Системы утилизации тепла дымовых и отходящих газов

Утилизация тепла используется, чтобы понизить до минимума потери установок вентилирования воздуха. Применяются сложные технические устройства, способные поглощать и аккумулировать энергию для последующего использования потребителем.

Примеры упрощенных тепловых схем

Тепловой модуль (сокращенно ТМ) – главный блок системы когенерации. Функции: сбор потока горячего воздуха и объединение с поступлением холодного извне. В зависимости от источника энергии различают 2 вида теплообменников:

кожухо-трубчатый;
пластинчатый.

Работает по принципу – вода/антифриз или антифриз/антифриз. ТМ выполняет главную функцию по утилизации от работы электрогенераторов. После объединения в месте сбора собранный поток направляют дальше для потребления. Процессы, выполняемые установкой, называют СУТ (системой утилизации тепла). Чаще ее объединяют с механизмами, охлаждающими генератор. В этом случае получают установку, работающую по замкнутому принципу – сбор/понижение температуры.

ТМ увеличивает КПД (коэффициент полезного действия) установки, вырабатывающей тепло, до 86-90%. Соответственно достигают достаточной экономии затраченных ресурсов на производство энергии.

Как мы снимаем тепло с электростанции?

Когда работают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), процесс сбора энергии выполняется штатно:

УТА – утилизатор энергии антифриза забирает горячий воздух, затем передает для нагревания воды;
Работа утилизатора дымовых газов (УДГ) уменьшает разогрев уже на выходе. Температура нагрева дыма достигает 460-550 °С. После прохождения через утилизатор с чиллером, начинается остывание (до 125-180°С). Разница в температуре идет на разогрев больших объемов воды для дальнейшего потребления.

Если сравнить объем энергетической массы, утилизируемой системой утилизации тепла, получаем пропорцию: на 100 единиц электроэнергии идет выработка 110-130 единиц энергии. При использовании турбинных двигателей внутреннего сгорания для утилизации используют только сбор энергии горячего дыма. При этом мощность УДГ зависит от размеров (параметров) турбинной установки. Она достигает значений в диапазоне 118% — 145% от выработки электроэнергии.

Преимущества утилизаторов тепловой энергии

Установки, выполняющие сбор и переработку тепловой энергии, используют технологии с максимальным коэффициентом полезного действия. Устройства обеспечиваются:

гарантией производителя;
сопровождением доставки менеджерами;
соответствием гос.стандартизации;
тестовым монтажом и запуском в присутствии представителя компании производителя.

Конструкции установок по утилизации снабжены:

нержавеющими трубками для теплообмена;
специальным покрытием поверхностей котлов-утилизаторов для более легкой очистки трубок и предохранения теплообменника от повреждений;
компенсатором с защитными функциями от дефектов при аварии, нарушении условий работы;
спец. устройствами для уменьшения показателя аэродинамического сопротивления (до двух кПа).

Кожухотрубное устройство УТА (утилизатора тепла антифриза) облегчает ремонт, очищение загрязнений. Не нужна замена прокладок между отдельными пластинами. Перед выпуском детали ТМ проходит испытания в условиях давления 0.8 МПа. Это превышает рабочее давление жидкостей при эксплуатации на две десятых (0.6 МПа).

Утилизация тепла отходящих дымовых газов

Продукт выхлопа печей – горячий дымовой газ. Потери тепловой энергии с выходом достигают 80% при работе мартеновских печей. Поэтому в печах нагрева теряется с газом 60% тепла. Количество горячего воздуха, безвозвратно уходящего вверх, зависит от показателей разогрева и способности использовать непосредственно в печи.

Схема глубокой утилизации тепла решается двумя способами:

Возвращается часть энергии обратно в печь.
При этом нужна передача другим потокам газа или воздуха, направленным к источнику разогрева. Применение специальных теплообменников повышает КПД печи, показатели температуры и существенно экономит нормы расхода горючего.
Без возврата тепла в печной агрегат.
Утилизированный поток горячего воздуха применяют в котельных, турбинных комплексах, газопоршневых устройствах. Это приводит к весомой экономии топлива.

Используют одновременно два метода при разогреве газа до высоких температур. При разлоеве дымового газа до 745-800°С, энергии хватает для возврата в печь и для теплосиловой установки.

Утилизация тепла дымового газа с возвратом экономит столько энергии, сколько ее удалось вернуть в систему. Эффект от установки – снижение затраченных средств на нагрев металлических элементов в печах. Потери разогретого воздуха свести к нулю невозможно.

Проблемы утилизации тепла отходящего газа актуальны при производстве:

Фосфогипса – сгенерированную таким методом серную кислоту используют вновь для разложения соединений фосфора и получения повторно фосфорной кислоты;
Лаков и красок – газ, полученный при утилизации, самый горячий из промышленных газов;
Никеля, меди, свинца – теплотворная способность достигает 700 ккал/нм, что экономит при возвращении газа в печь почти 15% топлива;
Стальных сплавов – газ отдает тепло воде, образующийся пар используют в других процессах.

При утилизации отходящих газов нужно тщательно выполнить очистку от вредных и отравляющих примесей. Это усложняет улавливание и использование разогретых паров. Развитие методов очищения в сфере машиностроения, химической промышленности осваивает новые способы обратного применения чистого потока тепла.

Утилизация высоко и низкопотенциального тепла

При работе электродуговых печей происходит выброс высокопотенциального тепла. Утилизация призвана сохранить и использовать более четверти энергии, использованной в производстве. Утилизация высокопотенциального тепла на КС (компрессорных станциях) выполняется рекуператором совместно с:

блоком для очистки газа от загрязнений;
теплообменником газ/теплоноситель;
распределяющим тепло устройством.

Зона рекуперации (преобразования) – это теплообменник, с циркуляцией теплоносителя. Выделяемое тепло применяют для выработки электроэнергии.

Промышленные процессы сопровождаются выделением некоторого количества теплого воздуха, рассеивающегося в атмосфере. Для него используют термин «сбросное тепло». Это низкопотенциальная энергия из-за небольшой разности ее температуры с окружающим воздухом. У воздушного потока высокий потенциал, преобразование энергии в полезную – серьезная техническая задача. К низкопотенциальным источникам относят:

промышленные производства – при сжатии газов в компрессорах, сгорании топлива;
устройства охлаждения очистных сооружений – сточные воды;
установки для сжигания биогаза – энергия от сгорания топливных смесей;
линии по переработке продуктов нефти и газа – утилизация тепла при сгорании попутного газа;
предприятия по переработке птицы, скота — биологическое топливо;
предприятия лесоперерабатывающего комплекса – тепло при горении отходов.

В разработке систем утилизации тепла учитываются задачи по использованию:

дополнительного источника энергии;
пунктов для электропитания;
работы системы отопления отдельно стоящих домов, поселков (при удалении от электросетей).

Эффективная утилизация тепловых выбросов позволит уменьшить расходы на энергоносители, обеспечит автономными источниками энергии.