Sugeruję rozważenie działań związanych z recyklingiem spaliny. Gazy spalinowe są dostępne w dużych ilościach w każdym mieście. Główną częścią producentów dymu są para i kotły na ciepłą wodę i silniki wewnętrzne spalanie. W tym pomyśle nie będę rozważał gazów spalinowych silników (chociaż mają one również odpowiedni skład), ale bardziej szczegółowo omówię gazy spalinowe z kotłowni.

Najłatwiej jest wykorzystać dym z kotłowni gazowych (domów przemysłowych lub prywatnych), to jest najwięcej czysty wygląd gaz spalinowy, w którym się znajduje minimalna ilość szkodliwe zanieczyszczenia. Można też wykorzystać dym z kotłowni spalających węgiel lub paliwo płynne, ale w tym przypadku trzeba będzie oczyścić spaliny z zanieczyszczeń (nie jest to takie trudne, ale i tak wiąże się z dodatkowymi kosztami).

Głównymi składnikami gazów spalinowych są azot, dwutlenek węgla i para wodna. Para wodna nie ma żadnej wartości i można ją łatwo usunąć ze spalin poprzez kontakt gazu z chłodną powierzchnią. Pozostałe elementy mają już swoją cenę.

Gazowy azot stosowany jest w gaszeniu pożarów, do transportu i magazynowania mediów palnych i wybuchowych, jako gaz ochronny do ochrony substancji i materiałów łatwo utlenionych przed utlenianiem, do zapobiegania korozji zbiorników, do przepłukiwania rurociągów i zbiorników, do tworzenia środowiska obojętnego w silosy zbożowe. Ochrona azotowa zapobiega rozwojowi bakterii i służy do oczyszczania środowiska z owadów i drobnoustrojów. W przemyśle spożywczym atmosferę azotu często wykorzystuje się jako środek wydłużający okres przydatności do spożycia łatwo psujących się produktów. Gazowy azot jest szeroko stosowany do produkcji z niego ciekłego azotu.

Aby otrzymać azot wystarczy oddzielić parę wodną i dwutlenek węgla ze spalin. Jeśli chodzi o kolejny składnik dymu - dwutlenek węgla(CO2, dwutlenek węgla, dwutlenek węgla), wówczas zakres jego zastosowań jest jeszcze większy, a jego cena znacznie wyższa.

Sugeruję zdobycie pełniejszych informacji na jego temat. Zazwyczaj dwutlenek węgla przechowywany jest w 40-litrowych butlach pomalowanych na czarno z napisem „dwutlenek węgla” napisanym na żółto. Więcej poprawna nazwa CO2, „dwutlenek węgla”, ale wszyscy już przyzwyczaili się do nazwy „dwutlenek węgla”, jest ona przypisana do CO2 i dlatego napis „dwutlenek węgla” na butlach nadal się zachował. Dwutlenek węgla występuje w butlach w postaci płynnej. Dwutlenek węgla jest bezwonny, nietoksyczny, niepalny i niewybuchowy. Jest to substancja naturalnie powstająca w organizmie człowieka. Powietrze wydychane przez człowieka zawiera zwykle 4,5%. Dwutlenek węgla wykorzystywany jest głównie do nasycania dwutlenkiem węgla i sprzedaży napojów rozlewniczych oraz jest wykorzystywany jako gaz osłonowy przy wykonywaniu prac spawalniczych przy użyciu półautomatów spawalniczych służy do zwiększenia (2-krotnego) plonu upraw rolnych w szklarniach poprzez zwiększenie stężenia CO2 w powietrzu i zwiększenie (4-6-krotne przy nasyceniu wody dwutlenkiem węgla ) produkcja mikroalg kiedy sztuczna uprawa, do konserwacji i poprawy jakości pasz i produktów, do produkcji suchego lodu i jego wykorzystania w instalacjach do krioblastowania (oczyszczania powierzchni z zanieczyszczeń) oraz do uzyskiwania niskich temperatur podczas przechowywania i transportu produktów spożywczych itp.

Dwutlenek węgla jest towarem, na który istnieje wszędzie popyt, a zapotrzebowanie na niego stale rośnie. W gospodarstwach domowych i małych przedsiębiorstwach dwutlenek węgla można uzyskać poprzez ekstrakcję go ze gazów spalinowych w instalacjach dwutlenku węgla o małej mocy. Osobom zajmującym się technologią łatwo jest samodzielnie wykonać taką instalację. Jeśli przestrzegane są standardy procesu technologicznego, jakość powstałego dwutlenku węgla spełnia wszystkie wymagania GOST 8050-85.
Dwutlenek węgla można pozyskać zarówno ze spalin kotłowni (lub kotłów grzewczych gospodarstw domowych), jak i poprzez specjalne spalanie paliwa w samej instalacji.

A teraz ekonomiczna strona sprawy. Instalacja może pracować na dowolnym rodzaju paliwa. Podczas spalania paliwa (zwłaszcza w celu wytworzenia dwutlenku węgla) uwalniana jest następująca ilość CO2:
gaz ziemny (metan) – 1,9 kg CO2 ze spalania 1 metra sześciennego. m gazu;
węgiel kamienny, złoża różne – 2,1-2,7 kg CO2 ze spalenia 1 kg paliwa;
propan, butan, olej napędowy, olej opałowy – 3,0 kg CO2 ze spalenia 1 kg paliwa.

Nie będzie możliwe całkowite wyekstrahowanie całego uwolnionego dwutlenku węgla, ale do 90% (można osiągnąć ekstrakcję 95%) jest całkiem możliwe. Standardowe napełnienie 40-litrowej butli wynosi 24-25 kg, dlatego można samodzielnie obliczyć jednostkowe zużycie paliwa, aby uzyskać jedną butlę dwutlenku węgla.

Nie jest ona aż tak duża np. w przypadku pozyskiwania dwutlenku węgla ze spalania gazu ziemnego Wystarczy spalić 15 m3 gazu.

Według najwyższej stawki (Moskwa) jest to 60 rubli. na 40 litrów. butla z dwutlenkiem węgla. W przypadku ekstrakcji CO2 ze spalin kotłowni zmniejsza się koszt wytworzenia dwutlenku węgla, gdyż zmniejszają się koszty paliwa i wzrasta zysk z instalacji. Instalacja może pracować całą dobę, w trybie automatycznym, przy minimalnym zaangażowaniu człowieka w proces produkcji dwutlenku węgla. Wydajność instalacji zależy od ilości CO2 zawartego w spalinach, konstrukcji instalacji i może sięgać 25 butli dwutlenku węgla dziennie lub więcej.

Cena 1 butli dwutlenku węgla w większości regionów Rosji przekracza 500 rubli (grudzień 2008). Miesięczny przychód ze sprzedaży dwutlenku węgla w tym przypadku sięga: 500 rubli/kulkę. x 25 punktów dziennie. x 30 dni. = 375 000 rubli. Ciepło powstające podczas spalania można wykorzystać jednocześnie do ogrzewania pomieszczeń, co eliminuje marnotrawstwo paliwa. Należy mieć na uwadze, że sytuacja ekologiczna w miejscu pozyskiwania dwutlenku węgla ze spalin ulega jedynie poprawie w miarę zmniejszania się emisji CO2 do atmosfery.

Świetnie sprawdza się również metoda ekstrakcji dwutlenku węgla ze spalin powstałych w wyniku spalania. odpady drzewne(odpady z wyrębu i obróbki drewna, stolarni itp.). W tym przypadku tę samą instalację dwutlenku węgla uzupełnia się generatorem gazu drzewnego (fabrycznym lub produkcja własna) do produkcji gazu generatorowego na drewno. Odpady drzewne (kłody, zrębki, wióry, trociny itp.) wsypuje się do leja zasypowego generatora gazu 1-2 razy dziennie, w przeciwnym razie instalacja pracuje w takim samym trybie jak w powyższym.
Wydajność dwutlenku węgla z 1 tony odpadów drzewnych wynosi 66 cylindrów. Przychód z jednej tony odpadów wynosi (przy cenie butli z dwutlenkiem węgla wynoszącej 500 rubli): 500 rubli/kulkę. x66 punktów = 33 000 rubli.

Przy średniej ilości odpadów drzewnych z jednego zakładu obróbki drewna wynoszącej 0,5 tony odpadów dziennie, przychody ze sprzedaży dwutlenku węgla mogą sięgać 500 tysięcy rubli. miesięcznie, a w przypadku importu odpadów z innych zakładów obróbki drewna i stolarni, przychody są jeszcze większe.

W wyniku spalania możliwe jest uzyskanie dwutlenku węgla opony samochodowe, co jest również korzystne tylko dla naszego środowiska.

W przypadku wytworzenia dwutlenku węgla w ilościach większych niż jest w stanie skonsumować lokalny rynek, wytworzony dwutlenek węgla może zostać samodzielnie wykorzystany do innej działalności, a także przetworzony na inne chemikalia i odczynniki (np. prosta technologia w przyjazne dla środowiska nawozy zawierające węgiel, zakwaszacze ciasta itp.), aż do produkcji benzyny silnikowej z dwutlenku węgla.

Odzysk ciepła ze spalin

Spaliny opuszczające przestrzeń roboczą pieców mają bardzo wysoką temperaturę i dlatego odprowadzają znaczną ilość ciepła. Na przykład w piecach martenowskich około 80% całkowitego ciepła dostarczanego do przestrzeni roboczej jest odprowadzane z przestrzeni roboczej wraz ze spalinami, w piecach grzewczych około 60%. Z przestrzeni roboczej pieców spaliny zabierają ze sobą więcej ciepła, im wyższa jest ich temperatura i tym niższy jest współczynnik wykorzystania ciepła w piecu. W związku z tym wskazane jest zapewnienie odzysku ciepła ze spalin, co można zrealizować na dwa sposoby: poprzez zwrot części ciepła pobranego ze spalin z powrotem do paleniska i bez zawracania tego ciepła do kotła. piec. Aby wdrożyć pierwszą metodę, konieczne jest przeniesienie ciepła pobranego z dymu na gaz i powietrze (lub samo powietrze) trafiające do paleniska. Aby osiągnąć ten cel, powszechnie stosuje się wymienniki ciepła typu rekuperacyjnego i regeneracyjnego, których zastosowanie pozwala zwiększyć wydajność zespołu pieca, zwiększyć temperaturę spalania i zaoszczędzić paliwo. Drugą metodą odzysku jest wykorzystanie ciepła gazów spalinowych w kotłowniach elektrociepłowni i turbozespołach, co pozwala na osiągnięcie efektu cieplarnianego znaczne oszczędności paliwo.

W niektórych przypadkach stosuje się jednocześnie obie opisane metody odzysku ciepła odpadowego. Dzieje się tak, gdy temperatura gazów spalinowych za regeneracyjnymi lub rekuperacyjnymi wymiennikami ciepła pozostaje wystarczająco wysoka i wskazany jest dalszy odzysk ciepła w elektrowniach cieplnych. Na przykład w piecach martenowskich temperatura gazów spalinowych za regeneratorami wynosi 750-800°C, dlatego są one ponownie wykorzystywane w kotłach na ciepło odzysknicowe.

Rozważmy bardziej szczegółowo kwestię recyklingu ciepła gazów spalinowych z powrotem części ich ciepła do pieca.

Należy przede wszystkim zaznaczyć, że jednostka ciepła pobrana z dymu i wprowadzona do pieca przez powietrze lub gaz (jednostka ciepła fizycznego) okazuje się znacznie cenniejsza niż jednostka ciepła uzyskana w piecu w wyniku spalania paliwa (jednostka ciepła chemicznego), ponieważ ciepło ogrzanego powietrza (gazu) nie powoduje utraty ciepła ze spalinami. Wartość jednostki ciepła jawnego jest tym większa, im niższy jest współczynnik wykorzystania paliwa i im wyższa jest temperatura spalin.

Dla normalna operacja piekarnik powinien być wprowadzany do miejsca pracy co godzinę wymagana ilość ciepło. Do tej ilości ciepła zalicza się nie tylko ciepło paliwa, ale także ciepło ogrzanego powietrza czy gazu, czyli tzw.

Jest oczywiste, że w przypadku = const wzrost będzie się zmniejszał. Innymi słowy, wykorzystanie ciepła ze spalin pozwala na osiągnięcie oszczędności paliwa, które zależą od stopnia odzysku ciepła ze spalin

gdzie oznacza odpowiednio entalpię ogrzanego powietrza i gazów spalinowych opuszczających przestrzeń roboczą, kW lub kJ/okres.

Stopień odzysku ciepła można nazwać także efektywnością. rekuperator (regenerator),%

Znając stopień odzysku ciepła, zużycie paliwa można określić za pomocą następującego wyrażenia:

gdzie I"d, Id to odpowiednio entalpia gazów spalinowych w temperaturze spalania i gazów opuszczających piec.

Zmniejszenie zużycia paliwa w wyniku wykorzystania ciepła spalin zwykle daje znaczący efekt ekonomiczny i jest jednym ze sposobów obniżenia kosztów wygrzewania metalu w piecach przemysłowych.

Oprócz oszczędności paliwa, stosowaniu ogrzewania powietrznego (gazowego) towarzyszy wzrost kalorymetrycznej temperatury spalania, co może być głównym celem odzysku przy ogrzewaniu pieców paliwem o niskiej wartości opałowej.

Wzrost at prowadzi do wzrostu temperatury spalania. Jeżeli konieczne jest podanie określonej wartości, to wzrost temperatury ogrzewania powietrza (gazu) powoduje zmniejszenie tej wartości, czyli zmniejszenie udziału mieszanka paliwowa gaz o wysokiej wartości opałowej.

Ponieważ odzysk ciepła pozwala na znaczne oszczędności paliwa, należy dążyć do możliwie najwyższego, ekonomicznie uzasadnionego stopnia jego wykorzystania. Należy jednak od razu zaznaczyć, że recykling nie może być całkowity, czyli zawsze. Tłumaczy się to tym, że zwiększanie powierzchni grzewczej jest racjonalne tylko do pewnych granic, po przekroczeniu których prowadzi już do bardzo nieznacznego przyrostu oszczędności ciepła.

V.S.Galustov, doktor nauk technicznych, profesor, Dyrektor generalny SE NPO „Politechnika”
L.A. Rosenberg, inżynier, dyrektor Yumiran Unitary Enterprise.

Wstęp.

Wraz ze spalinami różnego pochodzenia do atmosfery uwalniane są tysiące Gcal ciepła, a także tysiące ton zanieczyszczeń gazowych i stałych oraz pary wodnej. W tym artykule skupimy się na problemie odzysku ciepła (o czyszczeniu emisja gazu Porozmawiamy o tym w następnym poście). Najgłębsze wykorzystanie ciepła spalania paliw odbywa się w kotły grzewcze, dla których w większości przypadków ekonomizery znajdują się w ich części końcowej. Temperatura gazów spalinowych za nimi wynosi około 130-190°C, tj. blisko temperatury punkt rosy opary kwasu, co w obecności związków siarki w paliwie jest dolna granica. W przypadku spalania gazu ziemnego ograniczenie to jest mniej istotne.

Spaliny z różnego typu pieców mogą mieć znacznie wyższą temperaturę (do 300-500°C i więcej). W tym przypadku odzysk ciepła (i chłodzenie gazu) jest po prostu koniecznością, choćby po to, by ograniczyć termiczne zanieczyszczenie środowiska.

Jednostki odzysku ciepła.

Już w pierwszym przekazie ograniczyliśmy zakres naszych zainteresowań do procesów i urządzeń z bezpośrednim kontaktem fazowym, jednak dla uzupełnienia obrazu przypomnijmy i oceńmy inne możliwości. Wszystkie znane wymienniki ciepła można podzielić na kontaktowe, powierzchniowe i urządzenia z pośrednim czynnikiem chłodzącym. Zastanowimy się nad pierwszym bardziej szczegółowo poniżej. Powierzchniowe wymienniki ciepła to tradycyjne nagrzewnice powietrza, które umieszczane są bezpośrednio w kanale gazowym za paleniskiem (kotłem) i posiadają poważne wady ograniczające ich zastosowanie. Po pierwsze, wnoszą znaczący wkład opór aerodynamiczny w ścieżkę gazu i pogorszyć pracę pieców (zmniejsza się podciśnienie) przy zaprojektowanym oddymiaczu, a wymiana go na mocniejszy może nie zrekompensować towarzyszących temu kosztów oszczędnością ciepła. Po drugie, determinują niskie współczynniki przenikania ciepła z gazu na powierzchnię rur duże wartości wymagana powierzchnia kontakt.

Urządzenia z pośrednim chłodziwem są dwojakiego rodzaju: okresowe z chłodziwem stałym i ciągłe z cieczą. Pierwsze to co najmniej dwie kolumny wypełnione np. kruszonym granitem (uszczelką). Spaliny przechodzą przez jedną z kolumn, oddając ciepło do dyszy, podgrzewając ją do temperatury nieco niższej od temperatury gazów. Następnie spaliny kierowane są do drugiej kolumny, a do pierwszej zasilane jest ogrzane medium (zwykle powietrze dostarczane do tego samego pieca lub powietrze systemowe ogrzewanie powietrza) itp. Wady takiego schematu są oczywiste (wysoka odporność, masywność, niestabilność temperatury itp.), A jego zastosowanie jest bardzo ograniczone.

Urządzenia z ciekłym pośrednim czynnikiem chłodzącym (najczęściej wodą) nazwano kontaktowymi wymiennikami ciepła z aktywną dyszą (CTAN), a autorzy po drobnych udoskonaleniach nazwali je wymiennikami ciepła z nasyconym czynnikiem chłodzącym i kondensacją (TANTEC). W obu przypadkach woda podgrzewana przez spaliny przekazuje następnie powstałe ciepło przez ścianę wbudowanego powierzchniowego wymiennika ciepła do czystej wody (na przykład systemu grzewczego). W porównaniu do nagrzewnic powietrza opory tego typu wymienników ciepła są znacznie niższe, a pod względem wymiany ciepła w układzie spaliny – woda są całkowicie podobne do interesujących nas urządzeń do atomizacji przepływowej. Istnieją jednak istotne różnice, które omówimy poniżej.

Twórcy urządzeń KTAN i TANTEC nie uwzględniają w swoich publikacjach cech wymiany ciepła podczas bezpośredniego kontaktu gazów spalinowych i wody, dlatego zajmiemy się nimi nieco bardziej szczegółowo.

Główne procesy w układzie spaliny – woda.

Wynik oddziaływania ogrzanych gazów spalinowych (w składzie i właściwościach jest to właściwie wilgotne powietrze) i wody (w postaci kropelek tej czy innej wielkości), którą nazwiemy ośrodkiem akumulującym ciepło (można ją wykorzystać jako chłodziwo główne lub pośrednie), jest determinowane przez cały kompleks procesów.

Równolegle z ogrzewaniem może nastąpić kondensacja wilgoci na powierzchni kropelek lub parowanie. W rzeczywistości istnieją trzy możliwe opcje wzajemnego kierunku przepływów ciepła i wilgoci (przenikanie ciepła i przenikanie masy), które zależą od stosunku temperatur fazowych i stosunku cząstkowych ciśnień pary w warstwie granicznej (w pobliżu kropli) i w rdzeniu strumienia gazu (rys. 1a).

W tym przypadku pierwszy (górny) przypadek, gdy strumienie ciepła i wilgoci są kierowane z kropelek do gazu, odpowiada chłodzenie wyparne woda; drugi (środkowy) - podgrzewanie kropelek przy jednoczesnym odparowywaniu wilgoci z ich powierzchni; trzecia (niższa) opcja, w której ciepło i wilgoć są kierowane z gazu do kropelek, odzwierciedla ogrzewanie wody poprzez kondensację pary. (Wydawałoby się, że powinna istnieć czwarta możliwość, gdy chłodzeniu kropel i ogrzewaniu gazu towarzyszy kondensacja wilgoci, ale w praktyce tak się nie dzieje.)

Wszystkie opisane procesy można wyraźnie przedstawić na wykresie Ramzina stanu wilgotnego powietrza (wykres H - x, rys. 1b).

Już z tego, co powiedziano, możemy wywnioskować, że trzecia opcja jest najbardziej pożądana, ale aby zrozumieć, jak to zapewnić, oprócz tego, co stwierdzono powyżej, należy przypomnieć:

- ilość pary wodnej zawarta w 1 m3 wilgotnego powietrza nazywana jest wilgotnością bezwzględną powietrza. Para wodna zajmuje całą objętość mieszaniny, dlatego wilgotność bezwzględna powietrza jest równa gęstości pary wodnej (w danych warunkach) pp

— gdy powietrze jest nasycone parą, następuje moment rozpoczęcia kondensacji, tj. osiąga się maksymalną możliwą zawartość pary w powietrzu w danej temperaturze, która odpowiada gęstości pH nasyconej pary wodnej;

— stosunek wilgotności bezwzględnej do maksymalnej możliwej ilości pary w 1 m3 powietrza przy danym ciśnieniu i temperaturze nazywa się wilgotnością względną powietrza f;

- ilość pary wodnej w kg na 1 kg absolutnie suchego powietrza nazywana jest wilgotnością powietrza x;

— wilgotne powietrze jako czynnik chłodzący charakteryzuje się entalpią / (zawartością ciepła), która jest funkcją temperatury i wilgotności powietrza i jest równa sumie entalpii suchego powietrza i pary wodnej. W najwygodniejszej do praktycznego zastosowania formie można przedstawić wzór na obliczenie entalpii

I= (1000 + 1,97, 103x) t+ 2493 . . 103x J/kg suchego powietrza, gdzie 1000 - ciepło właściwe suche powietrze, J/kg*deg); 1,97*103 - ciepło właściwe pary, J/(kg*deg); 2493*103 - stały współczynnik, w przybliżeniu równy entalpii pary w temperaturze 0°C; t – temperatura powietrza, °C;

I = 0,24t + (595 + 0,47t) Xkcal/kg suchego powietrza; gdzie 595 jest stałym współczynnikiem w przybliżeniu równym entalpii pary w temperaturze 0°C; 0,24 – ciepło właściwe suchego powietrza, kcal/(kgtrad); 0,47 — pojemność cieplna pary, kcal/(kgtrad);

— w miarę ochładzania się powietrza (w warunkach stałej wilgotności) wilgotność względna będzie rosła aż do 100%. Odpowiednia temperatura nazywana jest temperaturą punktu rosy. O jego wartości decyduje wyłącznie wilgotność powietrza. Na diagramie Ramzina jest to punkt przecięcia prostej pionowej x = const z linią φ = 1.

Chłodzeniu powietrza poniżej punktu rosy towarzyszy kondensacja wilgoci, tj. suszenie powietrzem.

Pewne zamieszanie powodują publikacje podające wartości punktu rosy dla różnych ciał stałych i paliwa płynne około 130-150°C. Należy pamiętać, że dotyczy to początku kondensacji par kwasów siarkowego i siarkawego (oznaczonych jako eetpK), a nie pary wodnej (tp), o czym mówiliśmy powyżej. W przypadku tych ostatnich temperatura punktu rosy jest znacznie niższa (40-50°C).

Zatem trzy wielkości – natężenie przepływu, temperatura i wilgotność (lub temperatura termometru mokrego) – w pełni charakteryzują gazy spalinowe jako źródło wtórnych zasobów energii.

W przypadku kontaktu wody z gorącymi gazami, ciecz jest początkowo podgrzewana, a para skrapla się na powierzchni zimnych kropli (odpowiada opcji 3 na rys. 1a) aż do osiągnięcia temperatury odpowiadającej punktowi rosy gazu, tj. granica przejścia do drugiego reżimu (3. opcja na ryc. 1a). Ponadto, w miarę nagrzewania się wody i wzrostu cząstkowego ciśnienia pary na powierzchni kropelek, ilość ciepła przekazywanego im w wyniku wymiany ciepła Q1 będzie się zmniejszać, a ilość ciepła przenoszonego z kropelek do gazów spalinowych w wyniku parowanie Q2 wzrośnie. Będzie to trwało aż do osiągnięcia równowagi (Q1 = Q2), kiedy całe ciepło odebrane przez wodę ze spalin zostanie zwrócone do gazu w postaci ciepła parowania cieczy. Następnie dalsze podgrzewanie cieczy jest niemożliwe i odparowuje w stałej temperaturze. Osiągana w tym przypadku temperatura nazywana jest temperaturą mokrego termometru tM (w praktyce określa się ją jako temperaturę wskazywaną przez termometr, którego kulkę przykrywa się wilgotną szmatką, z której odparowuje wilgoć).

Tym samym, jeżeli do wymiennika ciepła doprowadzona zostanie woda o temperaturze równej (lub większej od) tM, wówczas nastąpi adiabatyczne (przy stałej zawartości ciepła) schładzanie gazów i nie będzie mowy o odzyskiwaniu ciepła (nie licząc negatywne konsekwencje- utrata wody i zawilgocenie gazów).

Proces staje się bardziej złożony, jeśli weźmiemy pod uwagę, że skład kropelek jest polidyspersyjny (ze względu na mechanizmy rozpadu cieczy podczas rozpylania). Małe krople natychmiast osiągają tM i zaczynają parować, zmieniając parametry gazu w kierunku zwiększania zawartości wilgoci, średnie krople mogą znajdować się pomiędzy tp a tM, a duże krople mogą znajdować się poniżej tp, tj.

nagrzewają się i kondensują wilgoć. Wszystko to dzieje się jednocześnie przy braku wyraźnych granic.

Kompleksowa analiza skutków bezpośredniego kontaktu kropel czynnika akumulującego ciepło z gorącymi spalinami możliwa jest jedynie w oparciu o model matematyczny uwzględniający cały zespół zjawisk (jednoczesny przepływ ciepła i masy, zmiany parametrów środowiskowych parametry, warunki aerodynamiczne, skład polidyspersyjny przepływu kropel itp.).

Opis modelu oraz wyniki opartych na nim analiz zamieszczono w monografii, do której lektury polecamy zainteresowanemu czytelnikowi. Tutaj zwracamy uwagę tylko na najważniejsze.

Dla większości gazów spalinowych temperatura mokrego termometru mieści się w przedziale 45-55°C, tj. woda w strefie bezpośredniego kontaktu ze spalinami, jak wspomniano powyżej, może zostać podgrzana jedynie do określonej temperatury, choć z dość głębokim odzyskiem ciepła. Wstępne nawilżanie gazów przewidziane w projekcie TANTEC nie tylko nie prowadzi do zwiększenia ilości wykorzystywanego ciepła, ale wręcz do jego zmniejszenia.

I wreszcie należy wziąć pod uwagę, że przy odzyskiwaniu ciepła nawet z gazów niezawierających związków siarki, nie należy ich schładzać poniżej 80°C (utrudnia to ich ewakuację do środowisko przez komin i komin).

Wyjaśnijmy, co zostało powiedziane konkretny przykład. Doprowadzić spaliny za kotłem w ilości 5000 kg/h, o temperaturze 130°C i wilgotności 0,05 kg/kg, do kontaktu z czynnikiem odzysku ciepła (woda, tH = 15°C). Z diagramu H-x dowiadujemy się, że: tM= 49,5°C; tp= 40°С; Ja = 64 kcal/kg. Obliczenia z wykorzystaniem modelu wykazały, że gdy gazy są schładzane do temperatury 80°C przez polidyspersyjny przepływ kropelek o średniej średnicy 480 µm, to zawartość wilgoci w rzeczywistości pozostaje niezmieniona (parowanie małych kropel jest kompensowane przez kondensację na dużych), tM staje się równa 45°C i zawartość ciepła I = 50 kcal/kg. W ten sposób wykorzystuje się 0,07 Gcal/h ciepła, a czynnik akumulujący ciepło w ilości 2,5 m3/h podgrzewa się od 15 do 45°C.

Jeżeli zastosujemy TANTEC i wstępnie zwilżymy - adiabatyczne chłodzenie gazów do t-100°C, a następnie schłodzimy do 80°C przy X = const, to końcowe parametry gazu będą wynosić: tM = 48°C; Ja = 61,5°C. I choć woda nagrzeje się nieco wyżej (do 48°C), to ilość wykorzystywanego ciepła zmniejszy się 4-krotnie i wyniesie 0,0175 Gcal/h.

Opcje organizacji odzysku ciepła.

Rozwiązanie Szczególnym zadaniem wykorzystanie ciepła gazów spalinowych zależy od wielu czynników, m.in. od obecności zanieczyszczeń (określonych rodzajem spalanego paliwa i obiektu ogrzewanego spalinami), obecnością odbiorcy ciepła lub bezpośrednio gorąca woda itp.

W pierwszym etapie należy określić ilość ciepła, którą w zasadzie można pozyskać z istniejących gazów spalinowych, oraz ocenić ekonomiczną wykonalność odzysku ciepła, gdyż koszty inwestycyjne z tego tytułu nie są proporcjonalne do ilości ciepła odzyskane ciepło.

Jeżeli odpowiedź na pierwsze pytanie jest pozytywna, to należy ocenić możliwość wykorzystania wody średnio podgrzanej (np. przy spalaniu gazu ziemnego wykorzystać ją do przygotowania wody uzupełniającej do kotłów lub instalacji grzewczych, a jeżeli docelowym produktem jest zanieczyszczony cząsteczkami pyłu, należy go wykorzystać do przygotowania surowców, na przykład do produkcji wyrobów ceramicznych itp.). Jeżeli woda jest zbyt zanieczyszczona, można zastosować układ dwuobiegowy lub połączyć odzysk ciepła z oczyszczaniem gazów spalinowych (uzyskać wyższe temperatury (powyżej 45-5СРС) lub stopień powierzchniowy).

Istnieje wiele możliwości organizacji procesu odzysku ciepła. Z wyboru optymalne rozwiązanie zależy wydajność ekonomiczna Wydarzenia.

Literatura:

1. Galustow B.S. Procesy i urządzenia wymiany ciepła i masy z bezpośrednim kontaktem fazowym w ciepłownictwie i energetyce // Energia i zarządzanie - 2003. - nr 4.

2. Galustow B.S. Urządzenia zraszające bezpośredniego przepływu w energetyce cieplnej - M.: Energoatomizdat, 1989.

3. Sukhanov V.I. i inne. Instalacje do odzyskiwania ciepła i oczyszczania gazów spalinowych z kotłów parowych i gorących - M.: AQUA-TERM, lipiec 2001.

4. Planovsky A.N., Ramm V.M., Kagan S.Z. Procesy i aparatura technologia chemiczna. — M.: Goskhimizdat, 1962. — s. 736-738.

Wykorzystanie ciepła gazów spalinowych w kotłowniach przemysłowych opalanych gazem

Wykorzystanie ciepła gazów spalinowych w kotłowniach przemysłowych opalanych gazem

Kandydat nauk technicznych Sizov V.P., Doktor nauk technicznych Yuzhakov A.A., Kandydat nauk technicznych Kapger I.V.,
Permavtomatika LLC, sizowperm@ Poczta .ru

Streszczenie: Ceny gazu ziemnego na świecie znacznie się różnią. Zależy to od członkostwa kraju w WTO, tego, czy kraj eksportuje, czy importuje swój gaz, kosztów wydobycia gazu, stanu przemysłu, decyzji politycznych itp. Cena gazu w Federacji Rosyjskiej w związku z przystąpieniem naszego kraju do WTO będzie tylko rosła, a rząd planuje wyrównywanie cen gazu ziemnego zarówno w kraju, jak i za granicą. Porównajmy z grubsza ceny gazu w Europie i Rosji.

Rosja – 3 ruble/m3.

Niemcy - 25 rubli/m3.

Dania - 42 ruble/m3.

Ukraina, Białoruś – 10 rubli/m3.

Ceny są całkiem rozsądne. W krajach europejskich powszechnie stosowane są kotły kondensacyjne, których łączny udział w procesie wytwarzania ciepła sięga 90%. W Rosji kotły te nie są używane głównie ze względu na wysoki koszt kotłów, niski koszt gazu i wysoką temperaturę scentralizowane sieci. A także poprzez utrzymanie systemu ograniczania spalania gazu w kotłowniach.

Obecnie kwestia pełniejszego wykorzystania energii chłodziwa staje się coraz bardziej istotna. Uwalnianie ciepła do atmosfery nie tylko powoduje dodatkową presję na środowisko, ale także zwiększa koszty właścicieli kotłowni. Jednocześnie nowoczesne technologie pozwalają na pełniejsze wykorzystanie ciepła gazów spalinowych i zwiększenie sprawności kotła liczonej w oparciu o dolną wartość opałową aż do wartości 111%. Straty ciepła ze spalinami zajmują główne miejsce wśród strat ciepła kotła i wynoszą 5 ¸ 12% wytworzonego ciepła. Dodatkowo można wykorzystać ciepło kondensacji pary wodnej powstałej podczas spalania paliwa. Ilość ciepła wydzielanego podczas kondensacji pary wodnej zależy od rodzaju paliwa i waha się od 3,8% dla paliw ciekłych do 11,2% dla paliw gazowych (dla metanu) i jest określana jako różnica pomiędzy wyższym i niższym ciepłem spalania paliwa (tabela 1).

Tabela 1 - Wartości wyższych i niższych wartości opałowych dla różne rodzaje paliwo

Okazuje się, że spaliny zawierają zarówno ciepło jawne, jak i utajone. Co więcej, ten ostatni może osiągnąć wartość, która w niektórych przypadkach przekracza ciepło jawne. Ciepło jawne to ciepło, w którym zmiana ilości ciepła dostarczonego do ciała powoduje zmianę jego temperatury. Ciepło utajone to ciepło parowania (kondensacji), które nie zmienia temperatury ciała, ale służy jej zmianie stan skupienia ciała. Stwierdzenie to ilustruje wykres (ryc. 1, na którym na osi odciętych naniesiono entalpię (ilość dostarczonego ciepła), a na osi rzędnych temperaturę).

Ryż. 1 – Zależność zmiany entalpii dla wody

Lokalizacja na grafika A-B woda jest podgrzewana od temperatury 0°C do temperatury 100°C. W tym przypadku całe ciepło dostarczane do wody jest wykorzystywane do podniesienia jej temperatury. Następnie zmianę entalpii określa się wzorem (1)

(1)

gdzie c to pojemność cieplna wody, m to masa podgrzanej wody, Dt – różnica temperatur.

Sekcja wykresu B-C przedstawia proces wrzenia wody. W tym przypadku całe ciepło dostarczane do wody jest wydawane na przekształcenie jej w parę, przy czym temperatura pozostaje stała - 100 ° C. Działka grafika CD pokazuje, że cała woda zamieniła się w parę (odgotowaną), po czym ciepło jest wykorzystywane do podniesienia temperatury pary. Następnie zmianę entalpii dla odcinka A-C opisuje wzór (2)

Gdzie r = 2500 kJ/kg – ciepło utajone parowania wody pod ciśnieniem atmosferycznym.

Największa różnica pomiędzy najwyższą i najniższą wartością opałową wynika z tabeli. 1, metan, a więc gaz ziemny (do 99% metanu) daje najwyższą rentowność. Stąd wszelkie dalsze obliczenia i wnioski zostaną podane dla gazu na bazie metanu. Rozważ reakcję spalania metanu (3)

Z równania tej reakcji wynika, że ​​do utlenienia jednej cząsteczki metanu potrzebne są dwie cząsteczki tlenu, tj. Do całkowitego spalenia 1 m 3 metanu potrzebne są 2 m 3 tlenu. Wykorzystywany jest jako utleniacz podczas spalania paliwa w jednostkach kotłowych. powietrze atmosferyczne, co oznacza mieszaninę gazów. Do obliczeń technicznych przyjmuje się, że warunkowy skład powietrza składa się z dwóch składników: tlenu (21% obj.) i azotu (79% obj.). Biorąc pod uwagę skład powietrza, aby przeprowadzić reakcję spalania, całkowite spalanie gazu będzie wymagało objętości powietrza 100/21 = 4,76 razy większej niż tlenu. Zatem do spalenia 1 m 3 metanu potrzeba 2 ×4,76=9,52 powietrza. Jak widać z równania reakcji utleniania, wynikiem jest dwutlenek węgla, para wodna (gazy spalinowe) i ciepło. Ciepło wydzielające się podczas spalania paliwa zgodnie z (3) nazywane jest wartością opałową paliwa (PCI).

Jeśli schłodzimy parę wodną, ​​to w pewnych warunkach zacznie ona ulegać kondensacji (przejście ze stanu gazowego w ciecz) i jednocześnie zostanie wydzielona dodatkowa ilość ciepła (utajone ciepło parowania/kondensacji) Ryc. 2.

Ryż. 2 – Wydzielanie ciepła podczas kondensacji pary wodnej

Należy pamiętać, że para wodna zawarta w spalinach ma nieco inne właściwości niż czysta para wodna. Występują w mieszaninie z innymi gazami i ich parametry odpowiadają parametrom mieszaniny. Dlatego temperatura, w której rozpoczyna się kondensacja, różni się od 100°C. Wartość tej temperatury zależy od składu spalin, co z kolei jest konsekwencją rodzaju i składu paliwa, a także współczynnika nadmiaru powietrza.
Temperatura gazów spalinowych, przy której rozpoczyna się kondensacja pary wodnej w produktach spalania paliwa, nazywana jest punktem rosy i wygląda jak na rys. 3.

Ryż. 3 – Punkt rosy metanu

W konsekwencji dla gazów spalinowych, które są mieszaniną gazów i pary wodnej, entalpia zmienia się według nieco innego prawa (rys. 4).

Rysunek 4 – Wydzielanie ciepła z mieszaniny pary i powietrza

Z wykresu na ryc. 4 można wyciągnąć dwa istotne wnioski. Po pierwsze, temperatura punktu rosy jest równa temperaturze, do której schłodzono spaliny. Po drugie, nie trzeba przechodzić przez to jak na ryc. 2, całą strefę kondensacji, co jest nie tylko praktycznie niemożliwe, ale i niepotrzebne. To z kolei daje różne możliwości realizacji bilans cieplny. Innymi słowy, do chłodzenia gazów spalinowych można zastosować prawie każdą niewielką ilość chłodziwa.

Z powyższego wynika, że ​​obliczając sprawność kotła na podstawie niższej wartości opałowej i późniejszego wykorzystania ciepła gazów spalinowych i pary wodnej, można znacznie zwiększyć sprawność (ponad 100%). Na pierwszy rzut oka jest to sprzeczne z prawami fizyki, ale w rzeczywistości nie ma tu sprzeczności. Sprawność takich systemów należy obliczać na podstawie wyższej wartości opałowej oraz określenie efektywności przy niższej wartości opałowej należy przeprowadzić tylko wtedy, gdy konieczne jest porównanie jego sprawności z efektywnością kotła konwencjonalnego. Tylko w tym kontekście efektywność > 100% ma sens. Uważamy, że dla takich instalacji bardziej poprawne jest podanie dwóch wydajności. Stwierdzenie problemu można sformułować w następujący sposób. Aby uzyskać więcej pełne wykorzystanie ciepło spalania gazów spalinowych, należy je schłodzić do temperatury poniżej punktu rosy. W takim przypadku para wodna powstająca podczas spalania gazu będzie się skraplać i przekaże utajone ciepło parowania do chłodziwa. W takim przypadku chłodzenie gazów spalinowych musi odbywać się w wymiennikach ciepła o specjalnej konstrukcji, zależnej głównie od temperatury gazów spalinowych i temperatury wody chłodzącej. Najbardziej atrakcyjne jest zastosowanie wody jako chłodziwa pośredniego, gdyż w tym przypadku możliwe jest zastosowanie wody o możliwie najniższej temperaturze. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie temperatury wody na wylocie z wymiennika ciepła np. 54°C, a następnie jej wykorzystanie. Jeżeli przewód powrotny jest używany jako czynnik chłodzący, jego temperatura powinna być jak najniższa, a często jest to możliwe tylko w przypadku systemy niskotemperaturowe ogrzewania jako konsumenci.

Spaliny z jednostek kotłowych duża moc z reguły są kierowane na żelbet lub ceglana rura. Jeśli nie zostaną podjęte specjalne środki w celu późniejszego podgrzania częściowo wysuszonych gazów spalinowych, rura zamieni się w kondensacyjny wymiennik ciepła ze wszystkimi wynikającymi z tego konsekwencjami. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tego problemu. Pierwszy sposób polega na zastosowaniu obejścia, w którym część gazów np. 80% przepuszczana jest przez wymiennik ciepła, a druga część w ilości 20% przepuszczana jest przez obejście i mieszana z częściowo wysuszone gazy. W ten sposób podgrzewając gazy, przesuwamy punkt rosy do wymaganej temperatury, w której rura ma gwarancję pracy w trybie suchym. Drugą metodą jest zastosowanie rekuperatora płytowego. W takim przypadku spaliny przechodzą przez rekuperator kilka razy, nagrzewając się w ten sposób.

Rozważmy przykład obliczenia typowej rury o długości 150 m (ryc. 5-7), która ma budowę trójwarstwową. Obliczenia wykonano w pakiecie oprogramowania Ansys -CFX . Z rysunków jasno wynika, że ​​ruch gazu w rurze ma wyraźnie turbulentny charakter i w efekcie minimalna temperatura na wykładzinie może nie znajdować się w obszarze końcówki, jak wynika z uproszczonej metodologii empirycznej .

Ryż. 7 – pole temperaturowe na powierzchni okładziny

Należy zauważyć, że podczas instalowania wymiennika ciepła w ścieżce gazowej jego opór aerodynamiczny wzrośnie, ale zmniejszy się objętość i temperatura gazów spalinowych. Prowadzi to do zmniejszenia prądu oddymiacza. Narzuca powstawanie kondensacji specjalne wymagania na elementach drogi gazowej pod kątem zastosowania materiałów odpornych na korozję. Ilość kondensatu wynosi około 1000-600 kg/godzinę na 1 Gcal użytecznej mocy wymiennika ciepła. Wartość pH kondensatu produktów spalania podczas spalania gazu ziemnego wynosi 4,5-4,7, co odpowiada środowisku kwaśnemu. W przypadku niewielkiej ilości kondensatu istnieje możliwość zastosowania wymiennych bloków neutralizujących kondensat. Jednak w przypadku dużych kotłowni konieczne jest zastosowanie technologii dozowania sody kaustycznej. Jak pokazuje praktyka, niewielkie ilości kondensatu można wykorzystać do uzupełnienia bez jakiejkolwiek neutralizacji.

Należy podkreślić, że głównym problemem w projektowaniu powyższych układów jest zbyt duża różnica entalpii na jednostkę objętości substancji, a wynikającym z tego problemem technicznym jest rozwinięcie się powierzchni wymiany ciepła po stronie gazowej. Przemysł Federacji Rosyjskiej produkuje masowo podobne wymienniki ciepła, takie jak KSK, VNV itp. Rozważmy, jak rozwinięta jest powierzchnia wymiany ciepła po stronie gazowej Obecny projekt(ryc. 8). Zwykła rurka, w której do środka przepływa woda (ciecz), a z zewnątrz powietrze (spaliny) przepływa wzdłuż żeberek chłodnicy. Obliczony współczynnik grzejnika zostanie wyrażony przez pewną wartość

Ryż. 8 – rysunek rurki grzejnika.

współczynnik

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

Gdzie S nar – zewnętrzna powierzchnia wymiennika ciepła mm 2, oraz S wn – wewnętrzna powierzchnia tuby.

W obliczeniach geometrycznych konstrukcji otrzymujemy K =15. Oznacza to, że zewnętrzna powierzchnia tuby jest 15 razy większa obszar wewnętrzny. Wyjaśnia to fakt, że entalpia powietrza na jednostkę objętości jest wielokrotnie mniejsza niż entalpia wody na jednostkę objętości. Obliczmy, ile razy entalpia litra powietrza jest mniejsza od entalpii litra wody. Z

entalpia wody: Ein = 4,183 KJ/l*K.

entalpia powietrza: E powietrze = 0,7864 J/l*K. (w temperaturze 130 0 C).

Stąd entalpia wody jest 5319 razy większa niż entalpia powietrza, a zatem K =S nar /S wn . Idealnie w takim wymienniku ciepła współczynnik K powinien wynosić 5319, ale ponieważ powierzchnia zewnętrzna względem wewnętrznej rozwija się 15 razy, wówczas różnica entalpii zasadniczo pomiędzy powietrzem i wodą maleje do wartości K = (5319/15) = 354. Opracuj technicznie stosunek obszarów powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej, aby uzyskać stosunek K =5319 bardzo trudne lub prawie niemożliwe. Aby rozwiązać ten problem, spróbujemy sztucznie zwiększyć entalpię powietrza (gazów spalinowych). W tym celu należy spryskać wodę (kondensat tego samego gazu) z dyszy do spalin. Rozpylajmy go w takiej ilości w stosunku do gazu, aby cała rozpylona woda całkowicie odparowała w gazie, a wilgotność względna gazu osiągnęła 100%. Wilgotność względną gazu można obliczyć na podstawie tabeli 2.

Tabela 2. Wartości bezwzględnej wilgotności gazu przy wilgotności względnej 100% dla wody w różnych temperaturach i ciśnieniach atmosferycznych.

Z ryc. 3 jasno wynika, że ​​przy bardzo wysokiej jakości palniku możliwe jest osiągnięcie temperatury punktu rosy w spalinach T dew = 60 0 C. W tym przypadku temperatura tych gazów wynosi 130 0 C. Bezwzględna zawartość wilgoci w gazie (wg tabeli 2) przy T dew = 60 0 C będzie wynosić 129,70 g/m 3 . Jeśli do tego gazu zostanie wtryśnięta woda, jego temperatura gwałtownie spadnie, gęstość wzrośnie, a entalpia gwałtownie wzrośnie. Należy zauważyć, że spryskaj wodę powyżej wilgotność względna Na 100% nie ma to sensu, bo... Gdy próg wilgotności względnej przekroczy 100%, rozpylona woda przestanie parować i przekształci się w gaz. Dokonajmy małego obliczenia wymaganej ilości rozpylonej wody dla następujących warunków: Tg – początkowa temperatura gazu równa 120 0 C, Wzrost T - wymagany punkt rosy gazu 60 0 C (129,70 g/m 3). IT: Tgk – temperatura końcowa gazu i Mv – masa wody rozpylonej w gazie (kg.)

Rozwiązanie. Wszystkie obliczenia przeprowadza się w odniesieniu do 1 m 3 gazu. O złożoności obliczeń decyduje fakt, że w wyniku atomizacji zmienia się zarówno gęstość gazu, jak i jego pojemność cieplna, objętość itp. Ponadto zakłada się, że parowanie zachodzi w absolutnie suchym gazie, i energia potrzebna do podgrzania wody nie jest brana pod uwagę.

Obliczmy ilość energii oddanej przez gaz wodzie podczas jej parowania

gdzie: c – pojemność cieplna gazu (1 KJ/kg.K), M – masa gazu (1 kg/m 3)

Obliczmy ilość energii oddanej przez wodę podczas parowania w gaz

Gdzie: R – ukryta energia parowania (2500 KJ/kg), M – masa odparowanej wody

W wyniku podstawienia otrzymujemy funkcję

(5)

Należy wziąć pod uwagę, że nie ma możliwości rozpylenia większej ilości wody niż podano w tabeli 2, a gaz zawiera już odparowaną wodę. Poprzez selekcję i obliczenia otrzymaliśmy wartość M = 22 g, Tgk = 65 0 C. Obliczmy rzeczywistą entalpię powstałego gazu, biorąc pod uwagę, że jego wilgotność względna wynosi 100%, a po ochłodzeniu zostanie uwolniona zarówno energia utajona, jak i jawna. Następnie według otrzymamy sumę dwóch entalpii. Entalpia gazu i entalpia skroplonej wody.

E voz = Np. + Evod

Np znajdujemy w literaturze przedmiotu 1.1 (KJ/m 3 *K)

EwodObliczamy względem tabeli. 2. Nasz gaz schładzając się z 65 0 C do 64 0 C uwalnia 6,58 grama wody. Entalpia kondensacji wynosi Evod=2500 J/g lub w naszym przypadku Evod=16,45 KJ/m3

Podsumujmy entalpię skroplonej wody i entalpię gazu.

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

Jak widać rozpylając wodę, udało nam się zwiększyć entalpię gazu 22,3 razy. Jeżeli przed rozpyleniem wody entalpia gazu wynosiła E powietrze = 0,7864 J/l*K. (w temperaturze 130 0 C). Następnie po rozpylaniu entalpia jest Evoz = 17,55 (J/l*K). Oznacza to, że aby uzyskać tę samą energię cieplną na tym samym standardowym wymienniku ciepła typu KSK, VNV, powierzchnię wymiennika ciepła można zmniejszyć 22,3 razy. Przeliczony współczynnik K (wartość była równa 5319) staje się równy 16. Dzięki temu współczynnikowi wymiennik ciepła uzyskuje całkiem realne wymiary.

Kolejną ważną kwestią przy tworzeniu takich systemów jest analiza procesu natryskiwania, tj. jaka średnica kropli jest potrzebna, aby woda odparowała w gazie. Jeśli kropelka jest wystarczająco mała (na przykład 5 μM), wówczas czas życia tej kropelki w gazie przed całkowitym odparowaniem jest dość krótki. A jeśli kropelka ma wielkość np. 600 µM, to naturalnie pozostaje w gazie znacznie dłużej, zanim całkowicie odparuje. Rozwiązanie tego problemu fizycznego jest dość skomplikowane ze względu na fakt, że proces parowania zachodzi przy stale zmieniających się charakterystykach: temperaturze, wilgotności, średnicy kropel itp. Dla tego procesu przedstawiono rozwiązanie oraz wzór na obliczenie czasu całkowitego parowanie ( ) wyglądają krople

(6)

Gdzie: ρ I - gęstość cieczy (1 kg/dm 3), R – energia parowania (2500 kJ/kg), λ g – przewodność cieplna gazu (0,026 J/m 2 K), D 2 – średnica kropli (m), Δ T – średnia różnica temperatur pomiędzy gazem i wodą (K).

Następnie, zgodnie z (6), czas życia kropli o średnicy 100 µM. (1*10 -4 m) wynosi τ = 2*10 -3 godzin lub 1,8 sekundy, a czas życia kropli o średnicy 50 µM. (5*10 -5 m) równa się τ = 5*10 -4 godzin lub 0,072 sekundy. W związku z tym, znając czas życia kropli, jej prędkość lotu w przestrzeni, prędkość przepływu gazu i wymiary geometryczne kanał gazowy, możesz łatwo obliczyć system nawadniania dla kanału gazowego.

Poniżej rozważymy realizację projektu systemu, biorąc pod uwagę otrzymane powyżej zależności. Uważa się, że wymiennik ciepła spalin powinien działać w zależności od temperatura na zewnątrz w przeciwnym razie rura domowa ulegnie zniszczeniu, gdy utworzy się w niej kondensacja. Można jednak wyprodukować wymiennik ciepła, który działa niezależnie od temperatury panującej na ulicy i lepiej odprowadza ciepło ze spalin, nawet do temperatur ujemnych, pomimo tego, że temperatura spalin będzie wynosić np. +10 0 C (punkt rosy tych gazów wyniesie 0 0 C). Zapewnia to fakt, że podczas wymiany ciepła sterownik oblicza punkt rosy, energię wymiany ciepła i inne parametry. Rozważmy schemat technologiczny proponowanego systemu (ryc. 9).

Według schemat technologiczny W wymienniku ciepła zamontowane są: regulowane przepustnice a-b-c-d; wymienniki ciepła d-e-zh; czujniki temperatury 1-2-3-4-5-6; o Zraszacz (pompa H i grupa dysz); kontroler kontrolny.

Zastanówmy się nad funkcjonowaniem proponowanego systemu. Pozwolić, aby spaliny wydostały się z kotła. na przykład temperatura 120 0 C i punkt rosy 60 0 C (wskazany na wykresie jako 120/60). Czujnik temperatury (1) mierzy temperaturę gazów spalinowych z kotła. Punkt rosy obliczany jest przez sterownik w odniesieniu do stechiometrii spalania gazu. Na drodze gazu pojawia się bramka (a). To jest migawka awaryjna. która zamyka się w przypadku naprawy, nieprawidłowego działania, remontu, konserwacji itp. W ten sposób klapa (a) jest całkowicie otwarta i bezpośrednio przepuszcza spaliny z kotła do oddymiacza. W tym schemacie odzysk ciepła wynosi zero; w rzeczywistości schemat usuwania spalin zostaje przywrócony tak, jak przed instalacją wymiennika ciepła. W stanie roboczym brama (a) jest całkowicie zamknięta i 100% gazów dostaje się do wymiennika ciepła.

W wymienniku ciepła gazy trafiają do rekuperatora (e), gdzie są schładzane, ale w żadnym wypadku nie poniżej punktu rosy (60 0 C). Przykładowo schładzano je do 90°C. Nie wydzielała się w nich wilgoć. Temperaturę gazu mierzy się czujnikiem temperatury 2. Temperaturę gazów za rekuperatorem można regulować za pomocą bramki (b). Regulacja jest konieczna w celu zwiększenia wydajności wymiennika ciepła. Ponieważ podczas kondensacji wilgoci masa zawarta w gazach maleje w zależności od tego, jak bardzo gazy zostały schłodzone, możliwe jest usunięcie z nich do 2/11 całkowitej masy gazów w postaci wody. Skąd wzięła się ta liczba? Rozważmy wzór chemiczny reakcje utleniania metanu (3).

Do utlenienia 1 m 3 metanu potrzeba 2 m 3 tlenu. Ponieważ jednak powietrze zawiera tylko 20% tlenu, do utlenienia 1 m3 metanu potrzeba 10 m 3 powietrza. Po spaleniu tej mieszaniny otrzymujemy: 1 m 3 dwutlenku węgla, 2 m 3 pary wodnej i 8 m 3 azotu i innych gazów. W drodze kondensacji możemy usunąć ze spalin niecałe 2/11 wszystkich gazów spalinowych w postaci wody. W tym celu należy schłodzić spaliny do temperatury zewnętrznej. Z uwolnieniem odpowiedniej proporcji wody. Powietrze pobierane z ulicy do spalania również zawiera niewielką ilość wilgoci.

Uwolniona woda jest usuwana na dnie wymiennika ciepła. Odpowiednio, jeśli cały skład gazów (11/11 części) przejdzie wzdłuż ścieżki kotła-rekuperatora (e) - jednostki odzysku ciepła (e), wówczas tylko 9/11 części gazów spalinowych może przejść drugą stroną rekuperatora (e). Reszta - do 2/11 części gazu w postaci wilgoci - może wypaść w wymienniku ciepła. Aby zminimalizować opór aerodynamiczny wymiennika ciepła, bramkę (b) można lekko otworzyć. W takim przypadku gazy spalinowe zostaną oddzielone. Część przejdzie przez rekuperator (e), a część przez bramę (b). Gdy bramka (b) zostanie całkowicie otwarta, gazy przejdą przez nią bez chłodzenia, a odczyty czujników temperatury 1 i 2 będą się pokrywać.

Wzdłuż ścieżki gazów zainstalowany jest system nawadniający z pompą H i grupą dysz. Gazy są nawadniane wodą uwalnianą podczas kondensacji. Wtryskiwacze rozpylające wilgoć do gazu gwałtownie podwyższają jego punkt rosy, schładzają go i sprężają adiabatycznie. W rozważanym przykładzie temperatura gazu spada gwałtownie do 62/62, a ponieważ woda rozpylona w gazie całkowicie odparowuje w gazie, punkt rosy i temperatura gazu pokrywają się. Dotarcie do wymiennika ciepła (e) jest ukryte energia cieplna wyróżnia się na tym. Ponadto gęstość przepływu gazu gwałtownie wzrasta, a jego prędkość gwałtownie maleje. Wszystkie te zmiany znacząco zmieniają efektywność wymiany ciepła na lepsze. Ilość rozpylanej wody ustalana jest przez sterownik i jest powiązana z temperaturą oraz przepływem gazu. Temperatura gazu przed wymiennikiem ciepła jest monitorowana przez czujnik temperatury 6.

Następnie gazy wchodzą do wymiennika ciepła (e). W wymienniku ciepła gazy schładzają się np. do temperatury 35 0 C. Odpowiednio punkt rosy dla tych gazów również będzie wynosić 35 0 C. Kolejnym wymiennikiem ciepła na drodze spalin jest ciepło wymiennik (g). Służy do podgrzewania powietrza do spalania. Temperatura powietrza nawiewanego do takiego wymiennika ciepła może osiągnąć -35 0 C. Temperatura ta zależy od minimum temperatura na zewnątrz powietrze w tym regionie. Ponieważ część pary wodnej jest usuwana ze spalin, masowy przepływ gazów spalinowych prawie pokrywa się z masowym przepływem powietrza do spalania. Na przykład napełnij wymiennik ciepła środkiem niezamarzającym. Pomiędzy wymiennikami ciepła zainstalowana jest bramka (c). Bramka ta działa również w trybie dyskretnym. Kiedy na zewnątrz robi się ciepło, nie ma sensu odbierać ciepła z wymiennika ciepła (g). Zatrzymuje swoją pracę, a brama (c) otwiera się całkowicie, umożliwiając przejście gazów spalinowych z pominięciem wymiennika ciepła (g).

Temperaturę schłodzonych gazów określa czujnik temperatury (3). Gazy te przesyłane są następnie do rekuperatora (d). Po przejściu przez niego nagrzewają się do określonej temperatury proporcjonalnej do ochłodzenia gazów po drugiej stronie rekuperatora. Brama (g) służy do regulacji wymiany ciepła w rekuperatorze, a stopień jej otwarcia zależny jest od temperatury zewnętrznej (z czujnika 5). Odpowiednio, jeśli na zewnątrz jest bardzo zimno, wówczas zasuwa (d) jest całkowicie zamknięta, a gazy są podgrzewane w rekuperatorze, aby uniknąć punktu rosy w rurze. Jeśli na zewnątrz jest gorąco, brama (d) jest otwarta, podobnie jak bramka (b).

WNIOSKI:

Wzrost wymiany ciepła w wymienniku ciepła ciecz/gaz następuje na skutek gwałtownego skoku entalpii gazu. Jednak proponowane zraszanie wodą powinno odbywać się w ściśle odmierzonych dawkach. Dodatkowo przy dozowaniu wody do spalin uwzględniana jest temperatura zewnętrzna.

Otrzymana metoda obliczeniowa pozwala uniknąć kondensacji wilgoci w kominie i znacznie ją zwiększyć Sprawność kotła. Podobną technikę można zastosować w turbinach gazowych i innych urządzeniach skraplających.

Dzięki proponowanej metodzie konstrukcja kotła nie ulega zmianie, a jedynie ulega modyfikacji. Koszt modyfikacji wynosi około 10% kosztu kotła. Okres zwrotu inwestycji przy obecnych cenach gazu wynosi około 4 miesiące.

Takie podejście może znacznie zmniejszyć zużycie metalu w konstrukcji, a co za tym idzie, jego koszt. Ponadto znacznie spada opór aerodynamiczny wymiennika ciepła i zmniejsza się obciążenie oddymiacza.

LITERATURA:

1.Aronow I.Z. Wykorzystanie ciepła ze spalin z kotłowni zgazowanych. – M.: „Energia”, 1967. – 192 s.

2.Tadeusz Hobler. Przenikanie ciepła i wymienniki ciepła. – Leningrad: Państwowa publikacja naukowa literatury chemicznej, 1961. – 626 s.

Opis:

Briańsk sieć ciepłownicza wspólnie z instytutem projektowym LLC VKTIstroydormash-Proekt opracowaliśmy, wyprodukowaliśmy i wdrożyliśmy w dwóch kotłowniach w Briańsku instalacje do odzyskiwania ciepła ze gazów spalinowych (UUTG) pochodzących z kotłów wodnych

Instalacja odzysku ciepła ze spalin

N. F. Sviridov, R. N. Sviridov, Briańskie sieci cieplne,

I. N. Iwukow, B. L. Turk, LLC „Projekt VKTIstroydormash”

Bryansk Heat Networks wspólnie z instytutem projektowym VKTIstroydormash-Proekt LLC opracowali, wyprodukowali i wdrożyli instalacje do odzyskiwania ciepła ze gazów spalinowych (UHTG) pochodzącego z kotłów ciepłej wody w dwóch kotłowniach w Briańsku.

W wyniku tej realizacji uzyskano:

Dodatkowy Inwestycje kapitałowe w przeliczeniu na 1 Gcal/h otrzymanego ciepła jest ponad 2 razy niższa w porównaniu do budowy nowej kotłowni i zwraca się w ciągu około 0,6 roku;

Dzięki temu, że stosowane urządzenia są niezwykle łatwe w utrzymaniu i wykorzystują wolny czynnik chłodniczy, czyli spaliny (FG) wyemitowane wcześniej do atmosfery, koszt 1 Gcal ciepła jest 8–10 razy niższy koszt ciepła, produkowane przez kotłownie;

Współczynnik przydatna akcja kotłów wzrosła o 10%.

Tym samym wszystkie koszty w marcu 2002 r. ceny realizacji pierwszego UTG o wydajności 1 Gcal ciepła na godzinę wyniosły 830 tys. rubli, a oczekiwane oszczędności w skali roku wyniosą 1,5 mln rubli.

Tak wysokie wskaźniki techniczne i ekonomiczne są zrozumiałe.

Istnieje opinia, że ​​sprawność najlepszych kotłów domowych o mocy cieplnej 0,5 MW i większej sięga 93%. W rzeczywistości nie przekracza ona 83% i oto dlaczego.

Występują coraz wyższe wartości opałowe spalania paliw. Najniższa wartość opałowa jest mniejsza od najwyższej o ilość ciepła wydatkowanego odparowanie wody powstające podczas spalania paliwa, a także zawarta w nim wilgoć. Przykład najtańszego paliwa – gazu ziemnego: DG powstałe podczas jego spalania zawierają parę wodną, ​​zajmującą aż 19% ich objętości; wyższe ciepło spalania przewyższa ciepło niższe o około 10%.

Aby poprawić wydajność kominów, przez które generatory diesla emitowane są do atmosfery, konieczne jest, aby para wodna znajdująca się w generatorze diesla nie zaczęła się w kominach skraplać co najwyżej niskie temperaturyśrodowisko.

Dawno zapomniane projekty UUTG odżyły i poprawiły się rozwiązania techniczne którego celem jest recykling ciepła z generatorów diesla.

UUTG zawiera kontakt i płytowy wymiennik ciepła oraz z dwoma niezależnymi obiegami wody obiegowej i ścieków.

Konstrukcja i działanie UTG są jasne na podstawie schematu pokazanego na rysunku i opisu jego położeń.

W kontaktowym wymienniku ciepła DG i rozpylona woda obiegowa poruszają się w pionowym przeciwprądzie, tj. DG i woda stykają się ze sobą bezpośrednio. Aby zachować równomierny natrysk wody obiegowej stosuje się dysze oraz specjalną dyszę ceramiczną.

Podgrzana woda obiegowa, pompowana do obiegu wodnego przez niezależną pompę, przekazuje ciepło pozyskane w kontaktowym wymienniku ciepła wodzie zasilającej w płytowym wymienniku ciepła.

Do wymaganego chłodzenia wody obiegowej należy stosować wyłącznie wodę zimną. woda z kranu, który po podgrzaniu w UTG zostaje doprowadzony do wymaganej temperatury w kotłach istniejących kotłowni i następnie służy do zaopatrzenia mieszkań w ciepłą wodę.

W kontaktowym wymienniku ciepła ochłodzone generatory diesla dodatkowo przechodzą przez odkraplacz i w efekcie tracą ponad 70% wilgoci w postaci kondensatu para wodna, przyłączane są do części gorących generatorów diesla (10–20% objętości generatorów diesla opuszczających kocioł), kierowanych bezpośrednio z kotła do komina, tworząc mieszaninę generatorów diesla o niskiej zawartości wilgoci i wystarczającej temperaturze do przejścia komina bez kondensacji pozostałej pary wodnej.

Objętość wody obiegowej stale wzrasta z powodu kondensatu pary wodnej obecnej w generatorze diesla. Powstały nadmiar jest automatycznie odprowadzany przez zawór z napędem elektromechanicznym i może być wykorzystany jako preparat. dodatkowa woda w systemie ogrzewania kotłowni. Specyficzne zużycie odprowadzanej wody na 1 Gcal odzyskanego ciepła wynosi około 1,2 tony. Odpływ kondensatu jest kontrolowany za pomocą mierników poziomu B i H.

Opisane metody i urządzenia do odzysku ciepła z generatorów diesla pozwalają na pracę z bezpyłowymi produktami spalania paliwa, które mają nieograniczoną temperaturę maksymalną. Co więcej, im wyższa temperatura spalin, tym więcej wysoka temperatura Woda zasilająca nagrzeje się. Ponadto w tym przypadku możliwe jest częściowe wykorzystanie wody pochodzącej z recyklingu do podgrzewania wody grzewczej. Biorąc pod uwagę, że kontaktowy wymiennik ciepła pełni jednocześnie funkcję łapacza mokrego pyłu, możliwe jest praktyczne wykorzystanie ciepła zapylonych generatorów diesla poprzez oczyszczanie krążącej wody znanymi metodami z kurzu przed wprowadzeniem go do płytowego wymiennika ciepła. Istnieje możliwość neutralizacji wody obiegowej zanieczyszczonej związkami chemicznymi. Dlatego opisany UTG można wykorzystać do współpracy z dyrekcjami generalnymi, które uczestniczyły procesy technologiczne podczas topienia (na przykład martenowski, piece szklarskie), podczas kalcynacji (na przykład cegły, ceramika), podczas ogrzewania (wlewki przed walcowaniem) itp.

Niestety w Rosji nie ma zachęt zachęcających do oszczędzania energii.