Что такое утилизаторы
В тепловых аппаратах и машинах различного типа, таких как печи, котлы, турбины, двигатели внутреннего сгорания, работающих на горючем топливе, с отработанными (печными, выхлопными) газами выносится и безвозвратно теряется значительная часть сгенерированной тепловой энергии.
Известно, что КПД даже самых экономичных тепловых машин, таких как паровые и газовые турбины, едва достигает 40 – 45 %. Еще большие потери тепловой энергии происходят в промышленных технологических процессах, в которых получение тепловой энергии не является самоцелью, например, в плавильных или разогревающих печах и камерах, химических и пищевых реакторах, подогревателях и др.
Тепловая энергия для промышленных, хозяйственных или бытовых целей – это в подавляющем большинстве случаев – израсходованное горючее топливо (нефтепродукты, уголь, древесина, горючие газы, др.) или электричество, представляющие значительную материальную ценность.
А потому все возможности по их экономии представляют большой коммерческий интерес. Одним из эффективных способов экономии материальных ресурсов и получения дополнительных объемов тепловой энергии для промышленных, хозяйственных и бытовых целей является его утилизация из отработанных (выхлопных) газов.
Технически данная задача решается с помощью утилизаторов, или экономайзеров. Утилизатор тепловой энергии отработанных газов (экономайзер) — это теплотехнический аппарат-теплообменник рекуперационного типа, размещаемый в канале сброса отработанных газов, в котором происходит отбор тепла от горячих отработанных газов и нагревание канализированного холодного теплоносителя.
Нагреваемым теплоносителем в утилизационных системах обычно выступает холодная вода. Результатом такого теплообмена является утилизация некоторой (часто – очень значительной) части тепловой энергии отработанных газов, и получение горячего водяного пара или горячей воды, которые расходуются в интересах водяного или парового отопления, горячего водоснабжения, технологического подогрева.
Для утилизаторов (экономайзеров) существует понятие глубины утилизации, которое выражается в степени охлаждения отработанных газов. Для многоступенчатых («многоэтажных») экономайзеров возможна довольно большая глубина утилизации, с охлаждением отработанных газов в среднем от 300 °C до 50 °C.
Заводы по производству котельного оборудования
Монастырищенский завод начал производство котельного оборудования еще в 1957г, он снабжал передовыми механизмами все республики СССР. Большинство котлов поставленных заводом работают до настоящего времени.
Надежность и эффективность их была такой высокой, что покупатели ждали поставку годами, получая разрешение исключительно через соответствующие министерства и ведомства.
Щекинский завод котельно вспомогательного оборудования и трубопроводов начал работу в 1952 году, предприятие выпускает, как стандартное, так и нестандартное котельное оборудование, и трубопроводные системы для ремонта и реконструкции действующих энергообъектов и предприятий металлургии.
Бийский котельный завод выпускает котельное оборудование для машиностроения, нефтехимии, коммунального теплоснабжения, транспортной отрасли и сельскохозяйственных фирм.
Калтанский завод котельно вспомогательного оборудования и трубопроводов начал свою трудовую деятельность в 1960 году. Он выпускает уникальные по номенклатуре котельные изделия для крупных энергетических объектов на востоке страны.
Заводской цех
Специалисты завода первые в Минэнерго организовали выпуск вспомогательного котлового оборудования среднего давления для нужд генерирующих предприятий страны.
Котлы являются основным элементом организации и реализации паросилового цикла системы теплоснабжения. Корпус маломощных котлов низкого давления изготавливают из чугуна, а среднего и высокого давления из котловой стали.
Для того чтобы правильно подобрать тип и количество котлов, выполняют технико-экономические расчеты, с учетом следующих факторов:
- Максимальная и минимальная тепловая нагрузка потребителей в зимнее и летнее время.
- Расстояние и диаметры тепловых сетей с разбивкой к каждому потребителю.
- Качество воды и топлива.
- Уровень автоматизации газовой котельной.
- Размеры котельной.
Выбор котла по теплопроизводительности горелки должен соответствовать ее мощности с учетом аварийного резерва. Неплохое газовое оборудование Лемакс можно приобрести в Ишиме.
Предлагаем ознакомиться Одноуровневая арматура с боковым подводом воды (тип А)
Работа горелки обеспечивается газовым оборудованием котельной: ГРУ или ГРП, регуляторами, фильтрами, приборами контроля и системой безопасности. Все элементы газового хозяйства относятся к объектам повышенной опасности, их работа регламентируется СНиП II-35-76 «Котельные установки».
Котлы-утилизаторы
Тепло дымовых газов, уходящих из печей, кроме подогрева воздуха и газообразного топлива, может быть использовано в котлах-утилизаторах для выработки водяного пара. В то время как подогретые газ и воздух используются в самом печном агрегате, пар направляется внешним потребителям (для производственных и энергетических нужд).
Во всех случаях следует стремиться к наибольшей регенерации тепла, т. е. к возвращению его в рабочее пространство печи в виде тепла нагретых компонентов горения (газообразного топлива и воздуха). В самом деле, увеличение регенерации тепла ведет к сокращению расхода топлива и к интенсификации и улучшению технологического процесса. Однако наличие рекуператоров или регенераторов не всегда исключает возможность установки котлов-утилизаторов. В первую же очередь котлы-утилизаторы нашли применение в крупных печах с относительно высокой температурой отходящих дымовых газов: в мартеновских сталеплавильных печах, в медеплавильных отражательных печах, во вращающихся печах для обжига цементного клинкера, при сухом способе производства цемента и т. д.
Рис. 5. Газотрубный котел-утилизатор ТКЗ типа КУ-40.
1 – пароперегреватель; 2 – трубная поверхность; 3 – дымосос.
Тепло дымовых газов, отходящих от регенераторов мартеновских печей с температурой 500 — 650 °С, используется в газотрубных котлах-утилизаторах с естественной циркуляцией рабочего тела. Поверхность нагрева газотрубных котлов состоит из дымогарных труб, внутри которых проходят дымовые газы со скоростью примерно 20 м/сек. Тепло от газов к поверхности нагрева передается путем конвекции, а потому увеличение скорости повышает теплопередачу. Газотрубные котлы просты в эксплуатации, при монтаже не требуют обмуровки и каркасов и обладают высокой газоплотностью.
На рис. 5 показан газотрубный котел Таганрогского завода средней производительности Dср = 5,2 т/ч с расчетом на пропуск дымовых газов до 40000 м3/ч. Давление пара, вырабатываемого котлом, равно 0,8 Мн/м2; температура 250 °С. Температура газов до котла 600 °С, за котлом 200 – 250 °С.
В котлах с принудительной циркуляцией поверхность нагрева составляется из змеевиков, расположение которых не ограничивается условиями естественной циркуляции, и поэтому такие котлы компактны. Змеевиковые поверхности изготовляются из труб малого диаметра, например d = 32Ч3 мм, что облегчает вес котла. При многократной циркуляции, когда кратность циркуляции составляет 5 – 18, скорость воды в трубках значительна, не менее 1 м/сек, вследствие чего в змеевиках уменьшается выпадение из воды растворенных солей, а кристаллическая накипь смывается. Тем не менее котлы должны питаться водой, химически очищенной при помощи катионитовых фильтров и других способов водоподготовки, соответствующей нормам питательной воды для обычных паровых котлов.
Рис. 6. Схема котла-утилизатора с многократной принудительной циркуляцией.
1 – экономайзерная поверхность; 2 – испарительная поверхность; 3 – пароперегреватель; 4 – барабан-коллектор; 5 – циркуляционный насос; 6 – шламоуловитель; 7 — дымосос.
На рис. 6 дана схема размещения змеевиковых поверхностей нагрева в вертикальных дымоходах. Движение пароводяной смеси осуществляется циркуляционным насосом. Конструкции котлов подобного типа разработаны Центроэнергочерметом и Гипромезом и изготовляются на расходы дымовых газов до 50 – 125 тыс. м3/ч со средней паропроизводительностью от 5 до 18 т/ч.
Стоимость пара составляет 0,4 – 0,5 руб/т вместо 1,2 – 2 руб/т у пара, отобранного из паровых турбин ТЭЦ и 2 – 3 руб/т у пара от промышленных котельных. Стоимость пара составляется из затрат на энергию для привода дымососов, расходов на приготовление воды, амортизацию, ремонт и обслуживание. Скорость газов в котле составляет от 5 до 10 м/сек, что обеспечивает хорошую теплопередачу. Аэродинамическое сопротивление газового тракта составляет 0,5 – 1,5 кн/м2, поэтому агрегат должен иметь искусственную тягу от дымососа. Усиление тяги, которым сопровождается установка котлов-утилизаторов, как правило, улучшает работу мартеновских печей. Подобные котлы получили распространение на заводах, но для их хорошей работы требуется защита поверхностей нагрева от заноса пылью и частицами шлака и систематическая очистка поверхностей нагрева от уноса посредством обдувки перегретым паром, промывки водой (при остановках котла), вибрационным путем и др.
Рис. 7. Поперечный разрез котла-утилизатора КУ-80. 1 – испарительная поверхность; 2 – пароперегреватель; 3 – барабан; 4 – циркуляционный насос.
Для использования тепла дымовых газов, отходящих от медеплавильных отражательных печей, устанавливаются водотрубные котлы с естественной циркуляцией (рис. 7). Дымовые газы в этом случае имеют очень высокую температуру (1100 – 1250 °С) и загрязнены пылью в количестве до 100 – 200 г/м3, причем часть пыли имеет высокие абразивные (истирающие) свойства, другая часть находится в размягченном состоянии и может шлаковать поверхность нагрева котла. Именно большая запыленность газов и заставляет пока отказываться от регенерации тепла в этих печах и ограничиваться использованием дымовых газов в котлах-утилизаторах.
Передача тепла от газов к экранным испарительным поверхностям протекает очень интенсивно, благодаря чему обеспечивается интенсивное парообразование частицы шлака, охлаждаясь, гранулируются и выпадают в шлаковую воронку, чем исключается шлакование конвективной поверхности нагрева котла. Установка подобных котлов для использования газов с относительно невысокой температурой (500 — 700 °С) нецелесообразна из-за слабой теплопередачи лучеиспусканием.
В случае оборудования высокотемпературных печей металлическими рекуператорами котлы-утилизаторы целесообразно устанавливать непосредственно за рабочими камерами печей. В этом случае в котле температура дымовых газов понижается до 1000 – 1100 °С. С такой температурой они уже могут быть направлены в жароупорную секцию рекуператора. Если газы несут много пыли, то котел-утилизатор устраивается в виде экранного котла-шлакогранулятора, что обеспечивает сепарацию уноса из газов и облегчает работу рекуператора. [2,3]
Новости
Все новости
21.02.2020 Поздравляем с Днем защитника Отечества!
21.02.2020 Поздравляем с Днем защитника Отечества!
17.02.2020 Электроэнергией и паром обеспечены
15.01.2020 Энергосервис в Смоленской области
15.01.2020 Энергосервис в Смоленской области
23.12.2022 С новым 2020 годом и Рождеством!
Нюансы монтажа
Монтаж начинает с выбора места под электрокотельную, при установке мощных агрегатов более 6 кВт рекомендуется отдельное помещение без доступа посторонних лиц и детей. ТЭНовые конструкции отопительного котла промышленного изготовления допускается устанавливать на кухне. ЭК располагают так, чтобы около него оставалось свободное место для обслуживания и ремонта. Минимальные просветы:
- до верхнего перекрытия помещения — 0.80 м;
- до «0» отметки в случае навесного типа — не менее 0.50 м;
- до стен — 0.05 м;
- до труб — более 0.50 м;
- перед фронтом котла — более 0.70 м.
Важное значение имеет уровень расположения корпуса – он должен быть строго горизонтальным. Установка котла зависит от типа системы отопления – при естественной циркуляции электрокотел располагается в нижней точке, с принудительной циркуляцией – в любом удобном месте..
Возможна установка не одного агрегата, а несколько, в этом случае обвязка их осуществляется параллельно, чтобы они работали с одинаковой нагрузкой.
Алгоритм установки:
- Для настенной конструкции сначала устанавливают кронштейны, которые поставляются в комплекте с агрегатом.
- После крепления их на стене дюбелями или анкерами навешивают корпус.
- Напольный агрегат устанавливают на ровной подставке из диэлектрика.
- Обвязывают контуры отопления и ГВС.
- Устанавливают запорно-регулирующую арматуру на входном и выходном патрубке.
- Устанавливают грязевик датчики, манометры и термометры по рабочей схеме.
- Подключают агрегата к электросети. В качестве кабель-канала можно использовать гофрированный гибкий трубопровод.
- Если скачки напряжения в сети нередки, то подключение нужно выполнять через стабилизатор.
- Устанавливается электрозащита, мощность предохранителя выбирают выше самой большой токовой нагрузки котла в рабочем состоянии, заземление при подключении обязательно. Выполняют заземление 3- или 5- жилой в кабеле.
- Нулевой рабочий провод N присоединяют к нулевой шине щитка.
- Заземляющий РЕ провод присоединяется к своей шине «Земля».
- Для силовой линии используют марку ВВГ кабеля с количеством жил 3 или 5, с сечениями соответствующей мощности ЭК, обычно размер обозначен в паспорте изделия.
- Двухконтурный котел обвязывается через трехходовой клапан электрического типа. По сигналу термостата, он направляет поток теплоносителя на подогрев контура ГВС либо отопления.
- После окончания монтажный работ котел осматривают и убеждаются в том, что он установлен строго горизонтально и к нему подключены все коммуникации.
- Заполняют котел водой и под водопроводной водой делают опрессовку — определяют утечки в соединениях и исправность запорно-регулирующей арматуры.
- Проверяют работу электрооборудования котла и циркуляционного насоса встроенного в котел.
- Тестируют работоспособность датчиков и автоматики безопасности.
Электрические котлы с насосом это самый передовой метод отопления с возможностью современной регулировкой нагрева от 0 до 100 %, Используя систему «Умный дом» управление можно выполнять онлайн, вне стен дома. И хотя сам насос потребляет дополнительное электричество для своей работы, эти затраты окупаются быстро с учетом комфортности, автономности и безопасности услуг
Самое важное – у этой схемы большое будущее, учитывая, что в нее легко интегрируются любые вторичные энергоресурсы зеленой энергетики, в связи, с чем данный вид теплоснабжения набирает популярность во всем мире
Преимущества и недостатки котлов на пиролизном газе
Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром ценят за их преимущества перед печами с прямым горением. Можно перечислить некоторые из них:
полное сгорание топлива без накопления сажи. Кроме экономии дров это свойство несет гораздо большую пользу. Полное сгорание означает, что в качестве отходов выделяется лишь углекислота и обыкновенная вода. Ни то, ни другое не представляет большого вреда для людей и природы в целом.
Для увеличения эффективности пиролизного котла используйте только сухие дрова.
- благодаря полному сгоранию, в газогенераторах можно использовать любое органическое твердое топливо. По сути им может быть любая органика, способная к активной реакции окисления, то есть горению. Такие котлы можно устанавливать на швейных и кожевенных фабриках, на предприятиях деревопереработки, сельхозпредприятиях. Этим полностью решается проблема утилизации отходов;
- высокая экономия средств на топливо, так как пиролизные котлы длительного горения с водяным контуромимеют такое названия по причине того, что от одной дровяной закладки рабочий процесс может продолжаться не менее 12 часов. Простая печь или котел, максимум способны гореть 4 часа;
Схема подключения твердотопливного котла к системе отопления дома.
полностью решен вопрос регулировки процесса горения и нагревания теплоносителя. По причине того, что в рабочей камере сгорает газообразное топливо, его поток легко регулируется, так же, как и интенсивность горения. Это позволяет полностью автоматизировать работу котла, не хуже, чем электрического или газового.
Есть у пиролизных котлов длительного горения и недостатки, о которых следует осведомиться, при приобретении этой техники:
стоимость газогенераторов намного выше, чем у других видов теплотехники. Однако это со временем окупается, благодаря экономии топлива;
Автоматизированная котельная в современном частном доме.
- топливо должна быть идеально сухим. Уже 20%-я влажность является серьезным препятствием для горения. Котел просто престанет работать после ограничения доступа воздуха;
- в связи с тем, что в конструкции практически всех моделей предусмотрено использование вентиляторов для нагнетания воздуха, то для их работы требуется наличие электроэнергии, что не позволяет использовать эту технику на дачах, не имеющих электроснабжения.
На заметку! Отзывы владельцев пиролизных котлов длительного горения говорят о том, что иногда они останавливаются из-за того, что вода из обратной трубы системы попадает в контур котла сильно остывшей. Чтобы этого избежать, надо впаять в систему обходной контур из трубы подачи. Здесь используется обычный трехходовой клапан. Тогда горячая вода смешается с охлажденной, котел не будет отключаться.
Схематическое изображение пиролизного котла с водяным контуром.
Принцип работы
Принцип работы котла-утилизатора – это не сложный процесс. Представим себе пространство, чаще всего трубу, заполненную отсеками труб с циркулирующей в них водой. Использовать отсеки дешевле, поскольку на каждый отсек устанавливается отдельный насос, поддерживающий циркуляцию жидкости. Много малых насосов дешевле большого той же мощности. Принудительная циркуляция жидкости ускоряет парообразование.
Вода под воздействием температур делится на слои, каждый из которых обладает своей плотность. Вследствие прогревания нижних слоев и подъема их наверх, происходит перемешивание и циркуляция жидкости в трубах. Механическая циркуляция значительно ускоряет этот процесс. Использование насосов позволяет распределять тепло равномерно.
Сквозь трубы с водой проходят отработанные дымовые газы с высокими температурами. Отработанные газы служат источником тепла. Для ускорения процесса на входе в котел стоит вентилятор. Все устройство содержит в себе несколько вентиляторов, которые позволяют несколько раз прогнать дым сквозь топку для достижения максимального эффекта.
После котла пар поступает к потребителю, откуда возвращается в бак с водой. К баку происходит постоянное подмешивание подпиточной воды. Цикл не может постоянно использовать одну и ту же жидкость, потери при прохождении сети труб от котла к потребителю неизбежны.
Чтобы понять принцип работы-котла утилизатора, необходимо знать, как происходит подготовка питательной воды. Для ее подготовки используется деаэратор, который избавляет воду из общегородской сети от примесей калия и магния. Именно эти элементы отвечают за образование накипи.
Перед подачей в барабан подготовленная вода подогревается, чтобы снизить теплопотери паровой смеси на нагрев внесенной жидкости. Для этого используется экономайзер. Принцип работы экономайзера не отличается от принципа работы теплообменника в самом котле: это сеть труб, через которые вода течет в барабан котла. Через эти трубы отработанный газ после теплообменников уходит в атмосферу.
Обратите внимание: через экономайзер вода не циркулирует, а протекает сразу в барабан котла по змеящемуся трубопроводу. Дым здесь так же не циркулирует, просто проходя сквозь трубы. Нагреть питательную воду отработанными газами невозможно, использование насосов и вентиляторов здесь нецелесообразно. Газ на этом этапе уже отдал максимальный запас тепла, задача экономайзера – сделать цикл еще экономичнее.
Так вкратце выглядит схема работы котла-утилизатора.
