РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Повышение эффективности использования тепла дымовых газов котлов ТЭЦ

К.т.н. Е.Г. Шадек, независимый эксперт, г. Москва

Существующее положение

В передовых западных странах глубокая утилизация тепловой энергии продуктов сгорания котельных агрегатов (при охлаждении до температуры ниже точки росы) практикуется в отопительных системах и осуществляется благодаря применению водогрейных котлов, оборудованных конденсационными экономайзерами [1, 2]. Наряду с производством водогрейных конденсационных котлов разрабатываются технологии глубокой утилизации и для паровых агрегатов [3, 4], что позволяет применить данные схемы на паротурбинных ТЭЦ.

В характерной для паротурбинных ТЭЦ технологической схеме конденсат (после конденсатора турбины) нагревают в газовом подогревателе, размещенном в хвостовых поверхностях котла. Чтобы исключить конденсацию водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, на последних трубах газового подогревателя температуру конденсата перед ним обычно поддерживают не ниже 60 °С [5] посредством рециркуляции подогретого конденсата. С целью дополнительного снижения температуры уходящих газов в линию рециркуляции конденсата нередко включают водоводяной теплообменник, охлаждаемый подпиточной водой теплосети.

Для повышения эффективности работы ТЭЦ предлагается на станционных котлах обеспечить глубокую утилизацию тепла (с использованием скрытой теплоты парообразования) посредством охлаждения продуктов сгорания (до требуемых 40 °С) конденсатом (20-35 °С) паротурбинной установки (ПТУ) в поверхностном газоводяном конденсационном теплообменнике.

Перспективная схема

В основе разработанного конструктивного решения (см. рисунок) – существующая схема: последняя по ходу дымовых газов секция хвостовых поверхностей является водяным конденсационным теплообменником – экономайзером (КЭ). Отличие в том, что он работает в конденсационном режиме (т.е. продукты сгорания охлаждаются до температуры глубокой утилизации 40±5 °С), и что газоход на стыке с котлом оборудуется системой сбора, отвода и обработки конденсата продуктов сгорания. КЭ включен в конденсатную линию станции.

Работа схемы видна из рисунка. В распределительном коллекторе 29 конденсат ПТУ при помощи системы автоматического регулирования станции разделяется на два потока: один подается в узел глубокой утилизации 8, а второй – на подогреватель низкого давления (ПНД) 34 и затем в деаэратор 31.

Выделяющийся из продуктов сгорания конденсат оседает на трубах КЭ и сливается по наклонному днищу газохода в поддон и резервуар 13. Из бака 16 конденсат продуктов сгорания подается на участок обработки конденсата, где производят его очистку. Очищенный конденсат продуктов сгорания подают в ПНД 34 и далее в деаэратор 31 (либо сразу в деаэратор). Далее поток чистого конденсата поступает в ПВД 33, а из него в котеё 1.

Заданный теплосъем в КЭ поддерживают регулированием количества подаваемого конденсата ПТУ и объёма проходящих дымовых газов посредством байпасирования через байпас 9. Тепловую нагрузку КЭ определяют как оптимальную (не обязательно максимальную) по технико-экономическим и конструктивным соображениям.

Обычно степень байпасирования в аналогичных условиях находится в пределах 0,2-0,25. Оптимальный режим – работа с байпасом в холодное время года, а летом, если опасности конденсации нет – без него. Отметим, что в данном случае, при надежной конденсации в КЭ и эффективной работе каплеуловителя брызгоунос в газовый тракт невелик, поэтому требования к байпасированию, к его степени, температуре после байпаса снижаются. Каплеуловитель 11 размещен в газоходе, в камере со съёмной крышкой для обслуживания узла (очистки, смены фильтров, кассет и пр.).

В качестве примера на схеме показан теплообменник змеевикового типа. Возможно использование различных типов теплообменников: кожухотрубных, прямотрубных, с накатанными ребрами, пластинчатых. Рассматриваются также перспективы применения теплообменных блок-секций на базе биметаллических калориферов.

Теплообменник, газоход, камера, частично газовый тракт выполняются из коррозионностойких материалов, покрытий, пластиков – это общепринятая практика [1, 2].

Рассматриваемая технология применима для котлов на различных видах топлива, например, местных (в частности, древесных отходах, генераторных, био-, синтез-газах и др.). В этом случае потребуются данные о глубоком охлаждении продуктов сгорания этих видов топлива (точка росы, качество конденсата и пр.).

При оценке эффективности системы глубокой утилизации следует сравнивать эффективности предлагаемой системы и традиционной схемы с газовым подогревателем конденсата, как ближайшего аналога и конкурента. Так, принимая для расчётного примера данные котла теплопроизводительностью 8,6 Гкал/ч, использующего в качестве топлива природный газ, можно определить выигрыш в тепловой энергии, который составит 0,9 Гкал/ч. Это даст экономию 554,5 тыс. м3 газа в год, или около 3 млн руб. при цене 5 руб./м3. Выигрыш растет пропорционально количеству утилизируемого тепла, напрямую зависящего от мощности котла.

Рисунок. Система глубокой утилизации продуктов сгорания котлов ТЭЦ.

Кроме повышения тепловой экономичности система глубокой утилизации обеспечивает:

– снижение эмиссии NOX с уменьшением температуры продуктов сгорания и в результате подавления водяными парами (орошения продуктов сгорания капельной влагой), вплоть до достижения экологически чистого процесса;

– выработку избыточной воды за счет конденсации, исключается потребность в подпиточной воде и рециркуляционной насосной установке.

Еще один эффект глубокой утилизации – улучшение условий и продолжительности службы газового тракта, т.к. конденсация локализуется в конденсационном теплообменнике независимо от температуры наружного воздуха [1].

Необязательными в ряде случаев становятся применение водоводяного теплообменника, рециркуляции: подмешивание части горячих газов к охлажденным (или нагретого конденсата к холодному) в целях повышения температуры уходящих продуктов сгорания для предотвращения конденсации в газовом тракте и дымовой трубе.

Важно также отметить, что работа системы глубокой утилизации, заменяющей газовый подогреватель конденсата, в технологической схеме станции не уменьшает доли электроэнергии в общей комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ и не отражается на общем КПД станции.

Реконструкция котельного агрегата сводится в основном к замене на существующем котле водяного экономайзера на конденсационный, переделке главного газохода на участке узла глубокой утилизации с установкой системы слива, удаления и обработки конденсата продуктов сгорания, а также каплеуловителя. Конденсационный экономайзер отличается от водяного несколько большей поверхностью теплообмена, материалом труб (коррозионностойкий), их оребрением. Как видно, предлагаемая схема позволяет минимизировать объём и стоимость работ по реконструкции.

Реализация пилотного проекта откроет перспективы перевода станционных котлов паротурбинных ТЭЦ в конденсационный режим: реконструкции существующих или создания отечественных энергетических конденсационных котлов, тиражирования и масштабной модернизации котельных.

Литература

1. Шадек Е., Маршак Б., Анохин А., Горшков В. Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 2 (23). С. 36-40.

2. Шадек Е., Маршак Б., Крыкин И., Горшков В. Конденсационный теплообменник-утилизатор – модернизация котельных установок // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 3 (24). С. 10-13.

3. Полное использование теплоты сгорания // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 5. С. 26-31.

4. Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. М.: Машиностроение, 2012.

5. Березинец П., Ольховский Г. Перспективные технологии и энергоустановки для производства тепловой и электрической энергии / Современные природоохранные технологии в энергетике. Инф. сб. под ред. В. Я. Путилова. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

Ег.. Шадек, Повышение эффективности использования тепла дымовых газов котлов ТЭЦ

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №01 (197), 2017 г. , www.rosteplo.ru/nt/197

Коментарии

дмитрий, ооо гандрас енергоефектас [ 18:03:25 / 14.03.2017]

по опыту лучше сразу менять дымовую трубу и строить конденсатный экономайзер рядом за котлом

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств. Эффективней пластинчатого!

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru

Программы Auditor

Бесплатный вебинар "Применение технологии информационного моделирования (ТИМ) на всех этапах жизненного цикла объектов теплоснабжения"

Подробнее