Утилизация тепла дымовых газов: экология с выгодой / Блог компании ГК ЛАНИТ / Хабр

экология с выгодой / Блог компании ГК ЛАНИТ / Хабр

В поисках способов повышения эффективности предприятий энергетического сектора, а также других промышленных объектов, на которых используется оборудование, сжигающее ископаемое топливо (паровые, водогрейные котлы, технологические печи и т.д.), вопрос использования потенциала дымовых газов поднимается не в самую первую очередь.

Между тем, опираясь на существующие нормы расчёта, разработанные десятки лет назад, и сложившиеся стандарты выбора ключевых показателей работы подобного оборудования, эксплуатирующие организации теряют деньги, выпуская их в прямом смысле в трубу, попутно ухудшая экологическую обстановку в глобальном масштабе.

Если, как и команда «Первого инженера», вы считаете неправильным упускать возможность позаботиться об окружающей среде и здоровье жителей вашего города с выгодой для бюджета предприятия, читайте статью о том, как превратить дымовые газы в энергоресурс.  

Изучаем стандарты

Ключевой параметр, определяющий КПД котельного агрегата, – температура уходящих газов. Тепло, теряемое с уходящими газами, составляет значительную часть всех тепловых потерь (наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения). Эти потери оказывают решающее влияние на экономичность работы котла, снижая его КПД. Таким образом, мы понимаем, что чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла.

Оптимальная температура уходящих газов для разных видов топлива и рабочих параметров котла определяется на основании технико-экономических расчётов на самом раннем этапе его создания. При этом максимально полезное использование тепла уходящих газов традиционно достигается за счёт увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей – водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Но даже несмотря на внедрение технологий и оборудования для наиболее полной утилизации тепла, температура уходящих газов согласно действующей нормативной документации должна находиться в диапазоне:

• 120-180 °С для котлов на твёрдом топливе (в зависимости от влажности топлива и рабочих параметров котла),
• 120-160 °С для котлов на мазуте (в зависимости от содержания в нём серы),
• 120-130 °С для котлов на природном газе.

Указанные значения определены с учетом факторов экологической безопасности, но в первую очередь, исходя из требований к работоспособности и долговечности оборудования.

Так, минимальный порог задаётся таким образом, чтобы исключить риск выпадения конденсата в конвективной части котла и далее по тракту (в газоходах и дымовой трубе). Однако для предупреждения коррозии вовсе не обязательно жертвовать теплом, которое выбрасывается в атмосферу вместо того, чтобы совершать полезную работу.

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. В зависимости от типа сжигаемого топлива, температура кислотной точки росы может быть различной, как и состав кислот, выпадающих в виде конденсата. Результат, тем не менее, один – коррозия.

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.

Технология

Внедрение комплекса мер по снижению температуры дымовых газов за котлом на существующем предприятии обеспечивает увеличение КПД всей установки, в состав которой входит котельный агрегат, используя, прежде всего, сам котёл (тепло, вырабатываемое в нём).

Концепция таких решений, по своей сути, сводится к одному: на участке газохода до дымовой трубы монтируется теплообменник, воспринимающий тепло дымовых газов охлаждающей средой (например, водой). Эта вода может быть, как непосредственно конечным теплоносителем, который необходимо нагреть, так и промежуточным агентом, который передаёт тепло посредством дополнительного теплообменного оборудования другому контуру.

Принципиальная схема представлена на рисунке:

Сбор образующегося конденсата происходит непосредственно в объёме нового теплообменного аппарата, который выполняется из коррозионно-устойчивых материалов. Это обусловлено тем, что порог температуры точки росы для влаги, содержащейся в объёме уходящих газов, преодолевается именно внутри теплообменника. Таким образом, полезно используется не только физическое тепло дымовых газов, но и скрытая теплота конденсации содержащихся в них водяных паров. Сам же аппарат должен рассчитываться таким образом, чтобы его конструктив не оказывал чрезмерного аэродинамического сопротивления и, как следствие, ухудшения условий работы котельного агрегата.

Конструкция теплообменного аппарата может представлять собой либо обычный рекуперативный теплообменник, где перенос тепла от газов к жидкости происходит через разделяющую стенку, либо контактный теплообменник, в котором дымовые газы непосредственно вступают в контакт с водой, которая разбрызгивается форсунками в их потоке.

Для рекуперативного теплообменника решение вопроса по кислотному конденсату сводится к организации его сбора и нейтрализации. В случае же с контактным теплообменником применяется несколько иной подход, в чём-то сходный с периодической продувкой системы оборотного водоснабжения: по мере увеличения кислотности циркулирующей жидкости, некоторое её количество отбирается в накопительный бак, где происходит обработка реагентами с последующей утилизацией воды в дренажную канализацию, либо направлением её в технологический цикл.

Отдельные применения энергии дымовых газов могут быть ограничены вследствие разницы между температурой газов и потребностями в определённой температуре на входе энергопотребляющего процесса. Однако и для таких, казалось бы, тупиковых ситуаций разработан подход, который опирается на качественно новые технологии и оборудование.

С целью повышения эффективности процесса утилизации тепла дымовых газов в мировой практике в качестве ключевого элемента системы всё чаще применяются инновационные решения на базе тепловых насосов. В отдельных секторах промышленности (например, в биоэнергетике) такие решения применяются на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов. Дополнительная экономия первичных энергоресурсов в этом случае достигается за счёт применения не традиционных парокомпрессионных электрических машин, а более надёжных и технологичных абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), которым для работы нужна не электроэнергия, а тепло (зачастую это может быть не используемое бросовое тепло, которое в избытке присутствует практически на любом предприятии). Такое тепло стороннего греющего источника активизирует внутренний цикл АБТН, который позволяет преобразовывать располагаемый температурный потенциал уходящих газов, и передавать его более нагретым средам.

Результат

Охлаждение уходящих газов котла с применением подобных решений может быть достаточно глубоким – до 30 и даже 20 °С с первоначальных 120-130 °С. Полученного тепла вполне достаточно, чтобы подогреть воду для нужд химводоподготовки, подпитки, горячего водоснабжения и даже теплосети.

Экономия топлива при этом может достигать 5÷10 %, а повышение КПД котельного агрегата – 2÷3 %.

Таким образом, внедрение описанной технологии позволяет решать сразу несколько задач. Это:

• максимально полное и полезное использование тепла дымовых газов (а также скрытой теплоты конденсации водяных паров),
• снижение объёма выбросов NOx и SOx в атмосферу,
• получение дополнительного ресурса – очищенной воды (которому найдётся полезное применение на любом предприятии, например, в качестве подпитки теплосети и других водяных контуров),
• ликвидация дымового факела (он становится едва различимым или исчезает вовсе).

Практика показывает, что целесообразность применения подобных решений в первую очередь зависит от:

• возможности полезной утилизации имеющегося тепла дымовых газов,
• продолжительности использования полученной тепловой энергии в году,
• стоимости энергоресурсов на предприятии,
• наличия превышения предельно допустимой концентрации выбросов по NOx и SOx (а также от строгости местного экологического законодательства),
• способа нейтрализации конденсата и вариантов его дальнейшего использования.

Экология с выгодой: утилизация тепла дымовых газов

В поисках способов повышения эффективности предприятий энергетического сектора, а также других промышленных объектов, на которых используется оборудование, сжигающее ископаемое топливо (паровые, водогрейные котлы, технологические печи и т.д.), вопрос использования потенциала дымовых газов поднимается не в самую первую очередь.

Между тем, опираясь на существующие нормы расчёта, разработанные десятки лет назад, и сложившиеся стандарты выбора ключевых показателей работы подобного оборудования, эксплуатирующие организации теряют деньги, выпуская их в прямом смысле в трубу, попутно ухудшая экологическую обстановку в глобальном масштабе.

В настоящей статье на примере котельного агрегата мы рассмотрим возможности использования дымовых газов как энергоресурса и задачи, возникающие при этом, и пути их решения.

Изучаем стандарты

Ключевой параметр, определяющий КПД котельного агрегата, — температура уходящих газов. Тепло, теряемое с уходящими газами, составляет значительную часть всех тепловых потерь (наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения). Эти потери оказывают решающее влияние на экономичность работы котла, снижая его КПД. Таким образом, мы понимаем, что чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла.

Оптимальная температура уходящих газов для разных видов топлива и рабочих параметров котла определяется на основании технико-экономических расчётов на самом раннем этапе его создания. При этом максимально полезное использование тепла уходящих газов традиционно достигается за счёт увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей — водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Но даже несмотря на внедрение технологий и оборудования для наиболее полной утилизации тепла, температура уходящих газов согласно действующей нормативной документации должна находиться в диапазоне:

• 120-180 °С для котлов на твёрдом топливе (в зависимости от влажности топлива и рабочих параметров котла),
• 120-160 °С для котлов на мазуте (в зависимости от содержания в нём серы),
• 120-130 °С для котлов на природном газе.

Указанные значения определены с учетом факторов экологической безопасности, но в первую очередь, исходя из требований к работоспособности и долговечности оборудования.

Так, минимальный порог задаётся таким образом, чтобы исключить риск выпадения конденсата в конвективной части котла и далее по тракту (в газоходах и дымовой трубе).

Однако для предупреждения коррозии вовсе не обязательно жертвовать теплом, которое выбрасывается в атмосферу вместо того, чтобы совершать полезную работу.

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. В зависимости от типа сжигаемого топлива, температура кислотной точки росы может быть различной, как и состав кислот, выпадающих в виде конденсата. Результат, тем не менее, один — коррозия.

Уходящие газы котлов, работающих на природном газе, в основном имеют в своем составе следующие продукты сгорания:

• водяные пары (Н2О),
• углекислый газ (СО2),
• угарный газ (СО),
• несгоревшие горючие углеводороды 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 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 организации сбора, переработки и утилизации кислого конденсата.

Технология

Внедрение комплекса мер по снижению температуры дымовых газов за котлом на существующем предприятии обеспечивает увеличение КПД всей установки, в состав которой входит котельный агрегат, используя, прежде всего, сам котёл (тепло, вырабатываемое в нём).

Концепция таких решений, по сути, сводится к одному: на участке газохода до дымовой трубы монтируется теплообменник, воспринимающий тепло дымовых газов охлаждающей средой (например, водой). Эта вода может быть, как непосредственно конечным теплоносителем, который необходимо нагреть, так и промежуточным агентом, который передаёт тепло посредством дополнительного теплообменного оборудования другому контуру.

Принципиальная схема представлена на рисунке:

Сбор образующегося конденсата происходит непосредственно в объёме нового теплообменного аппарата, который выполняется из коррозионно-устойчивых материалов. Это обусловлено тем, что порог температуры точки росы для влаги, содержащейся в объёме уходящих газов, преодолевается именно внутри теплообменника. Таким образом, полезно используется не только физическое тепло дымовых газов, но и скрытая теплота конденсации содержащихся в них водяных паров. Сам же аппарат должен рассчитываться таким образом, чтобы его конструктив не оказывал чрезмерного аэродинамического сопротивления и, как следствие, ухудшения условий работы котельного агрегата.

Конструкция теплообменного аппарата может представлять собой либо обычный рекуперативный теплообменник, где перенос тепла от газов к жидкости происходит через разделяющую стенку, либо контактный теплообменник, в котором дымовые газы вступают в непосредственный контакт с водой, которая разбрызгивается форсунками в их потоке. Для рекуперативного теплообменника решение вопроса по кислотному конденсату сводится к организации его сбора и нейтрализации. В случае же с контактным теплообменником применяется несколько иной подход, схожий с периодической продувкой системы оборотного водоснабжения: по мере увеличения кислотности циркулирующей жидкости, некоторое её количество отбирается в накопительный бак, где происходит обработка реагентами с последующей утилизацией воды в дренажную канализацию, либо направлением её в технологический цикл.

Отдельные применения энергии дымовых газов могут быть ограничены вследствие разницы между температурой газов и потребностями в определённой температуре на входе энергопотребляющего процесса. Однако и для таких, казалось бы, тупиковых ситуаций разработан подход, который опирается на качественно новые технологии и оборудование.

С целью повышения эффективности процесса утилизации тепла дымовых газов в мировой практике в качестве ключевого элемента системы всё чаще применяются инновационные решения на базе тепловых насосов. В отдельных секторах (например, в биоэнергетике) такие решения применяются на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов.

Дополнительная экономия первичных энергоресурсов в этом случае достигается за счёт применения не традиционных парокомпрессионных электрических машин, а более надёжных и технологичных абсорбционных тепловых насосов (АБТН), которым для работы нужна не электроэнергия, а тепло (зачастую это может быть неиспользуемое бросовое тепло, которое в избытке присутствует практически на любом предприятии). Такое тепло стороннего греющего источника активизирует внутренний цикл АБТН, который позволяет преобразовывать располагаемый температурный потенциал уходящих газов и передавать его более нагретым средам.

Результат

Охлаждение уходящих газов котла с применением подобных решений может быть достаточно глубоким — до 30 и даже 20 °С с первоначальных 120-130 °С.

Полученного тепла вполне достаточно, чтобы подогреть воду для нужд химводоподготовки, подпитки, ГВС и даже теплосети.

Экономия топлива при этом может достигать 5-10%, а повышение КПД котельного агрегата — 2-3%.

Таким образом, внедрение описанной технологии позволяет решать сразу несколько задач:

• максимально полное и полезное использование тепла дымовых газов (а также скрытой теплоты конденсации водяных паров),
• снижение объёма выбросов NOx и SOx в атмосферу,
• получение дополнительного ресурса — очищенной воды (полезное применение воде найдется на любом предприятии, например, в качестве подпитки теплосети и других водяных контуров),
• ликвидация дымового факела (он становится едва различимым или исчезает вовсе).

Практика показывает, что целесообразность применения подобных решений в первую очередь зависит от:

• возможности полезной утилизации имеющегося тепла дымовых газов,
• продолжительности периода использования получаемой тепловой энергии,
• стоимости энергоресурсов на предприятии,
• наличия превышения предельно допустимой концентрации выбросов по NOx и SOx (а также от строгости местного экологического законодательства),
• способа нейтрализации конденсата и вариантов его дальнейшего использования.

Утилизация тепла дымовых газов от ГПА: режимы установки

Утилизация тепла дымовых газов от ГПА

В систему утилизации дымовых газов входит двухсекционный рекуператор (секции А и Б). Секция А утилизирует тепло, из нее выходит подогретый до 40°C воздух (ВП). При совместной работе обеих секций воздух нагревается до температуры 300°C (ВГ).

Чтобы установка рекуператора работала в режимах ВП и ВГ, потоки газов должны регулироваться. Это обеспечивается системой трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.

Установка рекуператора работает в двух режимах:

1.Подогретый воздух (40°C)

Канал выхлопных газов: В основном газоходе закрывается отсечной клапан, и газы поступают в смежный трубопровод, в котором одновременно происходит открытие другого отсечного клапана. Через автоматический регулирующий клапан в трубопровод секции А подается газ объемом 5800 Нм3/ч, оставшийся объем газа через клапан и коллекторный трубопровод сбрасывается к дымососам.

Через автоматический клапан на секцию А подаются газы с температурой 40°C (температура нагретого воздуха). Газы проходят через теплообменные поверхности и направляются к дымососам через коллекторный трубопровод.

Канал входа и выхода воздуха:

Воздух в объеме 11000 Нм3/ч проходит в секцию А, нагревается до 40°C и через отводной трубопровод направляется в систему отопления. В это время воздушный клапан находится в открытом положении, а клапан на трубопроводе-перемычке – в закрытом.

2.Горячий воздух (300°C)

Канал выхлопных газов: При одновременном открытии отсечного клапана на основном газоходе и закрытии отсечного клапана на смежном газоходе газы движутся в секцию Б.

Из секции Б дымовые газы поступают в секцию А и проходят через выходной патрубок и коллекторный трубопровод к дымососам.

Канал входа и выхода воздуха: Воздух проходит в секцию А и направляется в трубопровод-перемычку, клапан на трубопроводе отопления находится в закрытом положении.

Из трубопровода воздух направляется через открытый клапан в секцию Б, затем с температурой 300°C поступает в производственную систему.

Поделиться ссылкой:

Похожая информация

Утилизация теплоты дымовых газов, потребители тепла

Утилизация теплоты дымовых газов, потребители тепла и обоснование установки утилизаторов

Средняя температура уходящих дымовых газов котельного отопительного оборудования с высоким КПД в номинальном режиме составляет 120-130°С. Температура отводимых газов котлов с невысоким КПД может быть выше 200°С. Обустройство водяных экономайзеров, дополнительных теплообменников, воздухонагревателей – утилизаторов теплоты — в котельной установке не позволяет полностью снизить потери тепла с уходящими газами. Этому есть обоснованные причины.

Чрезмерное охлаждение дымовых газов может привести к обильному появлению конденсата в дымоотводных каналах. При появлении излишней влаги и печных отложений резко возрастают коррозионные процессы, создаются области перегрева металла, что может привести к его прогоранию и разрушению.

Для серосодержащих топлив температура точки росы составляет 120-130°С. В этом случае, для осуществления эффективного отбора тепла из дыма, необходимо применение коррозионностойких материалов и внедрения более сложных технологических решений.

Потребителями дополнительно снятого тепла с дымовых газов могут быть котельные, система теплоснабжения и сторонние потребители.

При принятии решения об установке утилизаторов теплоты необходимо определиться с ее возможными потребителями. Для этого предварительно необходимо определить конкретные потоки воды и воздуха, их расходы, температуры, до которых могут быть подогреты теплоносители в утилизаторах.

Правильный выбор типа и требуемой производительности утилизатора определяется не установленной мощностью котлов, а наличием реальных потребителей утилизируемой теплоты.

Потребителями утилизированного тепла могут быть:

— системы подогрева исходной и химически очищенной воды;

— системы подогрева дутьевого воздуха;

— система горячего водоснабжения;

— системы подогрева обратной сетевой воды;

— технологические нужды предприятий;

— системы подогрева воды для теплоснабжения тепличных и парниковых хозяйств, открытых и закрытых плавательных бассейнов, мойки улиц и транспортных средств;

— подогрев воздуха для отопления помещений складов, для тепловых завес и размораживания твердого топлива.

Схемы утилизации теплоты дымовых газов котельных и виды применяемых утилизаторов зависят от конкретных источников теплоты, возможности использования потенциала дымовых газов, потребителей теплоты, вида топлива, состава дымовых газов, определявшего его агрессивность по отношению к оборудованию котельных.

Побудительными мотивами установки утилизаторов является стремление наиболее полно удовлетворить потребности в энергии не путем ввода дополнительных мощностей, а за счет энергосбережения.

Вследствие отсутствия последовательной политики в нашей стране вопросы утилизации не решаются на должном уровне. В частности, при большом количестве разработок и авторских свидетельств по конструкциям утилизаторов, в серийном производстве находятся отдельные утилизаторы, не позволяющие достаточно широко и рационально использовать потенциальную теплоту уходящих дымовых газов.

Применение утилизаторов тепла равносильно повышению КПД котельных, следствием которого является снижение расхода топлива, а пропорционально этому снижается выброс вредных веществ, то есть практически любые мероприятия, направленные на энергосбережение и снижение поступления загрязнений в окружающую среду.

Главная — АО Калугин

В настоящее время дефицит природного газа, коксующихся углей и постоянный рост цен на них вызывают необходимость искать пути снижения их расхода без уменьшения температуры горячего дутья и даже с её увеличением при вдувании в доменную печь заменителей кокса (природный газ, пылеугольное топливо и др.). Важнейшим шагом в этом направлении стало применение систем утилизации тепла отходящих дымовых газов для подогрева воздуха горения и отопительного газа.

 

Одними из самых эффективных конструкций СУТ являются подогреватели на термосифонах (см. фото 1) и на трубчатых рекуператорах (см. фото 2). Фирмой АО «КАЛУГИН» к настоящему времени накоплен существенный опыт проектирования и внедрения систем двух этих типов и работы с ними.

В Китайской Народной Республике на доменных печах разного объёма уже работают около 30 блоков воздухонагревателей Калугина (первый блок – с 2002 г.)

 

Фото 1 – Система утилизации тепла на термосифонах блока ВНК ДП №1 V=1750 м³ Цзинаньского металлургического комбината (г. Цзинань, КНР)

Фото 2 – Система утилизации тепла на трубчатых рекуператорах блока ВНК доменной печи V=350 м³ металлургического завода «Сан Флаг» (г. Бхандара, Индия)

Фото 3 – Система утилизации тепла на термосифонах блока ВНК ДП №4 V=2700 м³ ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Россия)

 

Для работы ВНК в условиях Китая на доменном газе с низкой теплотой сгорания (<750 кДж/м³) и достижения температуры горячего дутья 1250-1300ºС при отсутствии добавок высококалорийного газа, на всех блоках ВНК реализуются следующие варианты систем подогрева газа и (или) воздуха:

 

— подогрев газа и воздуха до 160-180ºС в теплообменниках на термосифонах (фото 1) за счёт утилизации тепла дымовых газов;

 

 — подогрев только воздуха горения до 500-600ºС в двух специально построенных в блоке малых ВНК (подогревателях), см. раздел «Высокотемпературный подогрев воздуха горения»;

 

— подогрев газа до 160-180ºС в теплообменнике на термосифонах за счёт тепла дымовых газов и подогрев воздуха горения до 450-600ºС в двух малых ВНК.

 

На действующих блоках ВН в Индии и Украине, запроектированных фирмой АО «КАЛУГИН», применены системы утилизации тепла отходящих дымовых газов на трубчатых рекуператорах (см. следующую страницу, п.2).

 

В России первая система утилизации тепла отходящих дымовых газов воздухонагревателей конструкции ЗАО «КАЛУГИН» введена в эксплуатацию в 2005 г. на ДП №4 ОАО «Северсталь» объёмом 2700 м³ (г. Череповец Вологодской обл.), см. фото 3. Подогреватели в этой системе выполнены на термосифонах.

 

В 2013 году специалисты АО «Калугин» разработали уникальную методику проектирования и изготовления пластинчатых рекуператоров. Первый такой пластинчатый рекуператор был пущен в эксплуатацию в составе системы утилизации тепла (СУТ) отходящих газов шахтной печи № 4 плавильного цеха ОАО «Уфалейникель» (см. фото 4). 

Фото 4. Система утилизации тепла (СУТ) отходящих газов шахтной печи № 4  плавильного цеха ОАО «Уфалейникель»

Технические характеристики пластинчатого рекуператора для подогрева дутья ш/п №4 ОАО «Уфалейникель»:

• температура отходящих газов , ºС —   300 — 600, макс. 900
• объем отходящих газов, нм³/ч — 170 000
• запыленность отходящих газов, г/нм³ —  5,5 — 40
• объем подогреваемого воздуха,нм³/ч — 65 000
• температура воздуха до подогревателя, ºС — 20
• температура воздуха после подогревателя, ºС  — 300

В подогревателе использовано более 600 оребренных панелей, изготовленных по уникальной технологии с применением лазерной резки и сварки. 

 

Данная система утилизации тепла обеспечивает:

 

• возврат тепла в шахтную печь нагревом воздуха горения до 300ºС и выше;
• экономию дорогостоящего кокса;
• уменьшение выброса тепла в окружающую среду;
• увеличение производительности шахтной печи и снижение себестоимости готовой продукции.

Срок окупаемости СУТ — 5-8 месяцев.

Эффективность работы доменных, шахтных и др. печей в значительной мере определяется удельным расходом кокса на тонну выплавляемого металла. Совершенствование существующих и разработка новых способов снижения расхода кокса при производственной плавке металла, всегда являлась одной из самых насущных задач чёрной и цветной металлургии. Наиболее важным способом снижения удельного расхода кокса и увеличения производительности печи является повышение температуры горячего дутья.

Каждая калория, внесённая с подогретыми воздухом или газом, экономит 2-3 калории в расходе топлива, поэтому тепло отходящих продуктов горения предпочтительнее возвращать с подогретым воздухом или газом, а не выбрасывать его в атмосферу.

 

Пример:

Средняя температура отходящих дымовых газов в борове блока составляет около 270ºС. В связи с этим температура подогрева газа и воздуха горения в системах утилизации тепла может достигать 180ºС. Поднасадочное устройство бесшахтных воздухонагревателей Калугина (ВНК) позволяет иметь максимальную температуру дыма 500ºС и среднюю его температуру до 350ºС, что даёт возможность нагревать газ и воздух до 250ºС без дополнительного подогрева.

 

Внедрение систем утилизации тепла (СУТ) отходящих дымовых газов на воздухонагревателях для доменных печей и других термических агрегатов, позволяет без снижения температуры горячего дутья работать полностью на дешёвом низкокалорийном топливе с использованием предварительно подогретого воздуха горения и газа.

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

Резкий рост цен на мировом энергетическом рынке в последние годы вынуждает страны, прежде всего импортирующие энергоносители разрабатывать меры, по снижению темпов роста затрат на закупки энергоносителей за рубежом.

Украина относится к числу энергодефицитных стран. Ее потребность в первичных энергетических ресурсах удовлетворяется за счет собственной добычи на 37-39% (по потреблению газа Украина занимает 6-е место в мире).

Топливный комплекс оказывает негативное воздействие на природную среду. Состояние воздушной среды определяется в основном объемами и условиями переработки и сжигания топлива в стационарной энергетике и на транспорте. С продуктами сгорания топлива поступает в атмосферу основная масса золы, сажи, окислов серы и азота, углеводородов и канцерогенных веществ.

Во всем мире, в настоящее время весьма актуальным являются новые разработки позволяющие одновременно увеличить эффективность отбора тепловой энергии при сжигании углеводородов и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Предлагаемая Вашему вниманию уникальная технология и устройство для ее осуществления относится именно к этой области техники. Идея забрать остаточное тепло из отходящих газов каким бы то ни было способом не является новой. Делались многочисленные попытки добиться этого. Однако, все известные до сих пор технические решения являются экономически неоправданными из-за высоких капитальных и эксплуатационных затрат на осуществление процесса отбора остаточного тепла.

Мы предлагаем для решения этой задачи очень простое оборудование с очень низкими эксплуатационными затратами.

В основе лежит использование абсолютно нового по конструкции теплообменного оборудования собственной разработки, не имеющего аналогов. Весь процесс теплообмена осуществляется в специальном тепломасообменном аппарате (ТМА). Этот аппарат и технология проведения отбора тепла и является сутью решения.

С более подробным описанием данной технологии Вы можете в текстовом файле ниже.

Процесс утилизации тепла отходящих дымовых газов.doc

В случае Вашей заинтересованности в данной технологии, за деталями просьба обращаться напрямую к директору НПО “СИНТОП” Кулемзину Александру Алексеевичу, его контактные данные:

моб. (050) 471 27 40, тел. (062) 332-24-33/34
e-mail: [email protected]

Система утилизации тепла газопоршневой установки

В этой части нашего производственного каталога представлены когенерационные установки, цена которых окупается в течении первых месяцев эксплуатации. Высокопродуктивная система утилизации тепла любой модификации нашего каталога позволяет экономно использовать тепловую энергию, а также продуцировать дополнительные ресурсы за счет переработки собранного тепла.

В нашей линейке представлены когенераторные установки для сбора тепла от автономных электростанций, дизельных и газовых двигателей, печей различного типа, генераторов, а также системы для сбора тепловой энергии от антифриза и отходящих газовых компонентов теплового оборудования.

Преимущества утилизаторов тепловой энергии

Использование систем утилизации тепла позволяет суммарно увеличить рентабельность эксплуатации всевозможного оборудования по выработке тепловой и электрической энергии. При этом коэффициент эффективности достигает 95%, что сокращает расход потребляемых энергоресурсов. Кроме того, наши системы утилизации тепла обеспечивают полноценную эксплуатацию рабочих агрегатов, предотвращая вероятность их перегрева, воспламенения или выхода из строя.

По сути, все модели систем утилизации тепла относятся к категории оборудования, демонстрирующего эффективность энергосберегающих технологий. При этом уменьшаются реальные трудозатраты на обслуживание, минимизируются сметные расходы по ремонту оборудования. И главное – расход энергоресурсов становится безопаснее и экономичнее.

Преимущества покупки систем утилизации тепла

Нашими условиями предполагается объективно установленная на когенерационные установки цена, дающая возможность без финансовых осложнений приобрести любую модификацию. В соответствующих разделах нашего каталога представлены такие высокопродуктивные технологии, как когенерационная установка для концентрации и сбора тепловых ресурсов от разных типов двигателей, установки для сбора тепловой энергии от электростанций и генераторов, а также система утилизации тепла газопоршневой установки.

На всю продукцию этой категории устройств предполагается продолжительная гарантия, а наши менеджеры оказывают содействие в организации доставки. Специалистами нашей компании осуществляется монтаж и наладка, а также тестовый запуска любой из представленных систем утилизации тепла.

Все оборудование соответствует требованиям государственной стандартизации. Его безопасность эксплуатации и надежность всех узлов и всей конструкции в целом обеспечена соответствием международным нормативам сертификации и технологическим требованиям, заявленным производителем.

Системы утилизации промышленных отходов

Из-за высокой стоимости и воздействия ископаемого топлива на окружающую среду тепловая энергия является ценным товаром, который нельзя тратить впустую.

Любой поток выхлопных газов с температурой выше 250 ° F имеет потенциал для значительной рекуперации отходящего тепла. Потребителей энергии отходящего тепла можно найти практически на любом предприятии, и их легко найти.

Типичными примерами являются технологический нагрев предприятия, предварительный нагрев воздуха для горения, предварительный нагрев питательной воды котла и отопление здания.Помимо экономии ежедневного потребления топлива, многие предприятия могут продавать углеродные кредиты обратно промышленности. Государственное и / или федеральное финансирование часто доступно для проектов по утилизации отработанного тепла, что помогает снизить капитальные затраты и ускорить окупаемость системы.

Аудиты рекуперации тепловой энергии

Sigma Thermal инженеры являются экспертами в области управления тепловой энергией. Помимо постоянной оптимизации наших систем отопления для обеспечения максимально рентабельной работы, мы проводим энергетические аудиты и / или технические консультации, чтобы помочь клиентам определить, есть ли у них ненужная энергия, которую можно восстановить, чтобы еще больше снизить их эксплуатационные расходы.Если в результате аудита будут выработаны рекомендации по оборудованию для рекуперации тепла, мы можем предоставить это оборудование и гарантировать экономию энергии, гарантируя полную реализацию вашего потенциала рекуперации.

Производители обычных отходов тепла

• Термические окислители
• Котлы паровые
• Огневые обогреватели
• Обжиговые печи
• Сушилки
• Экзотермические процессы
• Выхлоп / продувка паровой системы

Обычные потребители отходящего тепла

• Предварительный нагрев воздуха для горения
• Питательная вода котла
• Паровые эжекторы
• Генераторы ORC
• Комфортное здание, тепло
• Предварительный нагрев промывочной воды
• Тепло общего назначения

Полные системы с замкнутым контуром

Система с обратной связью — это эффективный способ улавливания потерянной энергии и передачи ее различным пользователям.Имея опыт работы с широким спектром перекачивающих жидкостей, мы можем показать вам ваши варианты и спроектировать систему, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Sigma Thermal предлагает полные замкнутые системы жидкой фазы, системы утилизации отходящего тепла, использующие воду, растворы гликоля и термомасла.

Система предварительного нагрева воздуха для горения (CAPH)

Система предварительного нагрева воздуха для горения повышает общую эффективность системы и сводит к минимуму эксплуатационные расходы. Выхлопные газы нагревателя используются для предварительного нагрева поступающего воздуха для горения.Это более эффективное использование потребляемой энергии, что приводит к снижению эксплуатационных расходов на природный газ. Расчетная общая эффективность при использовании этой системы может превышать 93% (на основе LHV). Типичная сводка компонентов системы предварительного нагрева воздуха для горения выглядит следующим образом:

• Воздухо-воздушный теплообменник
• Модифицированная горелка для работы с повышенными температурами воздуха для горения
• Воздуховод от вентилятора камеры сгорания к теплообменнику и от теплообменника к нагревателю
• Воздуховод выхлопных газов от нагревателя к теплообменнику и от теплообменника к дымовой трубе (если применимо)

Системы с высоким содержанием твердых частиц

Sigma Thermal специализируется на системах сжигания и газификации биомассы и имеет большой опыт проектирования по улавливанию отработанного тепла выхлопных газов с высоким содержанием твердых частиц.После рекуперации энергии из выхлопного газа с высоким содержанием твердых частиц ее можно использовать с любым традиционным потребителем отходящего тепла.

Промышленные системы рекуперации отработанного тепла и их преимущества

Если вы являетесь руководителем предприятия или предприятия, работающим в отрасли, использующей тепловую энергию, скорее всего, вы слышали о рекуперации отработанного тепла. Если на вашем предприятии еще не внедрена система рекуперации отходящего тепла промышленных предприятий, вам может быть интересно, что такое рекуперация отходящего тепла и подходит ли она для вашей организации.

Здесь мы обсудим ее преимущества и основные причины, по которым вам следует использовать систему рекуперации отходящего тепла на своем предприятии, если вы еще этого не сделали.

Что такое утилизация промышленных отходов?

Начнем с основ. Рекуперация отходящего тепла — это практика улавливания горячего газа, выходящего из промышленного оборудования, включая мусоросжигательные установки, окислители, турбины и газификаторы, и использования его энергии для других промышленных процессов. По сути, этот процесс повторно использует тепловую энергию, которая в противном случае была бы выброшена и потеряна.

Почему так важна рекуперация тепловой энергии?

Системы рекуперации отходящего тепла широко используются во многих отраслях промышленности — и не зря. Процесс утилизации тепла и энергии, которые в противном случае были бы потрачены впустую, может иметь удивительно мощное влияние как на отдельные предприятия, так и на отрасли в целом.

Существует множество причин, по которым процесс восстановления так важен, в том числе:

Повышенная эффективность

Как общество, мы постоянно признаем важность повышения эффективности.От установки высокоэффективной техники в наших домах до покупки экономичных автомобилей — мы делаем все возможное, чтобы наш мир работал с максимальной эффективностью изо дня в день.

Когда дело доходит до повышения эффективности в крупных масштабах, например, на крупных производственных предприятиях и производственных предприятиях, системы рекуперации отходящего тепла являются ключевыми. Установка этих систем — относительно небольшое изменение, которое может оказать сильное влияние на эффективность как на отраслевом уровне, так и в крупном масштабе.

Сохранение ресурсов

Общеизвестно, что наш мир имеет ограниченные ресурсы. Во многих случаях мы потребляем ресурсы быстрее, чем можем их восполнить. В результате обеспечение того, чтобы мы эффективно использовали ресурсы и сохраняли их, когда это возможно, должно быть приоритетом для любого бизнеса, особенно для крупного бизнеса!

Повторное использование отходов — это один из способов, которым заводы и предприятия могут помочь сберечь ресурсы. В некоторых случаях внедрение системы рекуперации может полностью исключить использование другого источника тепла.Это может иметь большое значение, когда речь идет об экономии источников энергии.

Уменьшение количества отходов

Технологические процессы отопления и производства неизбежно приводят к образованию отходов. Хотя некоторые отходы неизбежны, отработанное тепло — это один из видов отходов, который можно использовать повторно, а не просто выбрасывать.

Перенаправление отходящего газа и его использование в качестве источника тепла может уменьшить количество отходов, производимых предприятием и выбрасываемых в атмосферу.

Что такое установки для рекуперации отходящего тепла?

Промышленные системы рекуперации отходящего тепла бывают разных стилей и конструкций, но все они служат одной основной цели.Они улавливают энергию горячих выхлопных газов и газов, выходящих из промышленного оборудования, такого как турбины и мусоросжигательные установки, а затем повторно используют эту энергию для нагрева других материалов и сред, таких как нефть и асфальт.

По сути, они улавливают тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, и позволяют предприятию использовать это тепло и энергию для других целей и процессов. Они идеально подходят для использования в самых разных областях и отраслях промышленности и могут положительно повлиять на ваше предприятие с точки зрения эффективности.

Как рекуперативный теплообменник может принести пользу вашему предприятию?

Внедрение системы рекуперации отходящего тепла может позволить вашему предприятию воспользоваться всеми перечисленными выше преимуществами.Он также может принести пользу вашему предприятию следующими способами:

Он может снизить эксплуатационные расходы вашего предприятия

Руководители предприятий и предприятий постоянно ищут способы снизить свои расходы и повысить рентабельность. Внедрение системы рекуперации отработанного тепла — простой способ сэкономить деньги на эксплуатационных расходах вашего предприятия.

Это снижает энергопотребление вашего предприятия

Как упоминалось ранее, технология рекуперации отходящего тепла позволила компаниям любого типа сократить количество отходов и повысить эффективность.На уровне предприятия внедрение подобной системы может значительно снизить энергопотребление вашего предприятия.

Это помогает повторно использовать опасные выбросы

Рекуперация отходящего тепла может помочь сберечь энергию и уменьшить количество отходов, но она также может помочь в обращении с опасными отходами, образующимися в ходе различных процессов. Некоторые отходящие газы опасны и токсичны. В результате они не могут быть выброшены прямо в атмосферу и должны быть сначала сожжены. Вместо того, чтобы избавляться от этих сожженных газов, система рекуперации отработанного тепла позволяет вам использовать их таким образом, чтобы повысить производительность вашего предприятия.

Инвестируйте в систему утилизации промышленных отходов для вашего предприятия

Рекуперация отработанного тепла — это стратегия, которая может и должна быть реализована во всех отраслях промышленности, использующих тепловую энергию. Системы рекуперации энергии, от сокращения отходов и потребления энергии до повышения эффективности и прибыльности, являются, пожалуй, одним из самых логичных и практичных вложений, которые может сделать предприятие.

Хотите узнать больше о промышленных системах утилизации тепла? Обладая многолетним опытом в области промышленного отопления, у нас есть ответы, которые вы ищете.Позвоните в American Heating Company сегодня по телефону (973) 777-0100 или свяжитесь с нами через Интернет для получения дополнительной информации.

Вам интересно узнать о системах утилизации отходящего тепла, которые мы проектируем и производим? Узнайте больше о предлагаемых нами системах утилизации отходящего тепла!

Примечание редактора: этот контент был первоначально опубликован в феврале 2017 года, но был обновлен по состоянию на июль 2020 года.

Система рекуперации отработанного тепла | TMEIC

Система рекуперации отработанного тепла (WHR) TMEIC представляет собой электрический генератор на основе органического цикла Ренкина (ORC), работающий на горячих выхлопных газах, образующихся в крупном промышленном процессе сжигания.Установка вырабатывает электроэнергию из отработанного тепла, что позволяет экономить деньги, и может претендовать на получение государственных денежных премий за экологически чистую энергию.

Приложения

Система WHR восстанавливает тепловую энергию, потерянную через выхлопную трубу от промышленных установок сжигания, таких как:

• Печи промежуточные стальные
• Цементные печи
• Газотурбинные и дизельные генераторы
• Стекловаренные печи

На схеме ниже показано, как отработанное тепло печи улавливается и преобразуется в электроэнергию в турбогенераторе.Есть два замкнутых контура: контур горячей жидкости, передающий тепло, и органический контур, питающий турбину (детандер).

Энергетическое решение для рекуперации отходящего тепла

Эксплуатация системы

Процесс улавливания отработанного тепла и выработки электроэнергии показан на схеме системы, показанной выше. Вкратце, шаги следующие:

1. Горячие выхлопные газы проходят через теплообменник.
2. В теплообменнике тепло передается от горячих выхлопных газов к жидкости, такой как вода под давлением / гликоль или термомасло.
3. Эта горячая жидкость перекачивается в испаритель с рекуперацией тепла в системе органического цикла Ренкина (ORC).
4. Хладагент кипятится в испарителе ORC и подается на турбину детандера, которая приводит в действие электрогенератор.
5. Турбогенератор вырабатывает электроэнергию, которая подается в распределительную сеть завода.
6. Выхлопной хладагент конденсируется с использованием заводской воды в качестве теплоотвода и перекачивается обратно в испаритель для повторения цикла.
7. Главный контроллер контролирует системные переменные, такие как расход, давление, температура и электрическая мощность, и управляет насосами с регулируемой скоростью для достижения оптимальных тепловых характеристик.

Уровни мощности и экономия

Системы рекуперации отходящего тепла

бывают самых разных размеров и уровней мощности, от 250 кВт до нескольких мегаватт. Например, типичная печь для повторного нагрева стали производительностью 320 метрических тонн в час будет обеспечивать до 2,25 МВт (или 18 000 000 кВтч в год) извлекаемой энергии.Экономия энергии из расчета 0,10 доллара США за кВтч составляет 1 800 000 долларов США в год.

Заявка на получение патента для сталеплавильных печей.

Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации:
Телефон в США: 1-540-283-2100
электронная почта: Свяжитесь с нами

Что такое утилизация отходящего тепла?

По

Рекуперация отходящего тепла — это сбор тепла, образующегося как нежелательный побочный продукт работы части оборудования или механизмов для достижения желаемой цели в другом месте.

Способы рекуперации отходящего тепла варьируются от простых до сложных. Распространенный простой пример — рекуперация тепла бытовой канализации. В этом методе тепло, идущее в раковину или слив душа, утилизируется медной трубой, намотанной вокруг сливной трубы. Затем змеевик используется для нагрева воды, когда она проходит по трубам на пути к водонагревателю.

Что касается более сложной стороны, то тепло, регенерированное из систем жидкостного охлаждения в центрах обработки данных, может использоваться для частей объектов, где желательны более высокие температуры.Другие источники отработанного тепла, которые могут быть рекуперированы для практического использования, включают выхлопные газы автомобилей, промышленные выхлопные газы, термоэлектрическую генерацию и турбины. В зависимости от области применения само тепло может быть желаемым продуктом или может быть подвергнуто другому процессу для получения чистой электроэнергии.

По данным Министерства энергетики США, до 50 процентов энергии от всех видов топлива, сжигаемого в США, попадает в атмосферу в виде отработанного тепла. Исследования показывают, что утилизация отходов энергии на промышленных предприятиях может удовлетворить до 20 процентов от общего внутреннего спроса на электроэнергию и одновременно снизить выбросы парниковых газов на 20 процентов.

Посмотрите видео о системе утилизации отходящего тепла GE:

См. Также: термоэлектрическое охлаждение, эффективность использования энергии (PUE), эффективность использования углерода (CUE), парниковый эффект, возобновляемые ресурсы, невозобновляемые ресурсы

Последнее обновление: ноябрь 2013 г.

Читать далее О рекуперации отходящего тепла

Семь проектов устойчивого развития: рекуперация тепла

Обзор:

Снижение затрат на электроэнергию и выбросов загрязняющих веществ затрагивает многие области промышленного объекта.Мои исследования выявили семь (7) ключевых (или общих) областей, в которых можно реализовать недорогие практические проекты. В совокупности эти проекты обеспечивают экономию, превышающую 10% от ежегодных затрат энергии, при средней окупаемости менее одного года. В этой статье основное внимание будет уделено возможностям использования отработанного тепла в дополнение к теплу в зимнее время.

Семь ключевых проектов в области устойчивого развития
1.Учетчик	5. Освещение
2. Контроль спроса	6. Рекуперация тепла
3. Оптимизация HVAC	7. Реализация проекта
4. Сжатый воздух

Большая картина

Возможности рекуперации тепла привели к самой большой экономии наших общих проектов.Это не самый простой тип проекта для реализации, но сумма экономии и сокращение выбросов делают этот проект очень полезным.
Первый вопрос, который я задаю в мастерских: для чего нужна градирня, расположенная за пределами вашего предприятия? Ответ: удалить отходящее тепло. Второй вопрос: имеет ли смысл использовать систему для отвода тепла от вашей установки, а затем использовать дорогой природный газ для обеспечения тепла для подпиточного воздуха?

Часто я обычно получаю ответ: низкопотенциального тепла из контура охлаждающей жидкости недостаточно для обеспечения тепла, которое нам нужно для нашего завода.Мой ответ: температура контура охлаждающей жидкости> 10 градусов выше, чем температура наружного зимнего воздуха? Тогда нагревание поступающего воздуха снизит тепловую нагрузку. Взгляните на эту таблицу данных о погоде в Огайо. Есть 4000 часов, когда средняя температура ниже 37 градусов!

Обзор проекта

Приступим к обзору этого проекта. Симптомы, которые могут помочь определить возможности для этого проекта, включают:

1. На предприятии есть источники отработанного тепла, такие как градирни, выхлоп печи или оборудования.
2. В помещении имеется большой воздухообмен, например вытяжные шкафы, системы фильтрации, потолочные или настенные вытяжные вентиляторы.
3. Зимнее отопление требуется, например, в системах с принудительной подачей воздуха на природный газ, паром или горячей водой.

Воздушные компрессоры с воздушным охлаждением

Один из самых простых способов получения отработанного тепла — это компрессор с воздушным охлаждением. Это обычный проект, но я продолжаю находить заводы, где этот источник бесплатного тепла не используется.
Вставка Рис. 4 Рекуперация тепла компрессора с воздушным охлаждением
Ключом к успеху этого проекта является использование наружного подпиточного воздуха для забора и выпуска нагретого воздуха в зону потолка помещения, а не прямого дуновения на человека.
Чтобы рассчитать величину этого свободного тепла, используйте эту простую формулу:

Контур охлаждающей жидкости термопластавтомата

Другой метод утилизации отработанного тепла — это использование контура охлаждающей жидкости. Перехватывая воду в самой теплой точке до того, как она поступает в градирню, и пропуская ее через радиатор, тепло воды можно использовать для обеспечения подогретого подпиточного воздуха.

На этой фотографии показана охлаждающая вода из термопластавтомата.На тепловом изображении показана температура воды. Как видите, температура охлаждающей воды значительно выше температуры наружного воздуха зимой.

Теплоотводы

На следующей схеме показан типовой монтажный чертеж. Как и в случае с компрессором с воздушным охлаждением, важно, чтобы эта система была настроена для подачи наружного подпиточного воздуха, а затем отвода воздуха в зону потолка помещения.

Вот фотография того, что я называю «Heat Waster».Это именно тот тип агрегата, в котором отводимый воздух может быть направлен в завод зимой для бесплатного обогрева.

Вот формула, по которой можно определить количество доступного тепла.

Многие заводы смогли снизить свою зимнюю тепловую нагрузку, используя эту концепцию. Многие, даже в Мичигане и Висконсине, смогли устранить потребность в тепле природного газа в часы производства.

Я нашел компанию, которая поставляет этот тип устройства рекуперации тепла вместе с некоторым электронным измерительным оборудованием, которое предоставляет подробную информацию о количестве энергии и экономии, получаемой от охлаждающей воды. (www.amsenergy.com) Этот радиатор на 100 галлонов в минуту с системой измерения может стоить от 25 до 30 000 долларов.

«Объединение проектов рекуперации тепла и проектов HVAC, описанных в предыдущих статьях, создает комбинацию, позволяющую значительно снизить затраты на тепло зимой.»- Томас Морт, CEM

Естественное охлаждение

Еще одна область экономии называется «естественное охлаждение». Концепция «естественного охлаждения» заключается в том, что, когда внешняя температура более чем на 10 градусов ниже требуемой температуры охлаждающей жидкости, электрический чиллер может быть отключен, а градирня может использоваться для обеспечения охлаждения с гораздо меньшим потреблением энергии. Многие предприятия, особенно те, которые используют процессы литья под давлением, используют электрические охладители для охлаждения форм и гидравлики.Обычная температура охлаждающего контура колеблется от 55 до 75 градусов. Обратитесь к диаграмме выше, и вы увидите, что в Огайо было более 3000 часов при средней температуре 32 градуса.

На этой однолинейной схеме показано, как сконфигурирован этот тип системы.

Расчет экономии основан на следующей формуле.

Проекты

естественного охлаждения часто могут быть объединены с проектами рекуперации тепла и позволяют использовать большую часть того же оборудования и получить два типа экономии: электроэнергию за счет отключения электрического чиллера и газ за счет снижения нагрузки на блоки нагрева добавочного воздуха.

Сводка

Объединение проектов рекуперации тепла с проектами HVAC, описанными в предыдущей статье, образует комбинацию, в которой вы можете значительно снизить затраты на отопление в зимнее время и реализовать проекты, соответствующие нашей цели — 1 год или меньше.

Томас Морт — старший аудитор Thomas Mort Consulting.

Чтобы прочитать следующие шесть проектов устойчивого развития из этой серии, пожалуйста, сделайте свой выбор ниже:

Учет

Оптимизация HVAC

Реализация проекта

Оптимизация освещения

Воздушные компрессоры

Контроль спроса

Рекуперация отходящего тепла

Рекуперация отходящего тепла

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Рекуперация отходящего тепла — это использование тепловой энергии, которая в противном случае передавалась бы в окружающую среду для выполнения полезной функции. Примеры двигателей внутреннего сгорания включают использование охлаждающей жидкости двигателя для обогрева кабины, турбонаддув для увеличения удельной мощности, нижние циклы для получения дополнительной работы от выхлопных газов или встроенный выпускной коллектор для облегчения прогрева двигателя.

WHR в двигателях внутреннего сгорания

Рекуперация отходящего тепла (WHR) — это использование тепловой энергии, которая в противном случае передавалась бы в окружающую среду для выполнения полезной функции. Во многих случаях WHR позволяет избежать или уменьшить потребность в дополнительном вводе топливной энергии, которая в противном случае потребовалась бы для достижения этой функции. Примеры двигателей внутреннего сгорания:

• Использование охлаждающей жидкости двигателя для обогрева кабины
• Турбонаддув для увеличения удельной мощности
• Циклы опускания дна для получения дополнительной работы от выхлопных газов
• Встроенный выпускной коллектор для облегчения прогрева двигателя

Основные пути отвода тепла в двигателе внутреннего сгорания, которые являются потенциальными кандидатами на WHR, включают горячие выхлопные газы, выходящие из выхлопной трубы, радиатор охлаждающей жидкости двигателя, а также охладители EGR и наддувочного воздуха.

Во многих случаях цель WHR — произвести дополнительную работу. Источники тепла более высокого качества позволяют преобразовать большую часть отработанного тепла в работу. «Качество» конкретного источника тепла для целей WHR в значительной степени зависит от его температуры. Чем выше температура среды, тем выше ее энтропия, что позволяет преобразовать большую часть тепла в полезную работу (т.е. эффективность выше или выше эксергия). Например, можно ожидать, что система WHR, приводимая в действие теплом от охладителя EGR в контуре EGR высокого давления, будет иметь более высокий КПД, чем аналогичная система, рекуперирующая тепло из выхлопных газов выхлопной трубы.

Отработанное тепло от теплового двигателя или электростанции отводится в окружающую среду либо через теплообменник, либо непосредственно за счет выброса горячей рабочей жидкости. В двигателе внутреннего сгорания используются оба из них: горячий выхлопной газ, рабочая жидкость двигателя, выбрасывается непосредственно в окружающую среду, а теплообменники используются для отвода тепла в окружающую среду от охлаждающей жидкости двигателя, охладителя системы рециркуляции отработавших газов, охладителя наддувочного воздуха и масляный радиатор.

На рисунке 1 показаны основные пути отвода тепла в дизельном двигателе большой мощности, которые являются потенциальными кандидатами для рекуперации отработанного тепла [3706] .Полезность этих источников тепла для целей WHR зависит от:

• их температура,
• количество тепла, доступное от каждого источника и
• количество тепла от каждого источника, которое может быть восстановлено.

Рисунок 1 . Основные источники тепловых потерь ДВС

На рис. 2 более подробно показана температура различных потоков отвода тепла, показанных на рис. 1, для тяжелого дизельного двигателя в зависимости от мощности двигателя.Данные были собраны при частоте вращения двигателя 53 и условиях нагрузки, и изменения в рециркуляции отработавших газов и температуры выхлопных газов представляют собой эффекты скорости / нагрузки, не улавливаемые влиянием мощности двигателя [3709] .

Рисунок 2 . Температура различных потоков отходящего тепла в дизельном двигателе большой мощности

Двигатель: 2011 12,8 л Mack MP8-505C 505 л.с. (377 кВт) при 1800 об / мин / 1810 фут-фунт (2454 Нм) при 1100 об / мин. Выбросы EPA 2010. ВД EGR / DOC-DPF-SCR.

На рисунке 3 показана доля энергии топлива, производящей тормозную работу, и теряется через различные потоки отходящего тепла для трех режимов мощности двигателя, показанного на рисунке 2.Также показаны более подробные сведения о потоках отходов, которые доступны для WHR, включая долю тепла выхлопных газов, остающегося в выхлопном газе после системы последующей обработки, и количество тепла, переданного от охладителя системы рециркуляции отработавших газов к охлаждающей жидкости двигателя [3709] . Таблица 1 суммирует энергию и первое приближение эксергии — на основе фактора Карно — различных источников отходящего тепла для двух рабочих условий, показанных на рисунке 3 ( эксергия представляет собой объем работы, который теоретически может быть произведен из поток энергии).

Рисунок 3 . Доля топливной энергии, потерянной через потоки отработанного тепла на Рисунке 2 9024 9024 9024

Таблица 1
Энергия и эксергия источников отходящего тепла для двух рабочих условий на Рисунке 3 при температуре отвода тепла 36 ° C

Мощность двигателя, кВт		136	348
EGR	Температура, ° C	500	600
Exergy, кВт	13	33
Выхлоп, опора SCR	Температура, ° C	400	400
	Тепло, кВт	64	кВт	35	101
	Охладитель наддувочного воздуха	Температура, ° C	100	200
Теплота, кВт		14	68
24
Охлаждающая жидкость двигателя (без тепла EGR)	Температура, ° C	90	90
	Тепло, кВт	21	34
	Exergy, кВт	3	5
Всего	Теплота, кВт	122	340
	Exergy, кВт 16402 9024 9024 9024 Отработанное тепло охладителя системы рециркуляции ОГ представляет собой тепло с самой высокой доступной температурой и, следовательно, имеет высокий приоритет для WHR.Более 60% отработанного тепла EGR доступно в виде эксергии. В приложениях без высокоэффективных систем SCR скорость потока EGR может быть выше, а рекуперация тепла из системы EGR более значительной [3711] . Выхлопные газы после SCR также важны, и, учитывая, что поток выхлопных газов обычно намного выше, чем поток EGR, представляет собой значительные потоки энергии и эксергии. Около 50% тепла выхлопных газов доступно в виде эксергии и, следовательно, также является приоритетом для WHR. Охлаждение наддувочного воздуха и охлаждающая жидкость двигателя имеют значительно более низкие температуры и представляют собой тепло относительно низкого качества.Однако при более высоких нагрузках наддувочный воздух все еще содержит значительное количество эксергии. Некоторые из важных технологий, которые используются и / или разрабатываются для WHR, приведены в Таблице 2. Таблица 2 Технологии WHR для двигателей внутреннего сгорания WHR Technology Принцип работы Статус Теплообменники Прямая теплопередача между двумя средами. Коммерческий (например, обогрев кабины с использованием охлаждающей жидкости двигателя и тепла выхлопных газов). Турбо-компаундирование Преобразование тепла выхлопных газов в механическую или электрическую энергию с помощью турбины с приводом от выхлопных газов. Механическое турбонагнетание — коммерческая технология. Нижний цикл Термодинамический цикл, такой как цикл Ренкина или Брайтона, который включает в себя рекуперацию и отвод тепла через рабочую жидкость (воздух, пар или органическую жидкость) для рекуперации отработанного тепла и привода турбины для производства механической части. или электрическая энергия. Коммерческий для больших стационарных и судовых двигателей. Рабочие прототипы цикла Ренкина и органического цикла Ренкина, разработанные несколькими производителями двигателей для тяжелых условий эксплуатации (например, в рамках программы DOE SuperTruck США). Системы WHR цикла Брайтона менее развиты, чем системы, основанные на цикле Ренкина. Термоэлектрические генераторы Твердотельные устройства, которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию посредством эффекта Зеебека. Коммерческое применение для обогрева и охлаждения автомобильных сидений.В разработке для двигателя WHR. Термохимическая рекуперация Используйте отходящее тепло для проведения парового риформинга топлива для увеличения его LHV. В разработке. Термоакустическое преобразование Технология на основе цикла Стирлинга, работающая на высокой частоте для преобразования пульсаций давления в рабочей жидкости в электрическую энергию. В разработке. ### Исследования по рекуперации отходящего тепла | Юго-Западный научно-исследовательский институт Рекуперация отработанного тепла предоставляет привлекательные возможности для получения менее дорогостоящих энергоресурсов без выбросов.Этот процесс включает использование технологии рекуперации, такой как регенератор, термоэлектрический генератор или котел-утилизатор, для улавливания тепла, обычно выделяемого в атмосферу, и преобразования его в электричество, что приводит к безэмиссионной замене дорогостоящего закупаемого топлива или электроэнергии. Юго-западный научно-исследовательский институт является лидером в области технологий утилизации отходящего тепла, широко применяемого в энергетической, автомобильной, нефтегазовой отраслях. По оценкам, от 20 до 50% потребляемой промышленной энергии теряется в виде отработанного тепла в виде горячих выхлопных газов, охлаждающей воды и тепла, теряемого от горячих поверхностей оборудования и нагретых продуктов. Проектирование системы рекуперации отходящего тепла Наш опыт проектирования систем рекуперации отходящего тепла включает: Моделирование цикла Проектирование компонентов и систем Испытания компонентов и систем до 80 МВт тепл. Оставьте комментарий Отменить ответ Комментарий Имя Email Сайт