără regenerare, iar gradul de creștere a presiunii l este aproape de valoarea optimă, atunci echiparea unei astfel de turbine cu gaz cu un regenerator nu duce la o creștere a eficienței sale.

Eficiența unității care furnizează abur în camera de ardere este de 1,18 ori mai mare decât cea a unității cu turbină cu gaz, ceea ce face posibilă reducerea consumului de gaz combustibil consumat de unitatea cu turbină cu gaz.

Analiza comparativă a arătat că cea mai mare economie de combustibil este posibilă atunci când ciclul de regenerare al unui GTU cu un grad ridicat de regenerare, o valoare relativ scăzută a gradului de creștere a presiunii în compresor l = 3 și cu pierderi mici de produse de ardere. Cu toate acestea, în majoritatea TKA autohtone, motoarele cu turbină cu gaz de aeronave și marine cu un grad ridicat de creștere a presiunii sunt utilizate ca antrenare, iar în acest caz, utilizarea căldurii gazelor de eșapament este mai eficientă în unitatea de turbină cu abur. Instalarea cu alimentare cu abur la camera de ardere este structural cea mai simplă, dar mai puțin eficientă.

Una dintre modalitățile de a realiza economii de gaze și de a rezolva problemele de mediu este utilizarea centralelor cu ciclu combinat la stația de compresoare. Dezvoltarea cercetării se adresează a două opțiuni alternative utilizarea aburului obținut în timpul utilizării căldurii gazelor de eșapament de la o unitate cu turbină cu gaz: o unitate CCGT antrenată de o turbină cu abur a unei suflante cu gaz natural și de la o turbină cu abur a unui generator electric. Diferența fundamentală dintre aceste opțiuni constă în faptul că, în cazul unei unități CCGT cu un compresor, nu este utilizată numai căldura gazelor de eșapament ale GPU-ului, ci și un GPU este înlocuit cu o unitate de pompare cu turbină cu abur, și cu o unitate CCGT cu un generator electric, numărul de unități GPU. Analiza efectuată a arătat că unitatea CCGT cu motor de suflare pe gaz natural a furnizat cei mai buni indicatori tehnici și economici.

Dacă o instalație cu ciclu combinat cu un cazan de căldură reziduală este creată pe baza unei stații de compresor, unitatea cu turbină cu gaz este utilizată pentru a antrena suflanta, iar centrala electrică cu abur (PSU) este utilizată pentru a genera energie electrică, în timp ce temperatura gazele de evacuare din spatele cazanului de căldură reziduală este de 1400C.

Pentru a crește eficiența utilizării combustibililor fosili în sistemele descentralizate de alimentare cu căldură, este posibilă reconstrucția cazanelor de încălzire cu amplasarea de unități cu turbine cu gaz (GTU) de capacitate mică în acestea și utilizarea produselor de ardere în cuptoarele cazanelor existente. . În același timp, puterea electrică a unei turbine cu gaz depinde de modurile de funcționare pentru programele de sarcină termică sau electrică, precum și de factori economici.

Eficacitatea reconstrucției cazanului poate fi evaluată prin compararea a două opțiuni: 1 - originalul (cazană existentă), 2 - alternativă, folosind o turbină cu gaz. Cel mai mare efect a fost obținut atunci când puterea electrică a turbinei cu gaz a fost egală cu

sarcina maxima a zonei de consum.

Analiza comparativă a unei turbine cu gaz cu o unitate de cazan care produce abur în cantitate de 0,144 kg/kg s. de exemplu, condensarea TU și GTU fără KU și cu TU schimb de căldură uscată a arătat următoarele: util

putere electrica - 1,29, consum gaze naturale - 1,27, alimentare cu energie termica - 1,29 (respectiv 12650 si 9780 kJ/m3 gaze naturale). Astfel, creșterea relativă a capacității unității turbinei cu gaz cu injecție de abur de la WHB a fost de 29%, iar consumul de gaz natural suplimentar - 27%.

Conform datelor testelor de funcționare, temperatura gazelor de ardere în cazanele de apă caldă este de 180 - 2300C, ceea ce creează condiții favorabile pentru utilizarea căldurii gazelor folosind unități de recuperare a căldurii în condensare (TU). În TU, care

sunt folosite pentru a preîncălzi apa de încălzire înainte cazane de apa calda, schimbul de căldură se realizează cu condensarea vaporilor de apă conținut în gazele de ardere, iar încălzirea apei în cazan are loc deja în modul de schimb de căldură „uscat”.

Conform datelor, împreună cu economia de combustibil, utilizarea TC oferă și economii de energie. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când în cazan se introduce un debit suplimentar de apă circulantă, pentru a menține debitul estimat prin cazan, parțial retur apa ocoliți rețeaua de încălzire într-o cantitate egală cu debitul de recirculare de la conducta de retur la conducta de alimentare.

La finalizarea centralelor electrice de la unități de putere separate cu o acționare cu turbină cu gaz

generatoare electrice, există mai multe opțiuni pentru utilizarea căldurii gazelor de eșapament, de exemplu, folosind o utilizare

schimbător de căldură (UTO) pentru încălzirea apei, sau folosind un cazan de căldură reziduală și

un generator de turbină cu abur pentru a crește generarea de energie. Analiza funcționării centralei, ținând cont de utilizarea căldurii cu ajutorul UHT, a arătat o creștere semnificativă a factorului de utilizare a căldurii, în unele cazuri de 2 ori sau mai mult, și studii experimentale ale unității de putere EM-25/11 cu motorul NK-37 a făcut posibilă tragerea următoarei concluzii. În funcție de condițiile specifice, furnizarea anuală de căldură recuperată poate varia de la 210 la 480 mii GJ, iar economiile reale de gaz s-au ridicat la 7 până la 17 mii m3.

Literatură

1. V.M. Maslennikov, Heat Power Engineering, 3, 39-41 (2000).

2. V.I. Romanov, V.A. Krivutsa, Teploenergetika, 4, 27-30 (1996).

3. L.V. Arseniev, V.G. Tyryshkin, Unități combinate cu turbine cu gaz. L .: Mashinostroenie, 1982, 407 p.

4. V.I. Dlugoselsky, A.S. Zemtsov, Heat Power Engineering, 12, 3-7 (2000).

5. B.M. Troianovsky, A.D. Trukhny, V.G. Gribin, Teploenergetika, 8, 9-13 (1998).

6. A. D. Tsoi, Industrial Energy, 4, 50-52 (2000).

7. A. D. Tsoi, A.V. A. V. Klevtsov Koryagin, Industrial Energy, 12, 25-32 (1997).

8. V.I. Eveno, Teploenergetika, 12, 48-50 (1998).

9. N.I. Serebryannikov, E.I. Tapelev, A.K. Makhankov, Energy Saving and Water Treatment, 2, 3-11 (1998).

10.G.D. Barinberg, V.I. Dlugoselsky, Heat Power Engineering, 1, 16-20 (1998)

11. A.P. Bersenev, Thermal Power Engineering, 5, 51-53 (1998).

12.E.N. Bukharkin, Industrial Energy, 7, 34-37 (1998).

13. V.I. Dobrokhotov, Heat Power Engineering, 1, 2-8 (2000).

14. A.S. Popov, E.E. Novgorodsky, B.A. Permyakov, Industrial Energy, 1, 34-35 (1997).

15. I.V. Belousenko, Industrial Energy, 5, 53-55 (2000).

16. V.V. Getman, N.V. Lejnev, Buletinul Kazan. tehn. Universitatea, 18, 174-179 (2011).

17. N.V. Lejnev, V.I. Elizarov, V.V. Hetman, Buletinul Kazan. tehn. Universitatea, 17, 162-167 (2012).

© V.V. Getman - Cand. tehnologie. Științe, Conf. univ. departament automatizarea proceselor tehnologice și a producției FGBOU VPO "KNITU", 1ga [email protected] yaMech; N.V. Lejneva - Cand. tehnologie. Științe, Conf. univ. departament automatizarea proceselor tehnologice și producția de FGBOU VPO "KNITU", [email protected]

Căldura gazelor de ardere care iese din cuptoare, pe lângă încălzirea aerului și a combustibilului gazos, poate fi folosită în cazanele de căldură reziduală pentru a genera abur. În timp ce gazul încălzit și aerul sunt folosite în unitatea cuptorului în sine, aburul este trimis către consumatori externi (pentru producție și nevoi de energie).

În toate cazurile, ar trebui să depuneți eforturi pentru cea mai mare recuperare de căldură, adică pentru a o returna în spațiul de lucru al cuptorului sub formă de căldură de la componentele de ardere încălzite (combustibil gazos și aer). Într-adevăr, o creștere a recuperării căldurii duce la o reducere a consumului de combustibil și la o intensificare și îmbunătățire a procesului tehnologic. Cu toate acestea, prezența recuperatoarelor sau regeneratoarelor nu exclude întotdeauna posibilitatea instalării cazanelor de căldură reziduală. În primul rând, cazanele de căldură reziduală și-au găsit aplicație în cuptoare mari cu o temperatură relativ ridicată a gazelor de ardere de evacuare: în cuptoare pentru oțel cu focar deschis, în cuptoare reverberative de topire a cuprului, în cuptoare rotative pentru arderea clincherului de ciment, cu metoda uscată. a producției de ciment etc.

Orez. 5.

1 - supraîncălzitor; 2 - suprafata tubulara; 3 - aspirator de fum.

Căldura gazelor de ardere care părăsește regeneratoarele cuptoarelor cu focar deschis cu o temperatură de 500 - 650 ° C este utilizată în cazanele de căldură reziduală cu tuburi de gaz cu circulație naturală a fluidului de lucru. Suprafața de încălzire a cazanelor cu tub de gaz este formată din tuburi de fum, în interiorul cărora gazele de ardere trec cu o viteză de aproximativ 20 m/s. Căldura este transferată de la gaze la suprafața de încălzire prin convecție și, prin urmare, o creștere a vitezei crește transferul de căldură. Cazanele cu tub de gaz sunt ușor de exploatat, nu necesită căptușeală și rame în timpul instalării și au o densitate mare a gazului.

În fig. 5 prezintă un cazan cu tuburi de gaz al uzinei Taganrog cu productivitate medie D avg = 5,2 t/h, calculat pentru trecerea gazelor de ardere până la 40.000 m 3/h. Presiunea aburului generată de centrală este de 0,8 MN/m2; temperatura 250°C. Temperatura gazului înaintea cazanului este de 600 ° С, în spatele cazanului 200 - 250 ° С.

În cazanele cu circulație forțată, suprafața de încălzire este formată din serpentine, a căror locație nu este limitată de condițiile de circulație naturală și, prin urmare, astfel de cazane sunt compacte. Suprafețele bobinei sunt realizate din țevi cu diametru mic, de exemplu d = 32 × 3 mm, ceea ce face ca greutatea cazanului să fie mai ușoară. La circulația multiplă, când viteza de circulație este de 5 - 18, viteza apei în tuburi este semnificativă, nu mai puțin de 1 m / s, în urma căreia precipitarea sărurilor dizolvate din apă în serpentine scade, iar depunerile cristaline sunt spălate. Cu toate acestea, cazanele trebuie să fie alimentate cu apă tratată chimic folosind filtre schimbătoare de cationi și alte metode de tratare a apei care îndeplinesc standardele de alimentare cu apă pentru cazanele convenționale cu abur.

Orez. 6.

1 - suprafata economizor; 2 - suprafata de evaporare; 3 - supraîncălzitor; 4 - tobe-colector; 5 - pompa de circulatie; 6 - capcană de nămol; 7 - aspirator de fum.

În fig. 6 prezintă dispunerea suprafețelor de încălzire a bateriei în coșuri verticale. Mișcarea amestecului de abur-apă este efectuată de o pompă de circulație. Proiectele cazanelor de acest tip au fost dezvoltate de Tsentroenergochermet și Gipromez și sunt fabricate pentru debite de gaze arse de până la 50 - 125 mii m 3 / h, cu o capacitate medie a aburului de 5 până la 18 t / h.

Costul aburului este de 0,4 - 0,5 ruble / tonă în loc de 1,2 - 2 ruble / tonă pentru aburul preluat de la turbinele cu abur ale CHPP și 2 - 3 ruble / tonă pentru aburul de la centralele industriale. Costul aburului este alcătuit din costurile energetice pentru conducerea extractoarelor de fum, costurile pentru prepararea apei, amortizare, reparații și întreținere. Viteza gazului în cazan este de 5 până la 10 m / s, ceea ce asigură un bun transfer de căldură. Rezistența aerodinamică a traseului gazului este de 0,5 - 1,5 kn / m 2, deci unitatea trebuie să aibă un tiraj artificial de la extractor. Întărirea forței care însoțește instalarea cazanelor de căldură reziduală, de regulă, îmbunătățește funcționarea cuptoarelor cu vatră deschisă. Astfel de cazane s-au răspândit în fabrici, dar pentru buna lor funcționare, protecția suprafețelor de încălzire împotriva derivării de praf și particule de zgură și curățarea sistematică a suprafețelor de încălzire de antrenare prin suflare cu abur supraîncălzit, clătire cu apă (când cazanul se oprește), vibrații. , etc sunt necesare.

Orez. 7.

Pentru utilizarea căldurii gazelor de ardere provenite din cuptoarele reverberatoare de topire a cuprului se instalează cazane cu tub de apă cu circulație naturală (Fig. 7). Gazele de ardere în acest caz sunt foarte febră mare(1100 - 1250 ° C) și contaminat cu praf într-o cantitate de până la 100 - 200 g / m 3, iar o parte din praf are proprietăți abrazive (abrazive) ridicate, cealaltă parte este în stare înmuiată și poate zgura suprafata de incalzire a cazanului. Conținutul ridicat de praf al gazelor face ca până acum să renunțe la recuperarea căldurii în aceste cuptoare și să restricționeze utilizarea gazelor de ardere în cazanele de căldură reziduală.

Transferul de căldură de la gaze către suprafețele de evaporare a ecranului este foarte intens, datorită căruia se asigură vaporizarea intensivă a particulelor de zgură, răcirea, granularea și căderea în pâlnia de zgură, ceea ce exclude zgura suprafeței de încălzire convectivă a cazanului. Instalarea unor astfel de cazane pentru utilizarea gazelor cu o temperatură relativ scăzută (500 - 700 ° C) este nepractică din cauza transferului slab de căldură prin radiație.

În cazul echipamentelor cuptoare de înaltă temperatură Este recomandabil să instalați cazane de căldură reziduală cu recuperatoare metalice direct în spatele camerelor de lucru ale cuptoarelor. În acest caz, temperatura gazelor arse în cazan scade la 1000 - 1100 ° C. La această temperatură, ele pot fi deja direcționate către secțiunea termorezistentă a recuperatorului. Dacă gazele transportă mult praf, atunci cazanul de căldură reziduală este aranjat sub forma unui granulator de boiler-zgură cu ecran, care asigură separarea antrenării de gaze și facilitează munca recuperatorului.