Проблема утилизации низкопотенциального тепла на ТЭС с использованием теплообменного аппарата контактного типа

Размещено на http://www.allbest.ru//

Проблема утилизации низкопотенциального тепла на ТЭС с использованием теплообменного аппарата контактного типа

Ануфриенко О. С., кандидат технических наук, доцент

Основные потери тепла, выделяемого при сжигании органического топлива в современных котлоагрегатах обусловлены выбросом в атмосферу продуктов сгорания с температурой 100-180 °С. При этих условиях потери тепла с уходящими газами достигают 20% от низшей теплоты сгорания топлива с учетом неиспользуемой энтальпии водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания.

По имеющимся оценкам утилизация тепла дымовых газов, несмотря на явную экономическую выгоду, до сих пор не нашла широкого применения в промышленности и, в частности, в котельных промышленных предприятий. Использование обычных поверхностных теплообменников для утилизации тепла дымовых газов в промышленных котельных нецелесообразно по следующим причинам:

- При охлаждении продуктов сгорания происходит сернокислотная коррозия поверхностей нагрева, которая наиболее интенсивно протекает при температуре 95-115 °С, т.е. именно в той области температур, которую имеют уходящие газы.

- Работа поверхностных теплообменников в экономайзерных частях экономически оправдана при значительных температурных напорах (30-40)°С, что ограничивает нагрев теплоносителя температурами около 35-50 °С. Снижение температурного напора до 10-15 °С влечет за собой неоправданное увеличение поверхности теплообмена, а, следовательно, высокие капитальные и эксплуатационные затраты.

- При работе котельных в режимах пониженной нагрузки, например, в летний период, температура уходящих газов падает значительно ниже точки росы, следствии чего даже отключение теплообменников, утилизирующих тепло, не спасает их от интенсивной коррозии, а сами теплообменники представляют при этом добавочное гидравлическое сопротивление.

- Использование коррозионностойких материалов, которые обычно имеют невысокие коэффициенты теплопроводности, приводит к значительному росту поверхности теплообмена, повышению стоимости теплообменных аппаратов, что делает экономически не эффективным их применение.

Анализ литературных данных показывает, что в ряде случаев более перспективными оказываются контактные или смешивающие теплообменные аппараты. К достоинствам этих теплообменников можно отнести:

- Отсутствие металлических теплообменных поверхностей, что полностью решает проблему сернокислотной коррозии.

- Значительно меньшие экономически оправданные минимальные температурные напоры газ-жидкость, составляющие всего 5-10 °С.

- Повышенный уровень теплопередачи. Например, в некоторых литературных источниках указано, что теплопередача в смешивающих теплообменниках может быть в сто раз выше, чем в случае охлаждения газов в поверхностных теплообменниках.

- Полное исключение гидравлического сопротивления контактных теплообменников из общего сопротивления газового тракта при их отключении в тех случаях, когда температура уходящих газов понижена, и охлаждение газов становится нецелесообразным.

- Уменьшение вредных выбросов в атмосферу.

Как показывают исследования, экономически целесообразно использовать тепло уходящих газов лишь в том случае, если утилизируется теплота парообразования водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Это требование вытекает из того, что основная доля энтальпии уходящих газов приходится на водяные пары. При температурах уходящих газов 100-160 °С, которая соответствует реальному диапазону температур в котлах типа ТП-170-1, энтальпия продуктов сгорания с учетом теплоты парообразования примерно в 3-3,5 раза выше, чем теплосодержание сухих продуктов сгорания.

Вместе с тем максимальное использование тепла, содержащегося в продуктах сгорания, возможно лишь при охлаждении их ниже температуры точки росы, когда начинается интенсивная конденсация водяных паров. Такая низкая температура уходящих газов накладывает запрет на применение стальных поверхностных теплообменников по условиям сернокислотной коррозии. Использование с этой целью коррозионностойких теплообменников нерентабельно, так как при минимально допустимом температурном напоре для поверхностных теплообменников 30 °С, и температуре уходящих газов 60 °С, предельная температура нагрева воды всего 30 °С. Применение воды с такой температурой весьма ограничено, а, следовательно, и малорентабельно.

Контактные теплообменники сохраняют высокую интенсивность передачи тепла при температурных напорах 5 °С, что позволяет подогреть воду по крайней мере до 50-55 °С. Контактные теплообменники целесообразно использовать для утилизации тепла низкотемпературных дымовых газов, так как они имеют простую конструкцию и в них протекает высокоинтенсивный процесс теплопередачи.

Одним из мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов на пылеугольной ТЭЦ по увеличению паропроизводительности может быть реконструкция хвостовых поверхностей нагрева. Так как питательная вода перед экономайзером энергетических котлов имеет высокую температуру (при р = 10 МПа, например, tnB = 230 °С), то глубоко охладить уходящие из котла газы с ее помощью нельзя.

Чтобы продолжить охлаждение газов, после экономайзера можно поставить воздухоподогреватель, где нагревается воздух, забираемый из атмосферы, который идёт затем в топку на горение.

При сжигании твёрдого топлива, например, влажного угля нагретый воздух предварительно используется для его сушки в углеразмольном устройстве. Полученная пыль транспортируется в горелку.

Износ хвостовых поверхностей теплоообмена связан с механической эрозией, вызванной наличием в уходящих дымовых газах жестких частиц, а также химической коррозией, обусловленной действием H2N03 и Н2С03.

Применение труб увеличенного диаметра позволит уменьшить аэродинамическое сопротивление воздушного тракта. Правильно выбранный режим теплообмена позволит избежать конденсации водяных паров на из уходящих газов. Применение оребрения позволит увеличить поверхность теплообмена и увеличить температуру подогрева воздуха. Если воздух, нагреваемый в рекуператоре, подают для сжигания топлива в котел, то физическое тепло воздуха вносится в топку, в результате чего уменьшается расход топлива.

Величину экономии топлива в зависимости от его теплоты сгорания и различных температурных условий работы котла и рекуператора можно определить по следующей формуле:

(1)

теплообменник утилизация контактный

где P - экономия топлива, % по отношению к расходу топлива при работе котла без подогрева воздуха;

- энтальпия 1 мЗ дымовых газов в топке (численное значение величины можно получить путем деления теплоты сгорания топлива на количество дымовых газов, получающихся при сжигании 1г жидкого топлива или в случае сжигания газа 1 мЗ газа), кДж/мЗ;

- энтальпия 1 мЗ дымовых газов по выходе из котла, кДж/м3;

? - отношение энтальпии подогретого воздуха к энтальпии уходящих из котла дымовых газов.

Тогда, применимо к котлу ТП-170-1:

.

Анализ теплового баланса котла ТП-170-1 показывает актуальность поднимаемого вопроса, что большая часть теряемой теплоты уходит с дымовыми газами.

Кроме того, температура уходящих дымовых газов превышает запроектированные значения на 20 °С и составляет 150 °С.

Для решения данной проблемы предлагается мероприятие по утилизации теплоты уходящих дымовых газов, которому посвящена основная часть исследования.

Таблица 1 - Тепловой баланс котла ТП-170-1 до внедрения мероприятия по использованию низкопотенциального тепла

Решение вопроса предлагается с помощью контактного теплообменника.

При этом, следует учесть, что существуют три основные причины, которые препятствуют разработке и внедрению контактных теплообменников:

- Низкая, предельная температура нагрева воды, ограниченная температурой мокрого термометра.

- Загрязнение нагреваемой воды веществами, содержащимися в продуктах сгорания.

- Отсутствие необходимых теоретических и экспериментальных

данных для теплового и гидравлического расчетов.

Если в поверхностных теплообменниках низкие значения температуры нагрева воды ограничивались по условию коррозионного износа и больших значений температурного напора газ-вода, то верхний предел нагрева в контактных теплообменниках лимитируется температурой мокрого термометра tM. Температура воды не может быть выше tM, потому что при достижении жидкостью этой температуры все тепло уходящих газов начинает расходоваться на испарение воды, т.е. увеличивается содержание в газе водяных паров, а его энтальпия практически не меняется.

Вопрос о применении низко потенциального тепла подогретой воды необходимо рассматривать всякий раз конкретно для каждой котельной промышленного предприятия с учетом имеющихся потребителей тепла.

Список литературы

Соснин Ю.П. Контактные водонагреватели. - М.:Стройиздат, 1974. -360с. ? ISBN 5?237?00904?2.

Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. - Л.:Недра, 1978. ? ISBN 5?27?01208?1.

Тепловой расчет котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под ред. Н.В. Кузнецова. - М.:Энергия, 1973. -296 с. ? ISBN 5?15?10354?2.

Термодинамические свойства газов. Под ред. М.П. Вукаловича, -М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной и судостроительной литературы, 1953. -375 с. ? ISBN 5?48?21967?1.

С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Теплофизические свойства воды и водяного пара.- Л.:Недра,1980. -424 с. ? ISBN 5?21?12684?2.

З.Ф. Панюшев, Е.Б. Столпнер. Наладка отопительных котлов,

саботающих на газе. -П.:Недра, 1974. -253 с. ? ISBN 5?17?00015?2.

Размещено на Allbest.ru