XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Экономия топливно-энергетических ресурсов и охрана окружающей среды – две наиболее важнейшие проблемы в современном индустриально-развитом мире, решению которых во всем мире уделяется большое внимание. Одним из наиболее перспективных направлений энергосбережения является максимальное использование теплоты продуктов сгорания, например, для технологических нужд, теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Значительными источниками вторичных энергетических ресурсов являются промышленные печи, в которых сжигается природный газ. Продукты сгорания природного газа, которые можно рассматривать как высококачественный теплоноситель (в них, как правило, отсутствуют 
вредные примеси и твердые частицы), выбрасываются часто с высокой температурой (400°С и выше) в атмосферу. Однако применение этих продуктов сгорания в качестве теплоносителя в комплексе энергопотребляющих установок могло бы дать существенный экономический эффект [1].

Глубокая утилизация тепла продуктов сгорания (ПС) обеспечивается при их охлаждении ниже температуры точки росы, равной для ПС природного газа 50–55 ⁰С. При этом происходят следующие явления:

конденсация водяных паров (до 19–20 % объема или 12–13 % веса продуктов сгорания),

утилизация физической теплоты ПС (40–45 % всего теплосодержания),

утилизация скрытой теплоты парообразования (соответственно 60–55 %) [2,3].

Глубокая утилизация для отопительных систем.

В передовых западных странах глубокая утилизация для отопительных систем осуществляется применением водогрейных котлов конденсационного типа, оборудованных конденсационным экономайзером [2, 3].

Низкая, как правило, температура обратной воды (30–40⁰С) при типичном температурном графике, например 70/40⁰С, в системах отопления этих стран позволяет обеспечить глубокую утилизацию тепла в конденсационном экономайзере, оснащенном узлом сбора, отвода и обработки конденсата (с последующим его использованием для подпитки котла). Такая схема обеспечивает конденсационный режим работы котла без применения теплонасосной установки.

Эффективность и рентабельность глубокой утилизации для отопительных котлов в доказательствах не нуждаются. Конденсационные котлы получили на Западе широкое применение: до 90% всех выпускаемых котлов – конденсационные. Эксплуатируются такие котлы и в нашей стране, хотя их производство у нас отсутствует.

В России, в отличие от стран с теплым климатом, температура в обратной магистрали тепловых сетей, как правило, выше значения точки росы, и глубокая утилизация возможна только в четырехтрубных системах (встречающихся крайне редко) или при использовании тепловых насосов. Главная причина отставания России в разработках и внедрении глубокой утилизации – низкая цена природного газа, высокие капзатраты из-за включения в схему тепловых насосов и длительные сроки окупаемости [3].

Для полного использования теплоты сгорания топлива водяные пары, образующиеся при его сжигании, должны быть сконденсированы путем охлаждения дымовых газов ниже температуры точки росы. При реализации этого топливного потенциала поверхности нагрева и выходные элементы конструкции котельной установки, соприкасающиеся с влажными продуктами сгорания, должны быть выполнены из коррозионно-стойкой стали (примером может быть конденсационный теплообменник (рис.1)).

Рис. 1. Конденсационный теплообменник.

Охлаждение дымовых газов ниже точки росы осуществляется в соответствующих теплообменниках циркуляционной водой с минимально возможной температурой.

Конденсационные котлы сравнительно малых мощностей обычно полностью выполняют из нержавеющей стали. По ряду технических особенностей и высокой стоимости такого решения оно не реализуется в конструкциях крупных водогрейных котлов. 

Для полного использования теплоты сгорания такие установки оснащаются специальными встроенными или отдельно стоящими теплообменниками, выполненными из нержавеющей стали.

Полная утилизация тепла продуктов сгорания в паровых котельных установках осуществляется по двухступенчатой схеме. При этом их оборудуют не встроенными, а отдельно стоящими экономайзерами (рис. 2).

Рис. 2. Отдельно стоящий водяной экономайзер.

Список литературы:

Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа : учеб. пособие / Б. В. Шанин, Е. Е. Новгородский, В. А. Широков, А. Ф. Пужайло. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 1998. – 384 с.

Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ: Шадек Е., Маршак Б., Анохин А., Горшков В. 2014. № 2 (23).

Конденсационный теплообменник-утилизатор – модернизация котельных установок // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ: Шадек Е., Маршак Б., Крыкин И., Горшков В. 2014. № 3 (24).

Код для цитирования: Скопировать