Утилизация тепла дымовых газов: экология с выгодой / Хабр

Что я думаю об этом

Пример с горелками я понял и думаю, что он реальный. Но извините, я с другой стороны то же самое хочу посмотреть. Следите за логикой! Согласитесь, что если тепло произведено, то оно должно потратится в основном всего на 2 вещи. На нагрев воды и на нагрев воздуха в трубе.

Если вода не принимает какое-то тепло, то оно должно потратиться на нагрев воздуха в трубе. То есть холоднее вода – горячее отходящие газы. Если взять это тепло в сумме, то мы должны получить величину, как я понимаю, очень близкую к общей теплоте, которую выдал сгоревший газ.

А температура отходящих газов, как вы заметили, нормирована и заявлена в инструкции. И это правильно, ведь температура отходящих газов косвенно говорит нам о КПД котла. Другими словами, сколько тепла идет на нагрев воды, а сколько на нагрев воздуха в трубе.

И вот тут выкристаллизовывается интересный вывод о том, как нам надо выбирать себе отопительный прибор. Мы идем в магазин и выбираем котел именно читая инструкцию и, если озабочены экономией, то выбираем котел нужной мощности и с минимальной температурой отходящих газов среди конкурентов.

Вы привели хороший, яркий пример и замечательно его обрисовали. Он про два котла с разными КПД. При этом котел небрендовый оказался с большим КПД. Ну… что ж? Меня не удивляет такая ситуация!

Про температуру. Что-то много вы слишком насчитали. Я читал другие инструкции и как-то у меня отпечаталось диапазон 65-80. У меня, например, котел тоже небрендовый – практически ведро с горелкой. Произвел его завод в городе Жуковском Московской области.

Но соединяет его с дымоходом обычная жесткая гофра за 400 рублей (сейчас, наверное, дороже уже), а температура этой трубы в процессе разогрева воды, то есть при работе на полную мощность такая, что легко терпит рука. А это значит, что выше 60 не поднимается.

Так что со 110-ю вы что-то перепутали. Я думаю, 110 – это для очень хороших печей на твердом топливе. А у камина, кстати, я думаю и до 400 может дойти. Но камин, как вы понимаете, штука прямоточная и призвана удовлетворять нашу потребность в уюте и эстетике, но никак не в тепле.

По отъему тепла от выхлопной трубы

По моим сведеньям это хорошее и реальное предложение, которое используется в промышленности и позиционируется как раз как мера, повышающая КПД. Я больше скажу! Есть такие устройства, которые пытаются отнять энергию от той влаги, которая конденсируется в трубе.

Но я не думаю, что идею взять все тепло от трубы стоит реализовывать на практике. Простой житейский опыт подсказывает мне, что если мы охладим сверх меры наши выхлопные газы, то нам придется ставить дымосос. То есть предусматривать принудительный отвод наших газов.

А вот будет ли это выгодно – тут надо считать. Во-первых, дымосос просит денег, ибо работает от электричества и потребляет порядка 80-ти ватт, если не больше. Во-вторых, выхлоп от газового котла весьма специфический. В нем очень много водяного пара.

https://www.youtube.com/watch?v=qxnxVgc8cHs

Значит и дымосос наш будет далеко не вечным. Особенно при круглосуточном режиме работы. Я бы посоветовал бороться за КПД другими, более доступными методами. Причем от теории перейти к практике, а то может получиться как с альтернативной энергетикой.

6. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические котлы – Энергетика: история, настоящее и будущее

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов, охрана окружающей среды относятся к важнейшим проблемам, стоящим перед человечеством. Высокотемпературные процессы осуществляются в технологических печах (металлургическая, химическая, нефтехимическая и другие отрасли промышленности) при чрезвычайно низком коэффициенте использования органического топлива (20–40%).

В итоге эти производства выбрасывают газы, температуры которых превышают иногда 1000°С, токсичные вещества, мелкодисперсную пыль применяемого сырья и другие технологические отходы, которые загрязняют окружающую среду. Поэтому переработка и эксплуатация отходов этих технологических процессов являются важной задачей, выполнение которой возможно на основе использования их теплоты в котлах-утилизаторах или при совместной организации технологического и энергетического процессов в энерготехнологических агрегатах.

Котел-утилизатор (КУ) – паровой или водогрейный котел, не имеющий собственного топочного устройства для сжигания топлива и использующий теплоту отходящих газов технологических промышленных агрегатов различного назначения. Исключение составляют случаи работы котлов-утилизаторов на отходящих газах, содержащих, кроме физической, и химическую теплоту в виде горючих составляющих, которые целесообразно дожечь.

Важной особенностью отходящих высокотемпературных производственных газов в металлургии и в некоторых других отраслях промышленности является содержание в них полидисперсного уноса мелких частиц, находящихся в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Этот унос образуется в результате выноса газовым потоком мелких частиц шихты, окалины, расплавленного металла или шлака, а также испарения и возгонки металла в плавильных печах. Вынос жидких частиц технологического расплава наблюдается обычно в период кипения или продувки расплавленного металла. Частичное испарение технологического материала возможно в этих же печах из-за высокого температурного уровня в них.

Энергетическая реализация теплоты отходящих газов в котлах-утилизаторах приводит к существенному повышению коэффициента использования располагаемой теплоты, к снижению температуры выноса технологического сырья в виде пыли и к возможности его улавливания, исключающего или сокращающего выбросы в окружающую среду.

Первые котлы-утилизаторы в СССР были введены в эксплуатацию в 1939 году в виде котлов–охладителей газов (КОГ) с дымогарными трубами. До 1959 года они выпускались Таганрогским котельным заводом, а с 1966 года котлы–охладители газов производятся на Белгородском котельном заводе (БелЭнергомаш).

В 1947 году первый котел–охладитель газов с принудительной циркуляцией воды был установлен за мартеновской печью. Такая их установка позволила повысить коэффициент использования теплоты, увеличить производительность печей (на 5,8 – 18%) и сократить продолжительность плавки (на 6, 14,5%) за счет роста теплового форсирования печей, возможного благодаря запасу разрежения, создаваемого дымососом котлов.

Эффективность использования теплоты отходящих газов в котлах-утилизаторах зависит от температуры отходящих газов, тепловой мощности и режима поступления газов в теплоиспользующую установку. Выход отходящих газов зависит от количества сжигаемого топлива в технологической установке и выхода шихтовых газов, образующихся при термической обработке исходных технологических материалов.

Режим поступления газов в котлы-утилизаторы является не менее значащим фактором эффективной реализации их теплоты. В ряде случаев цикличность работы технологической установки создает значительные трудности при использовании газов, как это имеет место при конверторном производстве стали, а иногда эта цикличность становится серьезным препятствием для эффективного применения газового потока.

Выпускаемые котельными заводами котлы-утилизаторы подразделяются на группы по нескольким признакам:

• По температуре продуктов сгорания на входе в котел. По этому признаку котлы-утилизаторы делятся на низкотемпературные (при температурах < 900°C) и высокотемпературные (при температурах >1000°C). Такое деление обусловлено тем, что при температурах < 900°C перенос теплоты от продуктов сгорания происходит главным образом за счет конвекции, а при температурах > 1000°C в большей степени излучением. Кроме этого, происходит изменение агрегатного состояния технологического и топливного уноса, который при температурах > 1100°C содержится в продуктах сгорания преимущественно в жидком состоянии.
• По параметрам пара: производятся котлы низких (P =1,5 МПа, t ≈ 300°С), повышенных (4,5 МПа и 450°С) и высоких (10– 14 МПа и 550°С) параметров.
• По способу организации взаимного движения воды и пара и продуктов сгорания: газотрубные и водотрубные.
• По способу организации движения воды в испарительном контуре водотрубных котлов: котлы с естественной циркуляцией и с многократной принудительной циркуляцией (МПЦ).
• По конструкторскому оформлению компоновочных решений и поверхностей нагрева. По этому признаку котлы-утилизаторы бывают П-образной формы, башенного и горизонтально-туннельного типов со змеевиковыми конвективными поверхностями нагрева в низкотемпературных котлах и радиационно-конвективными в высокотемпературных.

Газотрубные и водотрубные котлы-утилизаторы

Газотрубные котлы-утилизаторы выпускаются как с горизонтальным, так и с вертикальным их расположением и устанавливаются за нагревательными, мартеновскими, обжиговыми и другими печами относительно небольшой мощности. Отличительная особенность такого типа котлов – отсутствие топочного устройства для сжигания топлива. В качестве примера рассмотрим промышленный котелутилизатор для использования тепла газов после печи (рис. 2.16).

Газы после печи имеют температуру 1260°С и поступают в нижнюю часть подъемного газохода котла. В нем находятся экранные настенные поверхности, W-образные трубные ленты и конвективный пакет пароперегревателя. За счет тепла газового потока здесь испаряется часть воды и перегревается пар.

В экранных и ленточных поверхностях происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси. Для выработки электроэнергии из котла-утилизатора поступает пар с расходом до 80 т/ч, давлением 4,5 МПа и температурой 440°С, что обеспечивает электрическую мощность около 8 МВт. Для поддержания постоянного теплового потенциала поступающих газов перед КУ установлен предтопок с газовой горелкой.

Газотрубные котлы-утилизаторы вне зависимости от отрасли промышленности, в которой они применяются, имеют схожее конструкторское оформление испарительной части с естественной циркуляцией воды. Однако следует иметь в виду, что используют их для охлаждения отходящих газов небольших по мощности технологических установок.

Водотрубные котлы-утилизаторы с принудительной многократной циркуляцией (МПЦ) воды в испарительных элементах получили наиболее широкое распространение в различных отраслях промышленности. Наличие многократной принудительной циркуляции позволяет придать испарительным элементам котла любую конфигурацию и ориентацию в пространстве.

Котел КУ-80 имеет П-образную компоновку. Его испарительная часть состоит из трёх секций, включенных последовательно по потоку продуктов сгорания и параллельно по котловой воде, подаваемой циркуляционным насосом.

Деление испарительной системы на дветри секции, включенные по котловой воде параллельно, позволяет более чем в шесть раз снизить сопротивление испарительной части и, соответственно, мощность циркуляционных насосов.

Питательная вода поступает в котел через водяной экономайзер, после которого подается в барабан котла. Из барабана котловая вода циркуляционным насосом подается через шламоотделитель в три испарительных пакета, включенных параллельно. Пароводяная смесь из испарительных поверхностей нагрева поступает в барабан, в котором происходит отделение пара от воды (сепарация). Отсепарированный пар направляется в пароперегреватель и далее к потребителю.

В зависимости от температуры продуктов сгорания на входе в котел изменяется его паропроизводительность и другие параметры.

При необходимости установки котлаутилизатора над нагревательными печами П-образную компоновку заменяют на башенную или горизонтальную с той же последовательностью расположения поверхностей нагрева по ходу газов. В этом случае отпадает необходимость в громоздких и дорогостоящих газоходах от печи к котлу-утилизатору, в самостоятельной котельной, а кроме того, уменьшаются присосы в газовый тракт холодного воздуха и потери теплоты как в окружающую среду, так и с уходящими из котла газами.

Серия котлов-утилизаторов с параметрами пара давлением 4,5 и 1,8 МПа и температурой 375–400°С выпущена на расход продуктов сгорания от 40·103до 150·103м3/ч с температурой 650–850°С. Котлы могут работать в комплексе с испарительным охлаждением печей или только для использования физической теплоты уходящих из печей продуктов сгорания.

Котлы-утилизаторы в коксохимической промышленности

Использованию физической теплоты раскаленного кокса при его сухом тушении придается большое значение, так как общая экономия условного топлива составляет при этом 110 тыс. тонн на каждый миллион тонн произведенного чугуна.

Первая отечественная промышленная установка для этого была сооружена в 1936 году на Керченском коксохимическом заводе. Строительство опытно-промышленной установки сухого тушения кокса (УСТК) в 1960 г. на Череповецком металлургическом заводе положило начало широкому его внедрению в промышленность.

Рис. 2.18. Котёл-утилизатор типа КСТ-80:1 – экономайзер; 2 – испарительные поверхности нагрева; 3 – пароперегреватель; 4 – барабан котла

Установка сухого тушения кокса (рис. 2.18) состоит из двух основных частей – тушильной камеры и котла-утилизатора. Раскалённый кокс с температурой 1000– 1100°С скиповым подъемником загружается в тушильную камеру через бункер.

Верхняя часть бункера выполняет роль форкамеры–аккумулятора горячего кокса. Накопление кокса в форкамере необходимо

для обеспечения непрерывной работы установки в связи с периодической подачей кокса. Форкамера рассчитана на прием раскаленного кокса от одной печи. Через загруженный в бункер раскаленный кокс продувается снизу вверх инертный газ, который нагревается при этом до≈800°C.

Нагретые инертные газы с мелкими частицами кокса поступают через пылеулавливающий бункер в котел-утилизатор. Газы последовательно омывают пароперегреватель, секции испарительных поверхностей нагрева с многократной принудительной циркуляцией и экономайзер.

Продувка инертных газов через слой раскаленного кокса производится дымососом. Эти газы двигаются по замкнутому контуру: дымосос – тушильная камера – котелутилизатор – дымосос.

Для предварительного приготовления инертных газов достаточно заполнить тушильный бункер раскаленным коксом и включить в работу дымосос. Находящийся в газовом тракте установки воздух вызовет выгорание некоторой части кокса, а образовавшиеся при этом продукты сгорания будут выполнять в дальнейшем роль инертного теплоносителя.

Котлы-охладители конверторных газов

При продувке сталеплавильных конверторов кислородом из них удаляются продукты окисления углерода, состоящие на 90-95% из оксида углерода (СО). Эти газы характеризуются высокой температурой (≈1600°С), низким избытком воздуха (0,05–0,10), значительным содержанием конверторного уноса (до 150 г/м3) и теплотворной способностью~8,2 МДж/нм3.

Выход газов циклический; газовыделение начинается через 2–4 минуты после начала продувки, быстро достигает максимума и затем снижается до нуля за 2–3 минуты до завершения продувки. Продолжительность паузы на примере работы 300-тонного конвертора – 43 минуты, а всего цикла 60 минут, то есть продувка продолжается~17 мин.

В качестве охладителей конверторных газов, применяемых на металлургических заводах Украины, используются в основном паровые радиационно-конвективные котлы с многократной принудительной циркуляцией. Они выполняются однобарабанными, вертикально-водотрубными и имеют П-образную компоновку. На рисунке 2.

19 показан поперечный разрез газоходов котла-утилизатора типа ОКГ-100-3А. Этот охладитель конверторных газов рассчитан на переработку~40 тыс. м3/ч конверторных газов. Конверторные газы поступают в охладитель конверторных газов через наклонный газоход в подъемный экранированный газоход, затем поворачивают в переходный и далее в опускной конвективный, в котором размещены последовательно змеевиковые пакеты конвективной испарительной поверхности нагрева и экономайзер.

Оксид углерода (СО), содержащийся в значительном количестве в конверторных газах, сжигается в подъемном наклонно-вертикальном газоходе. Воздух, необходимый для горения СО, засасывается дымососом через зазор между горловиной конвертора и наклонным газоходом.

Во всех ОКГ предусмотрена двухступенчатая схема испарения: экранные поверхности нагрева радиационной части котла включены в чистый отсек барабана, а конвективные испарительные поверхности – в солевой. Питательная вода через экономайзер поступает в барабан котла, откуда по трубопроводам через шламоуловители подается циркуляционными насосами в экранные и конвективные поверхности нагрева.

Полученная в этих поверхностях нагрева пароводяная смесь поступает в устройство для сепарации пара. Отсепарированный пар направляется в энергокомплекс конверторного цеха.

На всех охладителях конверторных газов в период паузы и во время продувки конвертора, когда отсутствует газовыделение, предусмотрено дополнительное сжигание газообразного или жидкого топлива (подтопка) в количестве 30–75% среднего выхода конверторных газов.

Существуют охладители конверторных газов без дожигания СО. По мере освоения новых мощностей конверторов разработаны и охладители конверторных газов нового поколения, которые характеризуются применением в поверхностях нагрева мембранных труб, сваренных в панели, обеспечивающих газовую плотность и надежность работы охладителей конверторных газов в условиях цикличности тепловых нагрузок и высокой запыленности газов.

Котлы-утилизаторы, используемые в парогазовых и когенерационных установках

Широкое развитие в последние десятилетия комбинированных парогазовых установок (ПГУ) тепловых электростанций, а также когенерационных установок, имеющих высокий коэффициент полезного действия за счет совместной выработки электрической и тепловой энергии, предопределило необходимость создания для них специальных котлов-утилизаторов.

Котлы-утилизаторы, применяемые в парогазовых установках (рис. 2.20), предназначены для получения пара среднего и высокого давления, который в последующем используется в паровой турбине. Источником энергии, утилизируемой таким котломутилизатором, являются уходящие газы газовой турбины.

Котел-утилизатор парогазовой установки представляет собой водотрубный барабанный агрегат с конвективными поверхностями нагрева и многократной принудительной циркуляцией. В зависимости от мощности паровой турбины они могут быть как одноконтурными, так и иметь два независимых контура с различными давлениями пара.

Рис. 2.20. Принципиальная схема котла-утилизатора в системе ПГУ–ТЭЦ

Барабанные котлы-утилизаторы предназначены для выработки пара высокого (8 МПа), низкого (0,65 МПа) давления и горячей воды за счет утилизации тепла выхлопных газов, поступающих после газотурбинной установки (ГТУ). Такие парогазовые установки (ПГУ) с газовой турбиной типа V-94.2 мощностью 150 МВт работают на территории России (например на Северо-Западной ТЭЦ в Санкт-Петербурге).

Котел-утилизатор выполнен однокорпусным вертикальной компоновки с принудительной циркуляцией среды в испарительных контурах высокого и низкого давления с подвеской поверхностей нагрева к собственному каркасу через промежуточные металлоконструкции (рис. 2.21).

За счет металлической обшивки котелутилизатор выполнен газоплотным. Пароводяной тракт состоит из отдельных контуров высокого и низкого давления. Контур высокого давления включает экономайзерную, испарительную и пароперегревательную поверхность, контур низкого давления – испарительную и пароперегревательную.

Рабочий диапазон регулирования нагрузки котла-утилизатора составляет 100–50% номинальной.

Регулирование давления и температуры пара в котлоагрегате не предусматривается, так как он должен работать при скользящих параметрах пара, определяемых расходом и температурой газов, поступающих в котёлутилизатор от ГТУ, и паровой турбиной.

В результате путем утилизации тепла уходящих газов ГТУ вырабатывается до 30% полной мощности ПГУ, а к.п.д. установки повышается до 52–54%, а в ряде случаев и до 60%.

Котлы-утилизаторы когенерационных установок утилизируют тепло уходящих газов газовых турбин или поршневых двигателей и предназначены для получения пара, используемого для технологических нужд или подогрева сетевой воды систем теплоснабжения. Они выполняются одноконтурными с принудительной циркуляцией.

Энерготехнологические агрегаты (ЭТА) – это не простое объединение теплотехнической установки с последующим использованием теплоты, как в котлах-утилизаторах, а повышение технологической и энергетической эффективности работы установки при производстве, как минимум, двух товарных продуктов – технологического и энергетического.

При создании энерготехнологических агрегатов оптимизируют, как правило, всю систему теплоиспользования начиная с технологической части. В таких установках раздельная работа технологического и энергетического элементов агрегата невозможна. В установках на базе типовых котлов за счет совместного производства двух и более продуктов на одном агрегате достигается новый качественный результат как в технологическом, так и в экономическом аспекте.

ЭТА очень широко применяются в химической, целлюлозно-бумажной и металлургической промышленности. Например, производство обесфторенных фосфатов осуществляется в энерготехнологических циклонных агрегатах (ЭТА-ЦФ-7Н) на базе однобарабанного парового котла с естественной циркуляцией.

При производительности агрегата по обесфторенному фосфату 150 т/сут паропроизводительность составляет 20–30 т/ч при давлении 4 МПа и температуре перегрева до 450°С. Тепловой к.п.д. энерготехнологической установки составляет 80–85%. Энерготехнологический агрегат ЭТА-ЦФ-7Н вырабатывает три товарных продукта: обесфторенный фосфат, являющийся высокоэффективным кормовым средством и фосфорным удобрением; фтористый натрий (NaF) и энергетический или технологический пар.

В 2006 году в России введен в эксплуатацию энерготехнологической агрегат, представляющий собой модернизированный паровой котел КВТС-20, для переработки бурого угля в кокс. Расчетная производительность агрегата составляет 15 т/ч по углю, 3,5 т/ч по коксу при сохранении номинальной тепловой мощности 20 Гкал/ч по горячей воде.

energetika.in.ua

Варианты газоходов для загородного дома

Для отведения продуктов горения с относительно низкой температурой (до 120 °С), выделяемых газовыми котлами, подойдут следующие разновидности дымоходов:

• трехслойный модульный сэндвич из нержавеющей стали с негорючим утеплителем – базальтовой ватой;
• канал из железных или асбестоцементных труб, защищенный теплоизоляцией;
• керамические утепленные системы типа Schiedel;
• кирпичный блок со вставкой из нержавеющей трубы, укрытый снаружи теплоизоляционным материалом;
• то же, с внутренним полимерным рукавом типа FuranFlex.

Примечание. Газовые котлы с закрытой камерой сгорания (иначе – наддувные или турбированные) следует оснащать коаксиальными дымоходами. По факту это двустенная металлическая труба, способная одновременно всасывать воздух на горение с улицы и выбрасывать наружу дым.

Поясним, почему нельзя построить традиционный дымоотвод из кирпича или поставить обычную стальную трубу, подключив к газовому котлу. Отходящие газы содержат водяной пар, являющийся продуктом сжигания углеводородов. От соприкосновения с холодными стенками влага выпадает конденсатом, дальше события развиваются так:

1. Благодаря многочисленным порам вода проникает внутрь строительного материала. В дымовых трубах из металла конденсат течет вниз по стенкам.
2. Поскольку газовые и другие котлы с высоким КПД (на солярке и сжиженном пропане) работают периодически, мороз успевает прихватить влагу, превращая ее в лед.
3. Ледяные гранулы, увеличиваясь в размерах, вылущивают кирпич изнутри и снаружи, постепенно разрушая дымоход.
4. По той же причине стенки неутепленного стального газохода ближе к оголовку покрываются льдом. Уменьшается проходной диаметр канала.

Для справки. Снаружи на стыках одностенных металлических дымоотводов образуются некрасивые грязные потеки.

Коррозия. исключаем риски

Не спорим, коррозия – явление неприятное, способное поставить под угрозу обеспечение безопасной работы котельной установки и существенно сократить назначенный ей срок эксплуатации.

При охлаждении дымовых газов до температуры точки росы и ниже, происходит конденсация водяных паров, вместе с которыми переходят в жидкое состояние и соединения NOx, SOx, которые, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, разрушительно воздействующие на внутренние поверхности котла.

Уходящие газы котлов, работающих на природном газе, в основном состоят из следующих продуктов сгорания: водяных паров (Н2О), углекислого газа (СО2), угарного газа (СО) и несгоревших горючих углеводородов СnHm (два последних появляются при неполном сгорании топлива, когда режим горения не отлажен).

Поскольку в атмосферном воздухе содержится большое количество азота, среди прочего, в продуктах сгорания появляются оксиды азота NO и NO2, обобщённо именуемые NOx, пагубно воздействующие на окружающую среду и здоровье человека. Соединяясь с водой, оксиды азота и образуют коррозионно-активную азотную кислоту.

При сжигании мазута и угля в продуктах сгорания появляются оксиды серы, именуемые SOx. Их негативное воздействие на окружающую среду также широко исследовано и не подвергается сомнению. Образующийся при взаимодействии с водой кислый конденсат вызывает сернистую коррозию поверхностей нагрева.

Традиционно, температура уходящих газов, как было показано выше, выбирается таким образом, чтобы защитить оборудование от выпадения кислоты на поверхностях нагрева котла. Более того, температура газов должна обеспечить конденсацию NOx и SOx за пределами газового тракта с тем, чтобы защитить от коррозионных процессов не только сам котёл, но и газоходы с дымовой трубой.

Конечно, существуют определённые нормы, ограничивающие допустимые концентрации выбросов оксидов азота и серы, но это нисколько не отменяет факт накопления этих продуктов сгорания в атмосфере Земли и выпадение их в виде кислотных осадков на её поверхность.

Сера, содержащаяся в мазуте и угле, а также унос не сгоревших частиц твёрдого топлива (в том числе золы) накладывают дополнительные условия по очистке дымовых газов. Применение систем газоочистки значительно удорожает и усложняет процесс утилизации тепла дымовых газов, делая подобные мероприятия слабо привлекательными с экономической точки зрения, а зачастую практически не окупаемыми.

В некоторых случаях местные органы власти устанавливают минимальную температуру дымовых газов в устье трубы с целью обеспечения адекватного рассеяния уходящих газов и отсутствия дымового факела. Кроме того, некоторые предприятия могут по собственной инициативе применять подобную практику для улучшения своего имиджа, поскольку широкая общественность зачастую интерпретирует наличие видимого дымового факела как признак загрязнения окружающей среды, в то время как отсутствие дымового факела может рассматриваться как признак чистого производства.

Всё это приводит к тому, что при определённых погодных условиях предприятия могут специально подогревать дымовые газы перед выбросом их в атмосферу. Хотя, понимая состав уходящих газов котла, работающего на природном газе (он детально разобран выше), становится очевидно, что белый «дым», который идёт из трубы (при правильной настройке режима горения), – это по большей части пары воды, образующиеся в результате реакции горения природного газа в топке котла.

Борьба с коррозией требует применения материалов, устойчивых к её негативному воздействию (такие материалы существуют и могут применяться на установках, использующих в качестве топлива газ, продукты нефтепереработки и даже отходы), а также организацию сбора, переработки кислого конденсата и его утилизации.

Наиболее доступные методы экономии газа чисто через эксплуатацию котла

Как посоветовал Алексей, нужно покупать котел нужной мощности и с минимальной температурой отходящих газов. Но, к сожалению, далеко не все котлы имеют в своей инструкции столь специфическую характеристику. Советую не стесняться и звонить, писать производителям.

Заодно увидите, есть ли у производителя техническая документация. А то, может быть, они как-то вообще по-другому работают! Опять же у них должны быть протоколы испытаний. Свои, внутренние, для внутреннего же использования. Но и секретными они не должны быть, как мне кажется.

Стоит ли брать котел с запасом мощности? Из того, что нам поведал Алексей (а я с ним согласен по всем пунктам) нет. Не стоит брать себе котел на 40 кВт, если нужен нам на 21. Более того, даже не стоит брать на 27. Очевидно, у более мощного котла более мощная горелка. Как минимум мы будем получать перерасход газа в моменты пуска.

Какой автоматике стоит отдать предпочтение: цифровой или аналоговой? Тут я странные термины привел. Объясню. Я назвал автоматику цифровой ту, у которой всего 2 состояния – включено и выключено. Притом, понятно, что выключено – это 0%, а включено – 100%. Аналоговая автоматика это такая, которая плавно увеличивает горение при плавном уменьшении температуры теплоносителя.

Я думаю, что аналоговая лучше в плане экономии. Но я думаю, что еще лучше цифро-аналоговая. Это такая, которая медленно разгорается, но до 100%. Причем даже не очень медленно. Просто наблюдая за своим котлом, у которого все время горит фитиль, я думаю, что при слабом горении тоже газ в трубу уходит в каком-то количестве.

Скорость циркуляции влияет на КПД? Я думаю, влияет. Чем выше скорость, тем реже будет выключение горелки. В смысле КПД это хорошо, а в смысле экономии? Вопрос сложный. Если брать на вооружение закон сохранения энергии, то должно быть все равно.

Какой поджиг лучше? Фитиль или пьезорозжиг? Вопрос тоже спорный. Если включение котла редкое, то лучше пьезо. Если частое, то фитиль тоже ничего. Опять же не понятно, сколько уйдет газа впустую, пока он зажгется? И сколько уйдет газа на поддержку фитиля.

Утепление котла и труб полезно? Я почти уверен, что да! Но только, конечно, следует следить за противопожарной безопасностью, и за тем, чтобы наше утепление не потекло от жара. Дело в том, что большинство химии разрушается при температуре и недостатке кислорода (термодеструкция).

При этом могут возникать неприятные по запаху и по влиянию на здоровье химикаты. Полистирол, например, при термодеструкции выделяет стирол, который является ядом. Дополнительно следует утеплять стены за батареями. То есть банально закрывать стены от нагрева. Это должно значительно повысить КПД системы в целом.

Очистка от сажи и накипи. Вот то, что минимальными средствами может здорово поднять (восстановить КПД нашего котла) Это практически в тему, которую поднял Алексей. Если котел зарос накипью, то накипь действует как утеплитель, меньше тепла попадает воде, больше уходит в дымоход.

Справедливости ради хочу уточнить, что в нормально работающей системе ни сажи, ни накипи быть не должно. Если газ коптит, то надо просто вызывать газовщика и разбираться. Это своеобразный форсмажор. Накипи тоже быть не должно. Воду в системе мы не меняем годами. В идеале заливаем раз в жизни и никогда не сливаем. Откуда там накипи взяться?

Что выгоднее – больше воды или меньше? С точки зрения КПД я затрудняюсь сказать. Думаю – без разницы или больше – лучше. Количество воды влияет на инерционность. Много воды дольше нагревается, но и дольше остывает. Это значит, что хорошенько нагревшись, а нагрев идет на максимальной мощности и на максимальном КПД, мы будем включать и отключать горелку реже, что, как мне кажется, тоже увеличивает эффективность (КПД) котла.

Так отнимать лишнее тепло от трубы? Я бы не стал. Я боюсь, что система может стать либо вообще неработоспособной, либо слишком дорогой в обслуживании.

Определяем диаметр и способ прокладки

Решение первого вопроса звучит в требованиях к дымоходным каналам: посмотрите присоединительные размеры в паспорте теплогенератора и подберите сэндвич дымоход идентичного или большего диаметра, чем выходной патрубок.

Вопрос второй: как подобрать толщину теплоизоляции сэндвича, ведь производитель предлагает минимум 2 варианта – 5 и 10 см. Чтобы уберечь дымоотвод, подключенный к газовому котлу, от обильного выделения конденсата и обмерзания, достаточно толщины утеплителя 50 мм. Изоляцию 10 см нужно использовать в северных регионах с критически низкими зимними температурами.

Остается выбрать способ прокладки из двух возможных:

• вывод горизонтального участка наружу сквозь стену и присоединение к вертикальному приставному дымоходу;
• проходить вертикальной трубой через перекрытия, чердак и кровлю, то есть, прокладывать дымоотводный канал внутри дома.

Примечание. Оба варианта подходят для монтажа коаксиальных газоходов, но в большинстве случаев реализуется первый с проходом сквозь наружную стену.

Прокладка по кратчайшему пути на улицу и подъем трубы по стене – наиболее простой и дешевый способ. Придется пересечь лишь одну конструкцию, а во втором варианте – минимум две. Плюс герметизация узла примыкания кровельного покрытия к дымоотводу.

Всячески старайтесь избегать внутридомовой прокладки, поскольку в доме с двумя этажами или мансардной крышей здоровая труба неизбежно пройдет сквозь помещения, отнимая полезную площадь. Прорисуйте схему здания в разрезе и проходящий дымоход, если снаружи его смонтировать нельзя.

Условное обозначение и модификации:

Условное обозначение типоразмера водотрубного парового котла — утилизатора (далее — КУ) парогазовых установок должно состоять из разделенных тире и последовательно расположенных обозначений и индексов в указанной ниже последовательности:

— тип движения среды в пароводяном тракте котла; — индекс наличия дожигающего устройства; — номинальная паропроизводительность контура, т/ч; — абсолютное давление пара (в контуре), МПа; — температура пара (в контуре), °С; — индекс наличия независимого контура подогрева воды в газо-водяном подогревателе или в водо-водяном теплообменнике (допускается указывать при необходимости).

Типы движения среды или тип КУ определяются схемами движения рабочих сред в контурах, которые подразделяются на нижеследующие:

Пр — с принудительной циркуляцией; Прп — с принудительной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;

Е — с естественной циркуляцией; Еп — с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара; П — прямоточные; Пп — прямоточные с промежуточным перегревом пара.

В КУ с несколькими контурами движения пароводяной среды каждый контур может обозначаться своей буквой (Пр, П, Е), соответствующей типу движения пароводяной среды в контуре КУ. Если в КУ применены контуры одинакового типа движения пароводяной среды, то используется объединенное однобуквенное обозначение.

Если второй и последующий контуры будут одного типа, то буквенное обозначение может быть показано одной буквой для второго и последующих контуров. Кроме того, для КУ с дожиганием топлива в газовом тракте после вышеуказанных буквенных обозначений обязательным является добавление индекса «д» (КУ с дожиганием топлива в газовом тракте котла-утилизатора).

Индексы, указывающие на наличие в котле-утилизаторе независимых контуров подогрева воды, не используемой в других контурах КУ и подаваемой непосредственно сторонним потребителям, обозначаются «гв» и «вв» :

гв — с независимым контуром подогрева воды в газо-водяном подогревателе, не используемой в других контурах КУ и подаваемой непосредственно сторонним потребителям;

вв — с водо-водяным теплообменником для подогрева воды, не используемой в других контурах КУ и подаваемой непосредственно сторонним потребителям.

При обозначении независимого контура подогрева воды в газо-водяном подогревателе или водо-водяного теплообменника указывается его максимальная мощность.

Пример условного обозначения:

ППрЕд-330/380/82-14,5/3,1/0,59-580/580/306-5,3вв

Паровой котел-утилизатор трехконтурный с дожиганием и с промперегревом пара. Контур высокого давления с прямоточным движением среды номинальной паропроизводительностью 330 т/ч, контур среднего давления с принудительной циркуляцией номинальной паропроизводительностью 380 т/ч, контур низкого давления с естественной циркуляцией номинальной паропроизводительностью 82 т/ч, с абсолютным давлением пара в контуре высокого давления 14,5 МПа, среднего давления 3,1 МПа, низкого давления 0,59 МПа, с температурой пара в контуре высокого давления 580 °С, среднего давления 580 °С, низкого давления 306 °С, с водо-водяным теплообменником независимого контура подогрева воды максимальной тепловой мощностью 5,3 МВт.

Условные обозначения и аббревиатуры, применяемые при обозначении котлов- утилизаторов в других отраслях промышленности:

Пример расшифровки условного обозначения котла-утилизатора:

КУ-100Б-1Б

— тип котла -КУ (котлы-утилизаторы); — 100 — расход газов — 103 нм3/час; — тип модификации-1; — компоновка — Б — башенный.

Котлы типа ОКГ:

— ОКГ — охладитель конверторных газов; — число, стоящее за буквенной аббревиатурой, показывает емкость конвертора, т; — 1,2 — тип модификации; — БД — без дожига; — У — унифицированный.

Для остальных котлов: -ЦП – центральный перегреватель; -РКК – радиационно-конвективный котел; -РКФ – радиационно-конвективный котел, фьюминговая печь; -РКЭП – радиационный котел для установки за электропечами; -КСТК – котел сухого тушения кокса;

-ПКК – пакетно-конвективный котел; -РКЖ – радиационно-конвективный, жидкой ванны; -РКГЖ – радиационно-конвективный губчатого железа; -К – конвективный; -КВ – конвективный водогрейный; -КГТ – котел за газовой турбиной; -КУВ – котел утилизатор водогрейный;

Устанавливаем сэндвич дымоход

Первый этап монтажа приставной конструкции – пробивка отверстия в наружной стене и подготовка к закладке горизонтального участка. В доме, построенном из горючих материалов, проем делается с учетом противопожарного отступа (38 см от края деревянной стены до внутренней трубы сэндвича) и установки фланца узла прохода, как показано на фото.

Примечание. В несгораемых конструкциях из кирпича и пеноблоков устройство противопожарной разделки не требуется. В проем закладывается металлическая гильза и вставляется секция газохода с уплотнением зазора негорючим материалом.

Работы по монтажу модульного сэндвича и подключению к газовому котлу ведутся в такой последовательности:

1. Соберите нижнюю часть приставного дымохода, включающую 2 тройника и секцию отвода конденсата. Присоедините горизонтальный участок, уходящий в отверстие.
2. Примерьте узел к стене и определите место монтажа опорной площадки. Закрепите ее и установите нижнюю часть, заведя трубу в стену. Соблюдайте вертикаль, контролируя положение узла строительным уровнем.
3. Зафиксировав нижнюю часть газохода, смонтируйте вертикальный участок. Прямые секции соединяйте таким образом, чтобы оболочка верхней надевалась на нижнюю, а газоходная труба, наоборот, вставлялась внутрь (сборка «по конденсату»).
4. Крепление пристенного дымоходного канала выполняйте с интервалом не более 2.5 м. Кронштейны не должны попадать на стыки секций.
5. Проложите горизонтальный участок сэндвича до газового котла и наденьте переходник. Закрепляйте дымоотвод хомутами к строительным конструкциям с максимальным шагом 1.5 м.
6. Подключите теплогенератор к дымоходу куском одностенной нержавеющей трубы.

Напоминание. В деревянном доме просвет между торцами стены и пересекающей трубой заделайте базальтовым волокном, а затем установите металлические фланцы с обеих сторон.

Прямые секции просто вставляются друг в друга и фиксируются хомутами, мазать стыки герметиками не нужно. Если необходима подрезка, то укорачивается нижний торец секции, где утеплитель расположен заподлицо с металлическими обкладками. На верхний срез дымоотвода насаживается защитный конус.

Устройство котла-утилизатора

Современная конструкция котла-утилизатора обеспечивает возможность проведения предпусковых и эксплуатационных водно-химических промывок пароводяного тракта, а также консервации внутренних поверхностей котла при остановках.

Элементы каркаса котла соединены между собой на монтаже с помощью высокопрочных болтовых соединений.

Пароводяной тракт котла укомплектован запорной, регулирующей и защитной арматурой, контрольно-измерительными приборами, дренажами, воздушниками, устройствами для отбора проб воды и пара. В газоходе котла-утилизатора предусмотрена установка штуцеров, бобышек и других отборных устройств для газового тракта.

Котел оснащен технологическими защитами, блокировками, авторегуляторами, средствами дистанционного управления. На станции котел-утилизатор установлен в закрытом помещении.

Отработавшие в котле-утилизаторе продукты сгорания газотурбинной установки удаляются в атмосферу через дымовую трубу. С дымовой трубой и с газовой турбиной котел соединен через компенсаторы.

Величина выбросов окислов азота в системе газотурбинная установка — котел-утилизатор определяется их концентрацией за газотрубинной установкой, в самом котле не предусмотрено мероприятий по снижению выбросов.

Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева (экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700°C.

Газоход котла образован металлической обшивкой. Размещенные в газоходе поверхности нагрева подвешены к потолочному перекрытию каркаса. Барабаны опираются на металлоконструкции каркаса.

Металлическая обшивка крепится в районе поверхностей нагрева к колоннам каркаса.

Диффузор и газоход поверхностей нагрева изнутри покрыты изоляцией, поверх которой установлена металлическая обшивка.

Выходная часть газохода (конфузор, шумоглушитель) покрыта наружной изоляцией и декоративной обшивкой. Входная и выходная части газохода опираются на металлоконструкции.

Поверхности нагрева котла-утилизатора выполнены в виде вертикальных блоков из труб с наружным поперечным просечным и сплошным оребрением. По ходу газов последовательно расположены ПВД, ИВД, ЭВД, ПНД, ИНД, ГПК.

В верхней и нижней частях газохода в районе поверхностей нагрева выполнены «теплые» ящики, отделенные от потока газов съемными металлическими щитами.

В выходной части газохода расположен электрифицированный отсечной клапан для поддержания котла в горячем состоянии при остановке. За отсечным клапаном установлен двухступенчатый шумоглушитель и компенсатор за котлом.

Котлы-утилизаторы часто выполняются однокорпусным вертикального профиля с принудительной циркуляцией среды в испарительных контурах высокого и низкого давления с подвеской поверхностей нагрева к собственному каркасу через промежуточные металлоконструкции.

Котел-утилизатор выполнен газоплотным за счет металлической обшивки. Пароводяной тракт состоит из отдельных контуров высокого и низкого давлений. Контур высокого давления включает экономайзерную, испарительную и пароперегревательную поверхность. Контур низкого давления – испарительную и пароперегревательную.

Для снижения температуры уходящих газов на котле установлен работающий автономно газовый подогреватель конденсата (ГПК).

Поверхности нагрева котла-утилизатора изготавливаются из труб с наружным спиральным оребрением и поставляются модулями, габариты которых ограничены габаритами железнодорожного пути.

Рабочий диапазон регулирования нагрузки котла-утилизатора составляет 100%…50% от номинальной.

Регулирование давления и температуры пара в котлоагрегате не предусматривается, так как он должен работать при скользящих параметрах пара, определяемых расходом и температурой газов, поступающих в котел-утилизатор от ГТУ, и паровой турбиной.

Котел-утилизатор оснащается системами контроля технологических параметров, защит и блокировок и автоматического регулирования, необходимых для оперативного управления, безопасной эксплуатации, экономической работы и анализа его надежности и экономичности.