Je suggère des activités de recyclage à considérer gaz de combustion. Les gaz de combustion sont disponibles en abondance dans n’importe quelle ville. La majeure partie des producteurs de fumée sont la vapeur et chaudières à eau chaude et moteurs combustion interne. Je ne considérerai pas les fumées des moteurs dans cette idée (bien qu'ils conviennent également en composition), mais je m'attarderai plus en détail sur les fumées des chaufferies.

Le plus simple est d'utiliser les fumées des chaufferies à gaz (maisons industrielles ou privées), c'est le plus aspect épuré gaz de combustion, dans lequel il se trouve quantité minimale impuretés nocives. Vous pouvez également utiliser la fumée des chaufferies brûlant du charbon ou du combustible liquide, mais dans ce cas, vous devrez nettoyer les gaz de combustion des impuretés (ce n'est pas si difficile, mais cela reste des coûts supplémentaires).

Les principaux composants des gaz de combustion sont l’azote, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. La vapeur d'eau n'a aucune valeur et peut être facilement éliminée des gaz de combustion en mettant le gaz en contact avec une surface froide. Les composants restants ont déjà un prix.

L'azote gazeux est utilisé dans la lutte contre les incendies, pour le transport et le stockage de milieux inflammables et explosifs, comme gaz protecteur pour protéger les substances et matériaux facilement oxydables de l'oxydation, pour prévenir la corrosion des réservoirs, pour purger les canalisations et les conteneurs, pour créer des environnements inertes dans silos à grains. La protection à l'azote empêche la croissance des bactéries et est utilisée pour nettoyer les environnements des insectes et des microbes. Dans l’industrie alimentaire, une atmosphère d’azote est souvent utilisée pour augmenter la durée de conservation des produits périssables. L’azote gazeux est largement utilisé pour en produire de l’azote liquide.

Pour obtenir de l'azote, il suffit de séparer la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone des fumées. Quant au prochain composant de la fumée - gaz carbonique(CO2, dioxyde de carbone, dioxyde de carbone), alors la gamme de ses applications est encore plus large et son prix est beaucoup plus élevé.

Je suggère d'obtenir des informations plus complètes sur lui. Généralement, le dioxyde de carbone est stocké dans des cylindres de 40 litres peints en noir avec le mot « dioxyde de carbone » écrit en jaune. Plus Nom correct CO2, « dioxyde de carbone », mais tout le monde s'est déjà habitué au nom « dioxyde de carbone », il est attribué au CO2 et donc l'inscription « dioxyde de carbone » sur les bouteilles est toujours conservée. Le dioxyde de carbone se trouve dans des bouteilles sous forme liquide. Le dioxyde de carbone est inodore, non toxique, ininflammable et non explosif. C'est une substance naturellement formée dans le corps humain. L'air expiré par une personne en contient généralement 4,5 %. Le dioxyde de carbone est principalement utilisé dans la carbonatation et la vente de boissons en bouteille, et est utilisé comme gaz de protection lors de travaux de soudage à l'aide de machines à souder semi-automatiques, il est utilisé pour augmenter le rendement (2 fois) des cultures agricoles dans les serres en augmentant la concentration de CO2 dans l'air et en augmentant (de 4 à 6 fois lorsque l'eau est saturée de dioxyde de carbone ) la production de microalgues lorsque culture artificielle, pour préserver et améliorer la qualité des aliments pour animaux et des produits, pour la production de neige carbonique et son utilisation dans les installations de cryoblastie (nettoyage des surfaces contaminées) et pour obtenir de basses températures pendant le stockage et le transport des produits alimentaires, etc.

Le dioxyde de carbone est un produit très demandé partout dans le monde et ses besoins ne cessent de croître. Dans les foyers et les petites entreprises, le dioxyde de carbone peut être obtenu en l’extrayant des gaz de combustion dans des usines de production de dioxyde de carbone de faible capacité. Il est facile pour les personnes impliquées dans la technologie de réaliser elles-mêmes une telle installation. Si les normes du processus technologique sont respectées, la qualité du dioxyde de carbone résultant répond à toutes les exigences de GOST 8050-85.
Le dioxyde de carbone peut être obtenu à la fois à partir des gaz de combustion des chaufferies (ou des chaudières de chauffage des ménages privés) et par une combustion spéciale de combustible dans l'installation elle-même.

Passons maintenant à l’aspect économique de la question. L'installation peut fonctionner avec tout type de combustible. Lors de la combustion de carburant (notamment pour produire du dioxyde de carbone), la quantité de CO2 suivante est libérée :
gaz naturel (méthane) – 1,9 kg de CO2 provenant de la combustion de 1 mètre cube. m de gaz;
houille, différents dépôts – 2,1 à 2,7 kg de CO2 provenant de la combustion de 1 kg de combustible ;
propane, butane, carburant diesel, fioul - 3,0 kg de CO2 provenant de la combustion de 1 kg de carburant.

Il ne sera pas possible d'extraire complètement tout le dioxyde de carbone libéré, mais jusqu'à 90 % (une extraction de 95 % peut être obtenue) est tout à fait possible. Le remplissage standard d'une bouteille de 40 litres est de 24 à 25 kg, vous pouvez donc calculer indépendamment la consommation spécifique de carburant pour obtenir une bouteille de dioxyde de carbone.

Ce n'est pas si important, par exemple, dans le cas de l'obtention de dioxyde de carbone provenant de la combustion gaz naturel Il suffit de brûler 15 m3 de gaz.

Au tarif le plus élevé (Moscou), c'est 60 roubles. pour 40 litres. bouteille de dioxyde de carbone. Dans le cas de l'extraction du CO2 des fumées des chaufferies, le coût de production du dioxyde de carbone est réduit, car les coûts du combustible sont réduits et le bénéfice de l'installation augmente. L'installation peut fonctionner 24 heures sur 24, en mode automatique, avec une implication humaine minimale dans le processus de production de dioxyde de carbone. La productivité de l'installation dépend de la quantité de CO2 contenue dans les fumées, de la conception de l'installation et peut atteindre 25 bouteilles de dioxyde de carbone par jour ou plus.

Le prix d'une bouteille de dioxyde de carbone dans la plupart des régions de Russie dépasse 500 roubles (décembre 2008). Dans ce cas, le revenu mensuel provenant de la vente de dioxyde de carbone atteint : 500 roubles/balle. x 25 points/jour. x 30 jours. = 375 000 roubles. La chaleur dégagée lors de la combustion peut être utilisée simultanément pour le chauffage des locaux et, dans ce cas, il n'y aura pas de gaspillage de combustible. Il convient de garder à l'esprit que la situation environnementale sur le site d'extraction du dioxyde de carbone des gaz de combustion ne fait que s'améliorer, à mesure que les émissions de CO2 dans l'atmosphère diminuent.

La méthode d'extraction du dioxyde de carbone des gaz de combustion issus de la combustion fonctionne également bien. déchets de bois(déchets d'exploitation forestière et de transformation du bois, menuiseries, etc.). Dans ce cas, la même installation de dioxyde de carbone est complétée par un générateur de gaz de bois (usine ou fait soi-même) pour produire du gaz pour générateur de bois. Les déchets de bois (bûches, copeaux de bois, copeaux, sciures, etc.) sont déversés dans la trémie du générateur de gaz 1 à 2 fois par jour ; sinon, l'installation fonctionne selon le même mode que ci-dessus ;
Le rendement en dioxyde de carbone d'une tonne de déchets de bois est de 66 cylindres. Le revenu d'une tonne de déchets est (au prix d'une bouteille de dioxyde de carbone de 500 roubles) : 500 roubles/ballon. x 66 points = 33 000 roubles.

La quantité moyenne de déchets de bois provenant d'un atelier de transformation du bois étant de 0,5 tonne de déchets par jour, les revenus de la vente de dioxyde de carbone peuvent atteindre 500 000 roubles. par mois, et dans le cas de l'importation de déchets d'autres ateliers de transformation du bois et de menuiserie, les revenus deviennent encore plus importants.

Il est possible d'obtenir du dioxyde de carbone par combustion pneus de voiture, ce qui n’est également que bénéfique pour notre environnement.

Dans le cas de la production de dioxyde de carbone en quantités supérieures à ce que le marché local peut consommer, le dioxyde de carbone produit peut être utilisé de manière indépendante pour d'autres activités, ainsi que transformé en d'autres produits chimiques et réactifs (par exemple, technologie simple en engrais carbonés respectueux de l'environnement, agents levants pour pâte, etc.) jusqu'à la production d'essence automobile à partir de dioxyde de carbone.

Récupération de chaleur des fumées

Les fumées sortant de l'espace de travail des fours ont une température très élevée et emportent donc une quantité importante de chaleur. Dans les fours à sole, par exemple, environ 80 % de la chaleur totale fournie à l'espace de travail est évacuée de l'espace de travail par les gaz de combustion, dans les fours de chauffage, environ 60 %. Depuis l'espace de travail des fours, les fumées emportent avec elles plus de chaleur, plus leur température est élevée et plus le coefficient d'utilisation de la chaleur dans le four est faible. A cet égard, il convient d'assurer la récupération de la chaleur des fumées d'échappement, ce qui peut se faire en principe par deux méthodes : avec retour d'une partie de la chaleur prélevée sur les fumées vers le four et sans restituer cette chaleur au four. Pour mettre en œuvre la première méthode, il est nécessaire de transférer la chaleur extraite des fumées vers le gaz et l'air (ou uniquement l'air) entrant dans le four. Pour atteindre cet objectif, les échangeurs de chaleur de types récupérateurs et régénératifs sont largement utilisés, dont l'utilisation permet d'augmenter le rendement du four, d'augmenter la température de combustion et d'économiser du carburant. Avec la deuxième méthode de récupération, la chaleur des fumées d'échappement est utilisée dans les chaufferies thermiques et les unités de turbine, ce qui permet d'obtenir des économies importantes carburant.

Dans certains cas, les deux méthodes décrites de récupération de chaleur perdue sont utilisées simultanément. Ceci est effectué lorsque la température des fumées après les échangeurs de chaleur à régénération ou à récupération reste suffisamment élevée et qu'une récupération ultérieure de la chaleur dans les centrales thermiques est recommandée. Par exemple, dans les fours à sole ouverte, la température des fumées après les régénérateurs est de 750 à 800 °C, elles sont donc réutilisées dans des chaudières à chaleur résiduelle.

Examinons plus en détail la problématique du recyclage de la chaleur des fumées d'échappement avec le retour d'une partie de leur chaleur au four.

Il convient de noter tout d'abord qu'une unité de chaleur extraite des fumées et introduite dans le four par air ou gaz (une unité de chaleur physique) s'avère bien plus précieuse qu'une unité de chaleur obtenue dans le four. à la suite de la combustion d'un combustible (une unité de chaleur chimique), puisque la chaleur de l'air chauffé (gaz) n'entraîne pas de perte de chaleur avec les fumées. La valeur d'une unité de chaleur sensible est d'autant plus grande que le facteur d'utilisation du combustible est faible et que la température des gaz de combustion est élevée.

Pour fonctionnement normal le four doit être introduit dans l'espace de travail toutes les heures quantité requise chaleur. Cette quantité de chaleur comprend non seulement la chaleur du combustible, mais également la chaleur de l'air ou du gaz chauffé, c'est-à-dire

Il est clair qu'avec = const une augmentation diminuera. En d'autres termes, l'utilisation de la chaleur des fumées permet de réaliser des économies de combustible, qui dépendent du degré d'utilisation de la chaleur des fumées.

où est respectivement l'enthalpie de l'air chauffé et des gaz de combustion quittant l'espace de travail, en kW ou en kJ/période.

Le degré de récupération de chaleur peut également être appelé efficacité. récupérateur (régénérateur), %

Connaissant le degré de récupération de chaleur, vous pouvez déterminer l'économie de carburant à l'aide de l'expression suivante :

où I"d, Id sont respectivement l'enthalpie des fumées à la température de combustion et celles en sortie du four.

La réduction de la consommation de carburant grâce à l'utilisation de la chaleur des gaz de combustion fournit généralement un effet économique important et constitue l'un des moyens de réduire le coût du chauffage du métal dans les fours industriels.

En plus d'économiser du carburant, l'utilisation du chauffage à l'air (gaz) s'accompagne d'une augmentation de la température de combustion calorimétrique, qui peut être le principal objectif de la récupération lors du chauffage de fours avec du combustible à faible pouvoir calorifique.

Une augmentation de at entraîne une augmentation de la température de combustion. S'il est nécessaire de fournir une certaine valeur, alors une augmentation de la température de chauffage de l'air (gaz) entraîne une diminution de la valeur, c'est-à-dire une diminution de la part de mélange de carburant gaz à haut pouvoir calorifique.

Étant donné que la récupération de chaleur permet d'importantes économies de combustible, il est conseillé de s'efforcer d'atteindre le degré d'utilisation le plus élevé possible et économiquement justifié. Cependant, il faut immédiatement noter que le recyclage ne peut pas être complet, c'est-à-dire toujours. Ceci s'explique par le fait que l'augmentation de la surface de chauffe n'est rationnelle que jusqu'à certaines limites, après quoi elle entraîne déjà un gain très insignifiant d'économie de chaleur.

V.S. Galustov, docteur en sciences techniques, professeur, PDG SE ASBL "Polytechnika"
L.A. Rosenberg, ingénieur, directeur de l'Entreprise Unitaire Yumiran.

Introduction.

Les gaz de combustion d'origines diverses rejettent dans l'atmosphère des milliers et des milliers de Gcal de chaleur, ainsi que des milliers de tonnes de polluants gazeux et solides et de vapeur d'eau. Dans cet article nous nous concentrerons sur le problème de la récupération de chaleur (à propos du nettoyage émissions de gaz Nous en parlerons dans le prochain post). L'utilisation la plus approfondie de la chaleur de combustion du carburant est réalisée dans chaudières thermiques, pour lesquels dans la plupart des cas des économiseurs sont prévus dans leur partie arrière. La température des gaz de combustion après eux est d'environ 130-190°C, c'est-à-dire proche de la température point de rosée vapeurs acides qui, en présence de composés soufrés dans le carburant, sont limite inférieure. Lors de la combustion de gaz naturel, cette limitation est moins importante.

Les gaz de combustion provenant de différents types de fours peuvent avoir une température nettement plus élevée (jusqu'à 300-500°C et plus). Dans ce cas, la récupération de chaleur (et le refroidissement des gaz) est tout simplement obligatoire, ne serait-ce que pour limiter la pollution thermique de l'environnement.

Unités de récupération de chaleur.

Même dans le premier message, nous avons limité l'éventail de nos intérêts aux processus et dispositifs à contact de phase direct, mais pour compléter le tableau, rappelons et évaluons d'autres options. Tous les échangeurs de chaleur connus peuvent être divisés en appareils à contact, à surface et avec un liquide de refroidissement intermédiaire. Nous reviendrons sur le premier plus en détail ci-dessous. Les échangeurs de chaleur à surface sont des aérothermes traditionnels qui sont placés directement dans le conduit de fumée après le four (chaudière) et présentent de sérieux inconvénients qui limitent leur utilisation. Premièrement, ils contribuent de manière significative traînée aérodynamique dans le chemin du gaz et aggraver le fonctionnement des fours (le vide diminue) avec un extracteur de fumée conçu, et son remplacement par un plus puissant peut ne pas compenser les coûts associés en économisant de la chaleur. Deuxièmement, les faibles coefficients de transfert de chaleur du gaz à la surface des tubes déterminent grandes valeurs surface requise contact.

Les appareils avec liquide de refroidissement intermédiaire sont de deux types : périodiques avec liquide de refroidissement solide et continus avec liquide. Les premières sont constituées d'au moins deux colonnes remplies, par exemple, de granit concassé (packing). Les fumées traversent l'une des colonnes, dégageant de la chaleur vers la buse, la chauffant à une température légèrement inférieure à la température des gaz. Ensuite, les gaz de combustion sont transférés vers la deuxième colonne et la première est alimentée par un fluide chauffé (généralement de l'air fourni au même four, ou de l'air du système chauffage de l'air) etc. Les inconvénients d'un tel schéma sont évidents (résistance élevée, encombrement, instabilité de température, etc.) et son application est très limitée.

Les appareils avec un liquide de refroidissement intermédiaire liquide (généralement de l'eau) étaient appelés échangeurs de chaleur à contact avec buse active (CTAN), et après des améliorations mineures, les auteurs les ont appelés échangeurs de chaleur avec un liquide de refroidissement saturé et condensation (TANTEC). Dans les deux cas, l'eau chauffée par les fumées transfère ensuite la chaleur résultante à travers la paroi d'un échangeur de chaleur en surface intégré vers de l'eau propre (par exemple, un système de chauffage). Par rapport aux aérothermes, la résistance de tels échangeurs de chaleur est beaucoup plus faible, et en termes d'échange thermique dans le système fumées-eau, ils sont complètement similaires aux dispositifs de pulvérisation à flux direct qui nous intéressent. Il existe cependant des différences significatives, dont nous parlerons ci-dessous.

Les développeurs des appareils KTAN et TANTEC ne prennent pas en compte dans leurs publications les caractéristiques du transfert de chaleur lors du contact direct des fumées et de l'eau, nous y reviendrons donc un peu plus en détail.

Les principaux processus dans le système gaz de combustion - eau.

Le résultat de l'interaction des gaz de combustion chauffés (en termes de composition et de propriétés, il s'agit en fait d'air humide) et d'eau (sous forme de gouttelettes d'une taille ou d'une autre), que nous appellerons un fluide accumulateur de chaleur (il peut être utilisé comme le liquide de refroidissement principal ou intermédiaire), est déterminé par tout un complexe de processus.

Simultanément au chauffage, une condensation d'humidité à la surface des gouttelettes ou une évaporation peut se produire. En fait, il existe trois options possibles pour la direction mutuelle des flux de chaleur et d'humidité (transfert de chaleur et transfert de masse), qui dépendent du rapport des températures de phase et du rapport des pressions partielles de vapeur dans la couche limite (près de la goutte) et au cœur du flux gazeux (Fig. 1a).

Dans ce cas, le premier cas (supérieur), lorsque les flux de chaleur et d'humidité sont dirigés des gouttelettes vers le gaz, correspond à le refroidissement par évaporation eau; la seconde (au milieu) - chauffer les gouttelettes tout en évaporant simultanément l'humidité de leur surface ; la troisième option (inférieure), dans laquelle la chaleur et l'humidité sont dirigées du gaz vers les gouttelettes, reflète le chauffage de l'eau avec condensation de vapeur. (Il semblerait qu'il devrait y avoir une quatrième option, lorsque le refroidissement des gouttelettes et le chauffage du gaz s'accompagnent d'une condensation d'humidité, mais dans la pratique, cela ne se produit pas.)

Tous les processus décrits peuvent être clairement représentés sur le diagramme de Ramzin de l'état de l'air humide (diagramme H - x, Fig. 1b).

Déjà de ce qui a été dit, on peut conclure que la troisième option est la plus souhaitable, mais pour comprendre comment l'assurer, il faut, en plus de ce qui a été énoncé ci-dessus, rappeler :

- la quantité de vapeur d'eau contenue dans 1 m3 d'air humide est appelée humidité absolue de l'air. La vapeur d'eau occupe tout le volume du mélange, donc l'humidité absolue de l'air est égale à la densité de la vapeur d'eau (dans des conditions données) pp

— lorsque l'air est saturé de vapeur, vient le moment où commence la condensation, c'est-à-dire la teneur maximale possible en vapeur dans l'air est atteinte à une température donnée, qui correspond à la densité de vapeur d'eau saturée pH ;

— le rapport entre l'humidité absolue et la quantité maximale possible de vapeur dans 1 m3 d'air à une pression et une température données est appelé humidité relative de l'air f ;

- la quantité de vapeur d'eau en kg pour 1 kg d'air absolument sec est appelée teneur en humidité de l'air x ;

— l'air humide utilisé comme caloporteur est caractérisé par l'enthalpie / (teneur thermique), qui est fonction de la température et de la teneur en humidité de l'air et est égale à la somme des enthalpies de l'air sec et de la vapeur d'eau. Sous la forme la plus pratique pour une utilisation pratique, la formule de calcul de l'enthalpie peut être représentée

je= (1000 + 1,97 . 103x) t+ 2493 . . 103x J/kg d'air sec, où 1000 - chaleur spécifique air sec, J/kg*deg); 1,97*103 - capacité thermique spécifique de la vapeur, J/(kg*deg) ; 2493*103 - coefficient constant, approximativement égal à l'enthalpie de la vapeur à 0°C ; t-température de l'air, °C ;

I = 0,24t + (595 + 0,47t) Xkcal/kg d'air sec ; où 595 est un coefficient constant approximativement égal à l'enthalpie de la vapeur à 0°C ; 0,24 — capacité thermique spécifique de l'air sec, kcal/(kgtrad) ; 0,47 — capacité calorifique de la vapeur, kcal/(kgtrad);

— lorsque l'air se refroidit (dans des conditions d'humidité constante), l'humidité relative augmente jusqu'à atteindre 100 %. La température correspondante est appelée température du point de rosée. Sa valeur est déterminée uniquement par la teneur en humidité de l'air. Sur le diagramme de Ramzin, c'est le point d'intersection de la droite verticale x = const avec la droite φ = 1.

Le refroidissement de l'air en dessous du point de rosée s'accompagne de condensation d'humidité, c'est-à-dire séchage à l'air.

Une certaine confusion est provoquée par les publications qui donnent des valeurs de point de rosée pour divers solides et combustibles liquides environ 130-150°C. Il faut garder à l'esprit qu'il s'agit du début de condensation des vapeurs d'acides sulfurique et sulfureux (noté eetpK), et non de la vapeur d'eau (tp), dont nous avons parlé plus haut. Pour ces derniers, la température du point de rosée est bien plus basse (40-50°C).

Ainsi, trois grandeurs - le débit, la température et la teneur en humidité (ou température humide) - caractérisent pleinement les gaz de combustion en tant que source de ressources énergétiques secondaires.

Lorsque l'eau entre en contact avec des gaz chauds, le liquide est d'abord chauffé et la vapeur se condense à la surface des gouttes froides (correspond à l'option 3 de la figure 1a) jusqu'à atteindre la température correspondant au point de rosée du gaz, c'est-à-dire limite de transition vers le deuxième régime (3ème option sur la figure 1a). De plus, à mesure que l'eau se réchauffe et que la pression partielle de vapeur à la surface des gouttelettes augmente, la quantité de chaleur qui leur est transférée en raison du transfert de chaleur Q1 diminuera, et la quantité de chaleur transférée des gouttelettes aux gaz de combustion en raison de l'évaporation Q2 va augmenter. Cela se poursuivra jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint (Q1 = Q2), lorsque toute la chaleur reçue par l'eau des fumées sera restituée au gaz sous forme de chaleur d'évaporation du liquide. Après cela, il est impossible de chauffer davantage le liquide et il s'évapore à température constante. La température atteinte dans ce cas est appelée température de bulbe humide tM (en pratique, elle est définie comme la température indiquée par un thermomètre dont la bille est recouverte d'un chiffon humide, d'où l'humidité s'évapore).

Ainsi, si de l'eau est fournie à l'échangeur de chaleur avec une température égale (ou supérieure à) tM, alors un refroidissement adiabatique (à contenu calorifique constant) des gaz sera observé et il n'y aura pas de récupération de chaleur (sans compter conséquences négatives- perte d'eau et humidification des gaz).

Le processus devient plus complexe si l'on considère que la composition des gouttelettes est polydispersée (en raison des mécanismes de désintégration du liquide lors de la pulvérisation). Les petites gouttes atteignent instantanément tM et commencent à s'évaporer, modifiant les paramètres du gaz vers une teneur en humidité croissante, les gouttes moyennes peuvent se situer entre tp et tM, et les grosses gouttes peuvent être inférieures à tp, c'est-à-dire

chauffer et condenser l'humidité. Tout cela se produit simultanément, en l’absence de frontières claires.

Il est possible d'analyser de manière exhaustive les résultats du contact direct entre les gouttelettes d'un fluide accumulateur de chaleur et les gaz de combustion chauds uniquement sur la base d'un modèle mathématique qui prend en compte l'ensemble des phénomènes (transfert simultané de chaleur et de masse, modifications de l'environnement paramètres, conditions aérodynamiques, composition polydispersée du flux de gouttelettes, etc.).

Une description du modèle et des résultats d'analyse qui en découlent est donnée dans la monographie, à laquelle nous recommandons au lecteur intéressé de se référer. Ici, nous ne notons que l'essentiel.

Pour la plupart des gaz de combustion, la température du bulbe humide est comprise entre 45 et 55 °C, c'est-à-dire l'eau dans la zone de contact direct avec les fumées, comme indiqué ci-dessus, ne peut être chauffée qu'à la température spécifiée, bien qu'avec une récupération de chaleur assez profonde. L'humidification préliminaire des gaz, telle que prévue par la conception TANTEC, non seulement n'entraîne pas une augmentation de la quantité de chaleur utilisée, mais même sa diminution.

Et enfin, il faut tenir compte du fait que lors de la récupération de chaleur, même à partir de gaz ne contenant pas de composés soufrés, il ne faut pas les refroidir en dessous de 80°C (cela rend difficile leur évacuation vers environnement par le conduit de fumée et cheminée).

Expliquons ce qui a été dit exemple spécifique. Laisser les fumées après la chaudière en quantité de 5000 kg/h, ayant une température de 130°C et une teneur en humidité de 0,05 kg/kg, entrer en contact avec le fluide récupérateur de chaleur (eau, tH = 15°C). A partir du diagramme H-x, nous trouvons : tM= 49,5°C ; tp= 40°С; I = 64 kcal/kg. Les calculs utilisant le modèle ont montré que lorsque les gaz sont refroidis à 80°C par un flux polydispersé de gouttelettes d'un diamètre moyen de 480 μm, la teneur en humidité reste en réalité inchangée (l'évaporation des petites gouttelettes est compensée par la condensation sur les grosses), tM devient égal à 45°C, et contenu calorifique I = 50 kcal/kg . Ainsi, 0,07 Gcal/h de chaleur est utilisé et le milieu accumulateur de chaleur à raison de 2,5 m3/h est chauffé de 15 à 45°C.

Si vous utilisez TANTEC et humidifiez au préalable - refroidissement adiabatique des gaz à t-100°C, puis refroidissez à 80°C à X = const, alors les paramètres finaux du gaz seront : tM = 48°C ; I = 61,5°C. Et bien que l'eau chauffe légèrement plus (jusqu'à 48°C), la quantité de chaleur utilisée est réduite de 4 fois et sera de 0,0175 Gcal/h.

Options d'organisation de la récupération de chaleur.

Solution tâche spécifique l'utilisation de la chaleur des fumées dépend d'un certain nombre de facteurs, parmi lesquels la présence de polluants (déterminés par le type de combustible brûlé et l'objet chauffé par les fumées), la présence d'un consommateur de chaleur ou directement eau chaude etc.

Dans un premier temps, il est nécessaire de déterminer la quantité de chaleur qui, en principe, peut être extraite des fumées existantes et d'évaluer la faisabilité économique de la récupération de chaleur, car les coûts d'investissement ne sont pas proportionnels à la quantité de chaleur récupérée.

Si la réponse à la première question est positive, vous devez alors évaluer la possibilité d'utiliser de l'eau modérément chauffée (par exemple, lors de la combustion du gaz naturel, l'utiliser pour préparer l'eau d'appoint des chaudières ou des systèmes de chauffage, et si le produit cible est contaminé par des particules de poussière, utilisez-le pour préparer des matières premières, par exemple dans la production de produits céramiques, etc.). Si l'eau est trop polluée, vous pouvez prévoir un système à double circuit ou combiner la récupération de chaleur avec l'épuration des fumées (obtenir des températures plus élevées (au-dessus de 45-5СРС) ou un étage de surface).

Il existe de nombreuses options pour organiser le processus de récupération de chaleur. Du choix solution optimale dépend l'efficacité économiqueÉvénements.

Littérature:

1. Galustov B.S. Procédés et dispositifs de transfert de chaleur et de masse à contact de phase direct en génie thermique et électrique // Énergie et gestion - 2003. - N° 4.

2. Galustov B.S. Appareils de pulvérisation à flux direct en génie thermique - M. : Energoatomizdat, 1989.

3. Soukhanov V.I. et autres Installations de récupération de chaleur et d'épuration des fumées des chaudières à vapeur et à eau chaude - M. : AQUA-TERM, juillet 2001.

4. Planovsky A.N., Ramm V.M., Kagan S.Z. Procédés et appareils technologie chimique.— M. : Goskhimizdat, 1962.—P.736-738.

Utilisation de la chaleur des fumées dans les chaufferies industrielles au gaz

Utilisation de la chaleur des fumées dans les chaufferies industrielles au gaz

Candidat en sciences techniques Sizov V.P., docteur en sciences techniques Yuzhakov A.A., candidat en sciences techniques Kapger I.V.,
Permavtomatika SARL, sizovperm@ mail .ru

Résumé : le prix du gaz naturel varie considérablement à travers le monde. Cela dépend de l'adhésion du pays à l'OMC, du fait que le pays exporte ou importe son gaz, des coûts de production du gaz, de l'état de l'industrie, des décisions politiques, etc. Le prix du gaz dans la Fédération de Russie dans le cadre de l'adhésion de notre pays à l'OMC ne fera qu'augmenter et le gouvernement envisage d'égaliser les prix du gaz naturel tant à l'intérieur du pays qu'à l'étranger. Comparons grossièrement les prix du gaz en Europe et en Russie.

Russie – 3 roubles/m3.

Allemagne - 25 roubles/m3.

Danemark - 42 roubles/m3.

Ukraine, Biélorussie – 10 roubles/m3.

Les prix sont tout à fait raisonnables. Dans les pays européens, les chaudières à condensation sont largement utilisées, leur part totale dans le processus de production de chaleur atteint 90 %. En Russie, ces chaudières ne sont généralement pas utilisées en raison du coût élevé des chaudières, du faible coût du gaz et des températures élevées. réseaux centralisés. Et aussi en maintenant le système de limitation de la combustion des gaz dans les chaufferies.

Actuellement, la question d'une utilisation plus complète de l'énergie du liquide de refroidissement devient de plus en plus pertinente. Le dégagement de chaleur dans l’atmosphère crée non seulement une pression supplémentaire sur l’environnement, mais augmente également les coûts pour les propriétaires de chaufferies. Dans le même temps, les technologies modernes permettent d'utiliser plus pleinement la chaleur des fumées et d'augmenter le rendement de la chaudière, calculé sur la base du pouvoir calorifique inférieur, jusqu'à une valeur de 111 %. Les déperditions thermiques par les fumées occupent la place principale parmi les déperditions thermiques de la chaudière et s'élèvent à 5 ¸ 12% de la chaleur générée. De plus, la chaleur de condensation de la vapeur d'eau formée lors de la combustion du carburant peut être utilisée. La quantité de chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d'eau dépend du type de combustible et varie de 3,8 % pour les combustibles liquides et jusqu'à 11,2 % pour les combustibles gazeux (pour le méthane) et est définie comme la différence entre la chaleur de combustion supérieure et inférieure. du carburant (Tableau 1 ).

Tableau 1 - Valeurs des valeurs calorifiques supérieures et inférieures pour divers types carburant

Il s'avère que les gaz d'échappement contiennent à la fois de la chaleur sensible et latente. De plus, cette dernière peut atteindre une valeur qui dans certains cas dépasse la chaleur sensible. La chaleur sensible est une chaleur dans laquelle une modification de la quantité de chaleur fournie à un corps entraîne une modification de sa température. La chaleur latente est la chaleur de vaporisation (condensation), qui ne modifie pas la température du corps, mais sert à la modifier. état d'agrégation corps. Cette affirmation est illustrée par un graphique (Fig. 1, sur lequel l'enthalpie (la quantité de chaleur fournie) est tracée le long de l'axe des abscisses et la température est tracée le long de l'axe des ordonnées).

Riz. 1 – Dépendance du changement d’enthalpie pour l’eau

Localisation sur graphiques A-B l'eau est chauffée d'une température de 0 °C à une température de 100 °C. Dans ce cas, toute la chaleur apportée à l’eau est utilisée pour augmenter sa température. Ensuite, le changement d'enthalpie est déterminé par la formule (1)

(1)

où c est la capacité calorifique de l'eau, m est la masse de l'eau chauffée, Dt – différence de température.

La section du graphique BC montre le processus d’ébullition de l’eau. Dans ce cas, toute la chaleur fournie à l'eau est consacrée à sa conversion en vapeur, tandis que la température reste constante - 100°C. Parcelle graphiques C-D montre que toute l'eau s'est transformée en vapeur (évaporée), après quoi la chaleur est dépensée pour augmenter la température de la vapeur. Ensuite, le changement d'enthalpie pour la section A-C est caractérisé par la formule (2)

Où r = 2500 kJ/kg – chaleur latente de vaporisation de l'eau à pression atmosphérique.

La plus grande différence entre les valeurs calorifiques les plus élevées et les plus basses, comme le montre le tableau. 1, méthane, donc le gaz naturel (jusqu'à 99 % de méthane) offre la rentabilité la plus élevée. À partir de là, tous les autres calculs et conclusions seront donnés pour le gaz à base de méthane. Considérons la réaction de combustion du méthane (3)

De l'équation de cette réaction, il résulte que pour l'oxydation d'une molécule de méthane, deux molécules d'oxygène sont nécessaires, c'est-à-dire Pour une combustion complète de 1 m 3 de méthane, il faut 2 m 3 d'oxygène. Il est utilisé comme comburant lors de la combustion de combustible dans les chaudières. air atmosphérique, qui représente un mélange de gaz. Pour les calculs techniques, la composition conditionnelle de l'air est généralement considérée comme composée de deux composants : l'oxygène (21 % en volume) et l'azote (79 % en volume). Compte tenu de la composition de l'air, pour réaliser la réaction de combustion, la combustion complète du gaz nécessitera un volume d'air 100/21 = 4,76 fois supérieur à celui de l'oxygène. Ainsi, pour brûler 1 m 3 de méthane il faudra 2 ×4,76=9,52 air. Comme le montre l’équation de la réaction d’oxydation, le résultat est du dioxyde de carbone, de la vapeur d’eau (gaz de combustion) et de la chaleur. La chaleur dégagée lors de la combustion du carburant selon (3) est appelée pouvoir calorifique net du carburant (PCI).

Si vous refroidissez la vapeur d'eau, dans certaines conditions, elle commencera à se condenser (passage de l'état gazeux à l'état liquide) et en même temps une quantité supplémentaire de chaleur sera libérée (chaleur latente de vaporisation/condensation) Fig. 2.

Riz. 2 – Dégagement de chaleur lors de la condensation de la vapeur d’eau

Il convient de garder à l’esprit que la vapeur d’eau contenue dans les gaz de combustion a des propriétés légèrement différentes de celles de la vapeur d’eau pure. Ils sont en mélange avec d'autres gaz et leurs paramètres correspondent aux paramètres du mélange. La température à laquelle commence la condensation est donc différente de 100 °C. La valeur de cette température dépend de la composition des fumées, qui, à son tour, est une conséquence du type et de la composition du combustible, ainsi que du coefficient d'excès d'air.
La température des gaz de combustion à laquelle commence la condensation de la vapeur d'eau dans les produits de combustion du carburant est appelée point de rosée et ressemble à la Fig. 3.

Riz. 3 – Point de rosée du méthane

Par conséquent, pour les fumées, qui sont un mélange de gaz et de vapeur d'eau, l'enthalpie évolue selon une loi légèrement différente (Fig. 4).

Figure 4 – Libération de chaleur du mélange vapeur-air

D'après le graphique de la Fig. 4, deux conclusions importantes peuvent être tirées. Premièrement, la température du point de rosée est égale à la température à laquelle les fumées ont été refroidies. Deuxièmement, il n’est pas nécessaire de le parcourir comme sur la Fig. 2, toute la zone de condensation, ce qui est non seulement pratiquement impossible mais aussi inutile. Ceci, à son tour, offre diverses possibilités de mise en œuvre bilan thermique. En d’autres termes, presque n’importe quel petit volume de liquide de refroidissement peut être utilisé pour refroidir les gaz de combustion.

De ce qui précède, nous pouvons conclure que lors du calcul du rendement de la chaudière sur la base du pouvoir calorifique inférieur avec utilisation ultérieure de la chaleur des fumées et de la vapeur d'eau, le rendement peut être considérablement augmenté (plus de 100 %). À première vue, cela contredit les lois de la physique, mais en réalité il n'y a pas de contradiction ici. L'efficacité de tels systèmes doit être calculée sur la base du pouvoir calorifique le plus élevé, et détermination de l'efficacité par pouvoir calorifique inférieur, il est nécessaire de le réaliser uniquement s'il est nécessaire de comparer son efficacité avec celle d'une chaudière conventionnelle. Ce n'est que dans ce contexte qu'une efficacité > 100 % a du sens. Nous pensons que pour de telles installations, il est plus correct de donner deux rendements. L’énoncé du problème peut être formulé comme suit. Pour plus utilisation complète chaleur de combustion des fumées, celles-ci doivent être refroidies à une température inférieure au point de rosée. Dans ce cas, la vapeur d’eau générée lors de la combustion du gaz va se condenser et transférer la chaleur latente de vaporisation au liquide de refroidissement. Dans ce cas, le refroidissement des fumées doit être effectué dans des échangeurs de chaleur de conception spéciale, dépendant principalement de la température des fumées et de la température de l'eau de refroidissement. L'utilisation de l'eau comme liquide de refroidissement intermédiaire est la plus intéressante, car dans ce cas, il est possible d'utiliser de l'eau à la température la plus basse possible. De ce fait, il est possible d'obtenir une température d'eau à la sortie de l'échangeur thermique, par exemple 54°C, puis de l'utiliser. Si la conduite de retour est utilisée comme liquide de refroidissement, sa température doit être aussi basse que possible, ce qui n'est souvent possible que s'il y a systèmes basse température chauffage en tant que consommateurs.

Gaz de combustion des chaudières haute puissance, en règle générale, sont détournés vers du béton armé ou tuyau en brique. Si des mesures particulières ne sont pas prises pour le chauffage ultérieur des fumées partiellement séchées, le tuyau se transformera en un échangeur de chaleur à condensation avec toutes les conséquences qui en découlent. Il existe deux manières de résoudre ce problème. La première méthode consiste à utiliser un by-pass, dans lequel une partie des gaz, par exemple 80 %, passe à travers l'échangeur de chaleur, et l'autre partie, à hauteur de 20 %, passe à travers le by-pass puis est mélangée avec le gaz partiellement séchés. Ainsi, en chauffant les gaz, on déplace le point de rosée à la température requise à laquelle le tuyau est assuré de fonctionner en mode sec. La deuxième méthode consiste à utiliser un récupérateur à plaques. Dans ce cas, les gaz d'échappement traversent plusieurs fois le récupérateur et s'échauffent ainsi.

Considérons un exemple de calcul d'un tuyau typique de 150 m (Fig. 5-7), qui a une structure à trois couches. Les calculs ont été effectués dans le progiciel Ansys -CFX . Il ressort clairement des figures que le mouvement du gaz dans le tuyau a un caractère turbulent prononcé et, par conséquent, la température minimale sur le revêtement peut ne pas être dans la zone de la pointe, comme il ressort de la méthodologie empirique simplifiée. .

Riz. 7 – champ de température à la surface du revêtement

Il convient de noter que lors de l'installation d'un échangeur de chaleur dans un chemin de gaz, sa résistance aérodynamique augmentera, mais le volume et la température des gaz d'échappement diminueront. Cela entraîne une diminution du courant de l'extracteur de fumée. La formation de condensation impose besoins spéciaux sur les éléments de parcours des gaz en termes d'utilisation de matériaux résistant à la corrosion. La quantité de condensat est d'environ 1 000 à 600 kg/heure pour 1 Gcal de puissance utile de l'échangeur de chaleur. La valeur du pH du condensat des produits de combustion lors de la combustion du gaz naturel est de 4,5 à 4,7, ce qui correspond à un environnement acide. En cas de faible quantité de condensat, il est possible d'utiliser des blocs remplaçables pour neutraliser le condensat. Cependant, pour les grandes chaufferies, il est nécessaire d'utiliser une technologie de dosage de soude caustique. Comme le montre la pratique, de petits volumes de condensats peuvent être utilisés comme appoint sans aucune neutralisation.

Il convient de souligner que le principal problème mentionné ci-dessus dans la conception des systèmes est la différence trop importante d'enthalpie par unité de volume de substances, et le problème technique qui en résulte est le développement de la surface d'échange thermique côté gaz. L'industrie de la Fédération de Russie produit en série des échangeurs de chaleur similaires, tels que KSK, VNV, etc. Considérons le développement de la surface d'échange thermique côté gaz. conception actuelle(Fig. 8). Un tube ordinaire dans lequel de l'eau (liquide) circule à l'intérieur et de l'air (gaz d'échappement) de l'extérieur le long des ailettes du radiateur. Le rapport de chauffage calculé sera exprimé par un certain

Riz. 8 – dessin du tube chauffant.

coefficient

K =S nar /S vn, (4),

Où S nar – surface extérieure de l'échangeur de chaleur mm 2, et S vn – zone interne du tube.

Dans les calculs géométriques de la structure, nous obtenons K =15. Cela signifie que la surface extérieure du tube est 15 fois plus grande. zone interne. Cela s'explique par le fait que l'enthalpie de l'air par unité de volume est plusieurs fois inférieure à l'enthalpie de l'eau par unité de volume. Calculons combien de fois l'enthalpie d'un litre d'air est inférieure à l'enthalpie d'un litre d'eau. Depuis

enthalpie de l'eau : E in = 4,183 KJ/l*K.

enthalpie de l'air : E air = 0,7864 J/l*K. (à une température de 130 0 C).

L’enthalpie de l’eau est donc 5 319 fois supérieure à l’enthalpie de l’air, et donc K =S nar /S vn . Idéalement, dans un tel échangeur de chaleur, le coefficient K devrait être de 5319, mais puisque surface extérieure par rapport à l'interne se développe 15 fois, alors la différence d'enthalpie essentiellement entre l'air et l'eau diminue jusqu'à la valeur K = (5319/15) = 354. Développer techniquement le rapport des aires des surfaces internes et externes pour obtenir le rapport K =5319 très difficile voire presque impossible. Pour résoudre ce problème, nous allons essayer d'augmenter artificiellement l'enthalpie de l'air (gaz d'échappement). Pour ce faire, pulvérisez de l'eau (condensat du même gaz) depuis la buse dans les gaz d'échappement. Pulvérisons-le en quantité telle par rapport au gaz que toute l'eau pulvérisée s'évapore complètement dans le gaz et que l'humidité relative du gaz devienne 100 %. L'humidité relative du gaz peut être calculée sur la base du tableau 2.

Tableau 2. Valeurs d'humidité absolue des gaz avec une humidité relative de 100 % pour l'eau à différentes températures et pressions atmosphériques.

D'après la figure 3, il est clair qu'avec un brûleur de très haute qualité, il est possible d'atteindre une température de point de rosée dans les gaz d'échappement T rosée = 60 0 C. Dans ce cas, la température de ces gaz est de 130 0 C. La teneur absolue en humidité du gaz (selon le tableau 2) à T rosée = 60 0 C sera 129,70 g/m3. Si de l'eau est pulvérisée dans ce gaz, sa température chutera fortement, sa densité augmentera et son enthalpie augmentera fortement. Il convient de noter que pulvériser de l'eau au-dessus humidité relative 100% n'a pas de sens, parce que... Lorsque le seuil d'humidité relative dépasse 100 %, l'eau pulvérisée cesse de s'évaporer en gaz. Effectuons un petit calcul de la quantité d'eau pulvérisée requise pour les conditions suivantes : Tg – température initiale du gaz égale à 120 0 C, T montée - point de rosée du gaz 60 0 C (129,70 g/m 3), requis IT : Tgk - la température finale du gaz et Mv - la masse d'eau pulvérisée dans le gaz (kg.)

Solution. Tous les calculs sont effectués par rapport à 1 m 3 de gaz. La complexité des calculs est déterminée par le fait qu'à la suite de l'atomisation, la densité du gaz ainsi que sa capacité thermique, son volume, etc. changent. De plus, on suppose que l'évaporation se produit dans un gaz absolument sec et. l'énergie nécessaire au chauffage de l'eau n'est pas prise en compte.

Calculons la quantité d'énergie donnée par le gaz à l'eau lors de l'évaporation de l'eau

où : c – capacité calorifique du gaz (1 KJ/kg.K), m – masse de gaz (1 kg/m 3)

Calculons la quantité d'énergie cédée par l'eau lors de son évaporation en gaz

Où: r – énergie latente de vaporisation (2500 KJ/kg), m – masse d'eau évaporée

Par substitution, nous obtenons la fonction

(5)

Il convient de garder à l'esprit qu'il est impossible de pulvériser plus d'eau que ce qui est indiqué dans le tableau 2 et que le gaz contient déjà de l'eau évaporée. Grâce à la sélection et aux calculs, nous avons obtenu la valeur m = 22 g, Tgk = 65 0 C. Calculons l'enthalpie réelle du gaz résultant, en tenant compte du fait que son humidité relative est de 100 % et qu'une fois refroidi, de l'énergie latente et sensible sera libérée. Alors selon on obtient la somme de deux enthalpies. Enthalpie du gaz et enthalpie de l'eau condensée.

E voz = Par exemple + Evod

Par exemple on trouve dans la littérature de référence 1,1 (KJ/m 3 *K)

ÉvodNous calculons par rapport au tableau. 2. Notre gaz, refroidissant de 65 0 C à 64 0 C, libère 6,58 grammes d'eau. L'enthalpie de condensation est Évod=2500 J/g ou dans notre cas Évod=16,45 KJ/m 3

Résumons l'enthalpie de l'eau condensée et l'enthalpie du gaz.

E voz =17,55 (J/l*K)

Comme nous pouvons le constater en pulvérisant de l’eau, nous avons pu augmenter l’enthalpie du gaz de 22,3 fois. Si avant de pulvériser de l'eau, l'enthalpie du gaz était E air = 0,7864 J/l*K. (à une température de 130 0 C). Ensuite, après pulvérisation, l'enthalpie est Évoz = 17,55 (J/l*K). Cela signifie que pour obtenir la même énergie thermique sur le même échangeur de chaleur standard de type KSK, VNV, la surface de l'échangeur de chaleur peut être réduite de 22,3 fois. Le coefficient K recalculé (la valeur était de 5319) devient égal à 16. Et avec ce coefficient, l'échangeur de chaleur acquiert des dimensions tout à fait réalisables.

Un autre problème important lors de la création de tels systèmes est l'analyse du processus de pulvérisation, c'est-à-dire quel diamètre de goutte est nécessaire lorsque l'eau s'évapore dans le gaz. Si la gouttelette est suffisamment petite (par exemple 5 µM), alors la durée de vie de cette gouttelette dans le gaz avant évaporation complète est assez courte. Et si la taille d’une gouttelette est par exemple de 600 µM, elle reste naturellement beaucoup plus longtemps dans le gaz avant de s’évaporer complètement. La solution à ce problème physique est assez compliquée par le fait que le processus d'évaporation se produit avec des caractéristiques en constante évolution : température, humidité, diamètre des gouttelettes, etc. Pour ce processus, la solution est présentée dans, et la formule de calcul du temps d'évaporation complète évaporation ( ) les gouttes ressemblent

(6)

Où: ρ et - densité du liquide (1 kg/dm 3), r – énergie de vaporisation (2500 kJ/kg), λ g – conductivité thermique du gaz (0,026 J/m 2 K), d 2 – diamètre de goutte (m), Δ t – différence de température moyenne entre le gaz et l’eau (K).

Puis, d'après (6), la durée de vie d'une gouttelette d'un diamètre de 100 μM. (1*10 -4 m) est τ = 2*10 -3 heures ou 1,8 secondes, et la durée de vie d'une goutte d'un diamètre de 50 µM. (5*10 -5 m) est égal à τ = 5*10 -4 heures ou 0,072 secondes. Ainsi, connaissant la durée de vie d'une goutte, sa vitesse de vol dans l'espace, la vitesse d'écoulement du gaz et dimensions géométriques conduit de gaz, vous pouvez facilement calculer le système d'irrigation du conduit de gaz.

Ci-dessous, nous examinerons la mise en œuvre de la conception du système en tenant compte des relations obtenues ci-dessus. On pense que l'échangeur thermique des fumées doit fonctionner en fonction de Température extérieure, sinon le tuyau de la maison est détruit lorsque de la condensation s'y forme. Cependant, il est possible de fabriquer un échangeur de chaleur qui fonctionne quelle que soit la température extérieure et présente une meilleure évacuation de la chaleur des gaz d'échappement, même jusqu'à des températures négatives, malgré le fait que la température des gaz d'échappement sera, par exemple, + 10 0 C (le point de rosée de ces gaz sera de 0 0 C). Ceci est assuré par le fait que pendant l'échange thermique, le contrôleur calcule le point de rosée, l'énergie d'échange thermique et d'autres paramètres. Considérons le schéma technologique du système proposé (Fig. 9).

Selon schéma technologique Les éléments suivants sont installés dans l'échangeur de chaleur : registres réglables a-b-c-d ; échangeurs de chaleur d-e-zh; capteurs de température 1-2-3-4-5-6 ; o Arroseur (pompe H, et un groupe de buses) ; contrôleur de contrôle.

Considérons le fonctionnement du système proposé. Laissez les gaz d'échappement s'échapper de la chaudière. par exemple, une température de 120 0 C et un point de rosée de 60 0 C (indiqué sur le schéma par 120/60). La sonde de température (1) mesure la température des gaz d'échappement de la chaudière. Le point de rosée est calculé par le contrôleur par rapport à la stœchiométrie de la combustion des gaz. Une porte (a) apparaît sur le trajet du gaz. Il s'agit d'un volet de secours. qui se ferme en cas de réparation, de dysfonctionnement, de révision, d'entretien du matériel, etc. Ainsi, le registre (a) est entièrement ouvert et laisse passer directement les gaz d'échappement de la chaudière dans le désenfumage. Avec ce schéma, la récupération de chaleur est nulle ; en effet, le schéma d'évacuation des fumées est rétabli tel qu'il était avant l'installation de l'échangeur de chaleur. En état de fonctionnement, la porte (a) est complètement fermée et 100% des gaz entrent dans l'échangeur thermique.

Dans l'échangeur thermique, les gaz entrent dans le récupérateur (d) où ils sont refroidis, mais en aucun cas en dessous du point de rosée (60 0 C). Par exemple, ils ont refroidi jusqu'à 90 0 C. Aucune humidité n'y a été libérée. La température des gaz est mesurée par la sonde de température 2. La température des gaz après le récupérateur peut être réglée avec une vanne (b). Une régulation est nécessaire pour augmenter l'efficacité de l'échangeur de chaleur. Puisque lors de la condensation de l'humidité, la masse présente dans les gaz diminue en fonction du refroidissement des gaz, il est possible d'en éliminer jusqu'à 2/11 de la masse totale des gaz sous forme d'eau. D'où vient ce chiffre ? Considérons formule chimique réactions d'oxydation du méthane (3).

Pour oxyder 1 m 3 de méthane, il faut 2 m 3 d'oxygène. Mais comme l'air ne contient que 20 % d'oxygène, il faudra 10 m 3 d'air pour oxyder 1 m 3 de méthane. Après avoir brûlé ce mélange, on obtient : 1 m 3 de dioxyde de carbone, 2 m 3 de vapeur d'eau et 8 m 3 d'azote et autres gaz. Nous pouvons éliminer par condensation un peu moins de 2/11 de tous les gaz résiduaires sous forme d'eau des gaz d'échappement. Pour ce faire, les gaz d'échappement doivent être refroidis à la température extérieure. Avec libération de la proportion appropriée d’eau. L'air extrait de la rue pour la combustion contient également une légère humidité.

L'eau libérée est évacuée au fond de l'échangeur thermique. En conséquence, si la totalité de la composition des gaz (11/11 parties) passe le long du trajet de la chaudière-récupérateur (e)-unité de récupération de chaleur (e), alors seules 9/11 parties des gaz d'échappement peuvent passer de l'autre côté. du récupérateur (e). Le reste - jusqu'à 2/11 parties du gaz sous forme d'humidité - peut tomber dans l'échangeur de chaleur. Et pour minimiser la résistance aérodynamique de l'échangeur thermique, la grille (b) peut être légèrement ouverte. Dans ce cas, les gaz d’échappement seront séparés. Une partie passera par le récupérateur (e), et une partie par la porte (b). Lorsque la porte (b) est complètement ouverte, les gaz passeront sans refroidissement et les lectures des capteurs de température 1 et 2 coïncideront.

Un système d'irrigation avec une pompe H et un groupe de buses est installé le long du trajet des gaz. Les gaz sont irrigués avec l'eau libérée lors de la condensation. Les injecteurs qui projettent de l'humidité dans le gaz augmentent fortement son point de rosée, le refroidissent et le compriment de manière adiabatique. Dans l'exemple considéré, la température du gaz chute fortement jusqu'à 62/62, et comme l'eau pulvérisée dans le gaz s'évapore complètement dans le gaz, le point de rosée et la température du gaz coïncident. Atteindre l'échangeur thermique (e) caché l'énérgie thermique se démarque là-dessus. De plus, la densité du flux gazeux augmente brusquement et sa vitesse diminue brusquement. Tous ces changements améliorent considérablement l’efficacité du transfert de chaleur. La quantité d'eau pulvérisée est déterminée par le contrôleur et est liée à la température et au débit de gaz. La température du gaz devant l'échangeur thermique est surveillée par le capteur de température 6.

Ensuite, les gaz entrent dans l'échangeur de chaleur (e). Dans l'échangeur de chaleur, les gaz se refroidissent, par exemple, jusqu'à une température de 35 0 C. En conséquence, le point de rosée de ces gaz sera également de 35 0 C. Le prochain échangeur de chaleur sur le chemin des gaz d'échappement est le chaleur échangeur (g). Il sert à chauffer l'air de combustion. La température d'alimentation en air d'un tel échangeur de chaleur peut atteindre -35 0 C. Cette température dépend du minimum Température extérieure l'air dans cette région. Étant donné qu'une partie de la vapeur d'eau est éliminée des gaz d'échappement, le débit massique des gaz d'échappement coïncide presque avec le débit massique de l'air de combustion. Laissez l'échangeur de chaleur, par exemple, être rempli d'antigel. Une porte (c) est installée entre les échangeurs de chaleur. Cette porte fonctionne également en mode discret. Lorsqu'il fait chaud dehors, cela ne sert à rien d'extraire de la chaleur de l'échangeur thermique (g). Il arrête son fonctionnement et la porte (c) s'ouvre complètement, laissant passer les gaz d'échappement en contournant l'échangeur de chaleur (g).

La température des gaz refroidis est déterminée par le capteur de température (3). Ces gaz sont ensuite envoyés vers le récupérateur (e). Après l'avoir traversé, ils sont chauffés à une certaine température proportionnelle au refroidissement des gaz de l'autre côté du récupérateur. La porte (d) est nécessaire pour réguler l'échange thermique dans le récupérateur, et son degré d'ouverture dépend de la température extérieure (de la sonde 5). Ainsi, s'il fait très froid dehors, alors la porte (d) est complètement fermée et les gaz sont chauffés dans le récupérateur pour éviter le point de rosée dans la canalisation. S'il fait chaud dehors, alors la porte (d) est ouverte, tout comme la porte (b).

CONCLUSIONS :

Une augmentation de l'échange thermique dans un échangeur de chaleur liquide/gaz se produit en raison d'une forte augmentation de l'enthalpie du gaz. Mais la pulvérisation d'eau proposée doit se faire à des doses strictement mesurées. De plus, le dosage de l'eau dans les gaz d'échappement tient compte de la température extérieure.

La méthode de calcul qui en résulte permet d'éviter la condensation d'humidité dans la cheminée et d'augmenter considérablement Efficacité de la chaudière. Une technique similaire peut être appliquée aux turbines à gaz et autres dispositifs à condensateur.

Avec la méthode proposée, la conception de la chaudière ne change pas, mais est seulement modifiée. Le coût de modification représente environ 10 % du coût de la chaudière. La période de récupération aux prix actuels du gaz est d'environ 4 mois.

Cette approche permet de réduire considérablement la consommation de métal de la structure et, par conséquent, son coût. De plus, la résistance aérodynamique de l'échangeur de chaleur diminue considérablement et la charge sur l'extracteur de fumée est réduite.

LITTÉRATURE:

1.Aronov I.Z. Utilisation de la chaleur des fumées des chaufferies gazéifiées. – M. : « Énergie », 1967. – 192 p.

2.Thaddeus Hobler. Transfert de chaleur et échangeurs de chaleur. – Leningrad : Publication scientifique d'État de la littérature chimique, 1961. – 626 p.

Description:

Briansk réseau de chaleur en collaboration avec l'institut de conception LLC VKTIstroydormash-Proekt, nous avons développé, fabriqué et mis en œuvre dans deux chaufferies de Briansk des installations pour la récupération de chaleur des gaz de combustion (UUTG) provenant des chaudières à eau chaude

Installation de récupération de chaleur des fumées

N.F. Sviridov, R. N. Sviridov, Réseaux thermiques de Briansk,

I. N. Ivukov, B.L. Turk, LLC "Projet VKTIstroydormash"

Bryansk Heat Networks, en collaboration avec l'institut de conception VKTIstroydormash-Proekt LLC, a développé, fabriqué et mis en œuvre des installations de récupération de chaleur des gaz de combustion (UHTG) provenant des chaudières à eau chaude de deux chaufferies de Briansk.

À la suite de cette mise en œuvre, les résultats suivants ont été obtenus :

Supplémentaire investissements en capital par 1 Gcal/h de chaleur reçue est plus de 2 fois inférieur à ce que serait la construction d'une nouvelle chaufferie et rentabilisé en 0,6 an environ ;

Étant donné que l'équipement utilisé est extrêmement facile à entretenir et utilise un liquide de refroidissement gratuit, c'est-à-dire des gaz de combustion (FG) préalablement émis dans l'atmosphère, le coût de 1 Gcal de chaleur est 8 à 10 fois inférieur. coût du chauffage, produits par les chaufferies ;

Coefficient action utile les chaudières ont augmenté de 10 %.

Ainsi, tous les coûts en mars 2002 pour la mise en œuvre du premier UTG d'une capacité de 1 Gcal de chaleur par heure s'élevaient à 830 000 roubles, et les économies attendues par an seront de 1,5 million de roubles.

Des indicateurs techniques et économiques aussi élevés sont compréhensibles.

Il existe une opinion selon laquelle le rendement des meilleures chaudières domestiques d'une puissance thermique de 0,5 MW et plus atteint 93 %. En réalité, il ne dépasse pas 83 % et voici pourquoi.

Il existe des pouvoirs calorifiques de plus en plus élevés pour la combustion du combustible. Le pouvoir calorifique le plus bas est inférieur au plus élevé par la quantité de chaleur dépensée pour évaporation de l'eau formé lors de la combustion du carburant, ainsi que l'humidité qu'il contient. Un exemple pour le combustible le moins cher - le gaz naturel : les MD formés lors de sa combustion contiennent de la vapeur d'eau, occupant jusqu'à 19 % de leur volume ; la chaleur de combustion supérieure dépasse la chaleur inférieure d'environ 10 %.

Pour améliorer les performances des cheminées par lesquelles les générateurs diesel sont rejetés dans l'atmosphère, il est nécessaire que la vapeur d'eau présente dans le générateur diesel ne commence pas au maximum à se condenser dans les cheminées. basses températures environnement.

Les projets UUTG ont relancé et amélioré des projets longtemps oubliés solutions techniques visant à recycler la chaleur des générateurs diesel.

UUTG contient des contacts et Echangeur de chaleur à plaques et avec deux circuits indépendants de circulation et d'eaux usées.

La conception et le fonctionnement de l'UTG ressortent clairement du schéma présenté sur la figure et de la description de ses positions.

Dans un échangeur de chaleur à contact, le DG et l'eau en circulation pulvérisée se déplacent à contre-courant vertical, c'est-à-dire que le DG et l'eau sont en contact direct l'un avec l'autre. Pour maintenir une pulvérisation uniforme de l'eau en circulation, des buses et une buse spéciale en céramique sont utilisées.

L'eau chauffée en circulation, pompée dans son circuit d'eau par une pompe indépendante, transfère la chaleur acquise dans l'échangeur thermique à contact vers l'eau d'alimentation dans l'échangeur thermique à plaques.

Pour le refroidissement nécessaire de l'eau en circulation, seule de l'eau froide doit être utilisée. eau du robinet, qui, après chauffage dans l'UTG, est porté à la température requise dans les chaudières des chaufferies existantes et est ensuite utilisé pour l'alimentation en eau chaude des logements.

Dans l'échangeur thermique à contact, les générateurs diesel refroidis passent en outre par un éliminateur de gouttelettes et perdent ainsi plus de 70 % de l'humidité sous forme de condensat. vapeur d'eau, sont connectés à une partie des générateurs diesel chauds (10 à 20 % du volume des générateurs diesel sortant de la chaudière), dirigés directement de la chaudière vers la cheminée, formant un mélange de générateurs diesel à faible teneur en humidité et avec une température suffisante pour le passage de la cheminée sans condensation de la vapeur d'eau restante.

Le volume d'eau en circulation augmente continuellement en raison de la condensation de la vapeur d'eau présente dans le générateur diesel. L'excédent résultant est automatiquement évacué par une vanne à entraînement électromécanique et peut être utilisé comme préparation. eau supplémentaire dans le système de chauffage de la chaufferie. La consommation spécifique d'eau évacuée pour 1 Gcal de chaleur récupérée est d'environ 1,2 tonne. L'évacuation des condensats est contrôlée par les niveaumètres B et H.

Le procédé et l'équipement décrits pour la récupération de chaleur des générateurs diesel sont capables de fonctionner avec des produits de combustion de carburant sans poussière ayant une température maximale illimitée. De plus, plus la température des gaz de combustion est élevée, plus haute température L’eau d’alimentation va chauffer. De plus, dans ce cas, il est possible d'utiliser partiellement de l'eau recyclée pour chauffer l'eau de chauffage. Étant donné que l'échangeur de chaleur à contact fonctionne simultanément comme un dépoussiéreur humide, il est possible d'utiliser pratiquement la chaleur des générateurs diesel poussiéreux en purifiant l'eau en circulation. par des méthodes connues de la poussière avant de l'introduire dans l'échangeur thermique à plaques. Il est possible de neutraliser l'eau en circulation contaminée par des composés chimiques. Par conséquent, l’UTG décrit peut être utilisé pour travailler avec les DG qui ont participé à processus technologiques pendant la fusion (par exemple à foyer ouvert, fours à verre), lors de la calcination (par exemple briques, céramiques), lors du chauffage (lingots avant laminage), etc.

Malheureusement, en Russie, il n’existe aucune mesure incitative pour encourager les économies d’énergie.