Повишаване ефективността на котелни инсталации

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2011

 Производството на топла вода или пара, необходими за протичането на индустриални процеси за отопление или други цели, обикновено се свързва с използването на различни конструкции котли. Разнообразието от приложения обяснява и многообразието от предлагани видове и мощности, както и необходимостта от повишаване на ефективността на котелните инсталации. Пътищата за това са свързани предимно с ограничаване на загубите на топлина в процеса на работа на котела. Обикновено загубите на топлина са в резултат на изхвърлянето на горещите отпадни газове, загуби на латентна топлина, загуби от излъчване, непълно горене и т. н. От тях основен източник на енергийни загуби се явяват изхвърляните в атмосферата горещи димни газове. Според специалисти, загубите на енергия от изхвърлянето на горещите отпадни газове в атмосферата може да се равнява на около 18-20%. Ето защо, един от пътищата за повишаване ефективността на промишлени и енергийни котли се свързва именно с оползотворяването на нископотенциалната топлина от изходящите димни газове, чрез използването на икономайзери. Така ефективността на котела може да нараства с около 1% при всяко намаляване на температурата на газовете с около 5 °С.

Икономайзерите
Използваните в котелните инсталации икономайзери представляват топлообменници, предназначени основно за оползотворяване на топлината на отпадните газове, която в противен случаи би била изхвърлена в атмосферата, и използването й за загряване на вода, до температура възможно най-близка до точката на кипене на водата. Добре е да се има предвид обаче, че загряването на водата е до температура близка, но не по-висока от тази на кипене. Използването на икономайзери в котлите, подпомага процеса на загряване на водата и го прави много по-ефективен, като съответно повишава количеството произведена пара при същото количество гориво. Обикновено температурата на отпадните газове след използването им за производство на пара с високо налягане е от порядъка на 260 °С докъм 320 °С. За да бъде оползотворена съдържащата се в тях топлина, а не изхвърлена в атмосферата, на пътя на тези газове може да се постави икономайзер, чрез които да се загрява подаваната към котела студена вода (питателната вода). На практика с помощта на икономайзера топлината на отпадните газове се предава на питателна вода. Съответно, температурата на газовете намалява до около 120 °С.

Кондензни икономайзери
Според специалисти, много добри резултати при оползотворяването на топлината на отпадните газове биха могли да се постигнат чрез реализирането на дълбоко охлаждане на газовете до температури по-ниски от точката на росата. В този случай, освен явната топлина на газовете, се дава възможност за оползотворяване и скритата топлина при кондензация на водните пари в димните газове. За постигане на тази цел обикновено се използват кондензни икономайзери.

Кондензните икономайзери са познати от десетилетия, но тяхната популярност нараства значително с повишаване на търсенето на продукти, които подпомагат намаляването на енергийните разходи в производството и допринасящи за ограничаване на вредните въздействия върху околната среда.

Освен че допринася за повишаване на енергийната ефективност на промишлени и енергийни котли, охлаждането на димните газове създава и допълнителни предимства като кондензиране на водните пари, съдържащи се в димните газове и повторното използване на получения кондензат, както и значително намаляване на общия обем от СО2 и други вредни за околната среда газове. Твърди се, че котлите, оборудвани с кондензни икономайзери, могат да постигнат обща ефективност до над 90% и че кондензният икономайзер може да повиши цялостното оползотворяване на отпадна топлина и ефективността на парната система с до 10%, благодарение на понижаването на температурата на отпадните газове под тяхната точка на оросяване, резултирайки в повишаване ефективността на оползотворяване на отпадната топлина.

С директен и индиректен контакт
Обикновено кондензните икономайзери се подразделят на две групи – с директен и такива с индиректен контакт.
Икономайзерите с индиректен контакт (фиг. 1) отнемат топлината от горивните газове чрез преминаването им през един или няколко кожухотръбни или тръбни топлообменника. Обикновено се използват за загряване на флуиди до температура от порядъка на 95 °С, при което температурата на изхвърляните газове е от порядъка на около 20 °С.

Характерна тяхна особеност е, че водата може да се загрява до по-висока температура, в сравнение с водата загрявана в икономайзерите с директен контакт.
Кондензните икономайзери с директен контакт (фиг. 2) се състоят от парна камера, последвана от противотокова оросителна камера. В оросителната камера малки капчици студен флуид влизат в директен контакт с горещите газове. В резултат, димните газове се охлаждат, а флуидът се загрява. За осигуряване на по-добър контакт между капчиците и димните газове, оросителната камара може допълнително да съдържа оросяем пълнеж. На повърхността на пълнежа се осъществява интензивен топломасообмен между оросяващия разтвор и постъпващите горещи димни газове, а самият пълнеж изпълнява функцията на развита междуфазова повърхнина. Такъв топлообмен е високоефективен, а икономайзерите са компактни и имат ниски аеродинамични съпротивления по газова стена.

За предотвратяване на пренасянето на малки капчици течност се препоръчва предвиждането на обезмъглител.

Директният контакт осигурява висок пренос на топлина съчетан с възможност за възстановяване на водата, тъй като загрятата вода може да бъде събрана и използвана като питателна вода за котела, локално отопление или за индустриални процеси. Добре е да се има предвид обаче, че възстановената вода е с висока киселинност и може да изисква предварителна обработка преди да се използва. Също така, подобна инсталация изисква предвиждането на помпа за питателната вода, на входа и на изхода.

Тъй като директният контактен икономайзер работи при налягане близко до атмосферното, надморската височина и температурата на отпадните газове ограничават температурата на обработената вода до температури от порядъка на около 40 – 60 °С.

Необходима е висока корозионна устойчивост
При използването на кондензни икономайзери е добре да се има предвид и факта, че е необходимо те да бъдат конструирани да издържат на корозия, която може да бъде предизвикана от кондензиращите водни пари, получени при изгарянето на въглеводородни горива като природен газ или леки масла. Кондензиращите водни пари обикновено са с висока киселинност и е необходимо да бъдат неутрализирани, ако се предвижда да бъдат отвеждани в канализационната система или използвани като производствена вода.

Специалистите също така препоръчват, когато се предвижда да се инсталира кондензен икономайзер, да се направи оценка на промените в работните параметри на системата. Обикновено, тези икономайзери прегряват обработената котелна вода и намаляват изискванията към деаератора по отношение на парата, като по този начин осигурява повече пара за производствените процеси. Потенциалът за пестене на енергия, обаче, намалява ако повечето от парата от деаератора се осигурява от получения кондензат.

Освен за подгряване на питателната вода за котела, икономайзерите могат да се използват и за оползотворяване на отпадна топлина от процеса когенерация. Използват се също в котли-утилизатори, както и в други видове отоплително и охладително оборудване.

В парните централи икономайзерите се използват основно за загряване на питателната вода за котела, което води до повишаване на температурата й. По този начин се намалява нуждата от енергия, редуцира се разходът на гориво и се постига номинална мощност на котела.

Икономайзерите често са елемент от парогенераторите с рекуперация на топлина, използвани в централите с комбиниран цикъл. Водният кръг в тези парогенератори включва преминаване на водата първо през икономайзер, след това през котела, произвеждащ пара, а след това през паропрегревател.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top