ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Задачи, методы и эффективность глубокого охлаждения дымовых газов в промышленности и энергетике из "Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа Изд.2 " Как указывалось, к.и.т. в котлах любого назначения и любой конструкции значительно выше, чем в промышленных печах. Все приведенные выше значения к.и.т. даны по отношению к низшей теплоте сгорания топлива Q p, по которой в СССР и других европейских странах составляют тепловой баланс топливосжигающих установок. Такая методика расчета теплового баланса печей, котлов и других установок не учитывает скрытой теплоты водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания любого топлива, в том числе и природного газа. Поэтому она, во-первых, дает завышенные значения к.и.т. и тем самым дезориентирует в отношении истинного уровня топливоиспользования, во-вторых, совершенно не соответствует тенденции глубокого охлаждения дымовых газов. [c.6] Цена 1 7о к, и, т, б/, °С, за счет использования физической теплоты продуктов сгорания в зависимости от коэффициента избытка. воздуха а в газах. [c.7] На основании изложенного можно сделать вывод, что в котельных установках, работающих на природном газе, единственным путем существенного улучшения использования топлива является глубокое охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможную часть водяных паров, содержащихся в газах, и использовать выделяющуюся при конденсации скрытую теплоту. Не следует забывать и о том, что глубокое охлаждение газов позволяет полнее использовать и так называемую явную теплоту газов. Возможный выигрыш в к.и.т. от более глубокого использования явной теплоты показан на рис. 1-1. [c.7] В газифицированных котельных другого пути заметного повышения К.И.Т., кроме глубокого охлаждения продуктов сгорания до температуры, при которой происходит конденсация водяных паров из дымовых газов, нет. Количество теплоты, выделяющейся при полной конденсации водяных паров, т. е. при охлаждении дымовых газов до О °С и осушении их до О г/кг , по отношению к низшей теплоте сгорания природного газа составляет 11,9% или около 1000 ккал на 1 м газа. Соответственно отношение высшей и низшей теплоты сгорания природного газа для большинства газовых месторождений СССР в среднем 1,12. [c.7] Применительно к промышленным печам М. Б. Равичем и его школой предложена весьма перспективная и уже в течение многих лет внедряемая на предприятиях схема комплексного ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания, предусматривающая в качестве последней ступени глубокое охлаждение газов в контактных экономайзерах. Более широкое применение ее в народном хозяйстве может дать весьма большой эффект [24—26]. Есть все основания считать глубокое охлаждение продуктов сгорания природного газа в промышленных топливоиспользующих установках и особенно в энергетике наиболее эффективным путем значительного повышения к.и.т. и экономии газа в народном хозяйстве. Не случайно именно это направление начало усиленно развиваться в странах Западной Европы и США в начале 70-х годов, когда в капиталистических странах начался топливный кризис. Вполне закономерно, что на XIII конгрессе МИРЭК глубокое охлаждение продуктов сгорания признано одним из наиболее важных энергосберегающих методов [3]. [c.8] Таким образом, легко прийти к выводу о том, что должное охлаждение газов следует обеспечить либо в самом котле и любом другом топливоиспользующем агрегате, либо в утилизационном теплообменнике, устанавливаемом после основного агрегата. Разумеется, необходимо обеспечить такое течение процесса охлаждения газов, чтобы выпадение конденсата в максимально возможной и экономически оправданной степени было осуществлено в пределах основного или утилизационного агрегата, что позволит, во-первых, использовать выделяющуюся при конденсации паров теплоту, а во-вторых, облегчить работу находящихся за теплообменником газоходов, дымососа и дымовой трубы, поскольку в этом случае в газоходы поступят лишь остаточные водяные пары, выпадение которых легче предотвратить. [c.9] Глубокое охлаждение дымовых газов возможно в любом теплообменнике. Однако для этих целей наиболее целесообразны теплообменники с большой поверхностью теплообмена в единице объема и достаточно высоким коэффициентом теплообмена, что обеспечивает приемлемые металлоемкость и габаритные размеры. Важно также, чтобы аэродинамическое и гидравлическое сопротивления подобных аппаратов не требовали большой затраты электроэнергии на привод насосного и тягового оборудования, а также замены его в действующих котельных. [c.9] Процессы охлаждения газов в поверхностных и контактных теплообменниках существенным образом отличаются друг от друга. В поверхностном теплообменнике охлаждение газов происходит сначала при постоянном влагосодержании d = onst (прямая АК на рис. 1-2). После достижения газами 100 %-ной относительной влажности (на I—d-диаграмме — после пересечения с кривой ф=100%) начинается процесс осушения газов путем конденсации из них водяных паров (кривая KL). Точка К, лежащая на пересечении прямой d = onst и граничной кривой ф=100%, называется точкой росы. Анализ процесса охлаждения газов в поверхностном теплообменнике показывает, что конденсация водяных паров из газов начинается только после достижения ими точки росы Ор. [c.11] Механизм охлаждения газов в контактном теплообменнике намного сложнее, поскольку с самого начала наряду с теплообменом происходит и массообмен. Тепло- и массообмен между дымовыми газами и водой при их непосредственном сопри-коснове1 ии имеет место благодаря разности температур и парциальных давлений водяных паров. В отличие от поверхностных теплообменников, подогрев воды в контактных аппаратах возможен лишь до так называемой температуры мокрого термометр а Ом, примерно равной температуре кипения воды при парциальном давлении паров в дымовых газах. [c.11] При температуре воды, равной точке росы 9 р, парциальное давление водяных паров в газах и в пограничном слое у поверхности воды равны. При парциальное давление водяных паров у поверхности воды больше, чем в газах, и подогрев воды происходит с испарением и увлажнением газов. После достижения водой температуры вода испаряется при постоянной температуре ) = onst. Наоборот, при нагреве воды до температуры в р парциальное давление водяных паров в газах больше, чем у поверхности зоды, и непосредственно на входе дымовых газов в контактную камеру начинаются конденсация водяных паров, содержащихся в газах, и, следовательно, их осушение. В случае, если начальная температура воды ниже, а конечная выше др, то в условиях противотока газов и воды в нижней зоне контактной камеры, т. е. в области более горячих дымовых газов и воды с О 0 р, имеют место испарение части подогреваемой воды и увеличение содержания паров в газах, а в зоне, где -fXiJp, происходит конденсация водяных паров, как вновь образовавшихся, так и поступивших в контактную камеру экономайзера с дымовыми газами. [c.11] На том же рис. 1-2 показан характер протекания процесса и при прямотоке теплоносителей. В случае ёгС б р процесс описывается кривой типа AM, а при Ор 2 дм — кривой AN. Сопоставление характера кривых свидетельствует о том, что возможности осушения дымовых газов при нагреве воды до температуры, близкой к О р и тем более близкой к дм, весьма скромны. Для обеспечения более или менее существенного использования теплоты конденсации водяных паров при прямотоке теплоносителей необходимо подавать сравнительно много холодной воды и нагревать ее до минимально приемлемых температур 25—30 °С. Поскольку потребители нагретой воды имеются (например, для поливки растений в теплицах), прямоточное движение газов и воды в контактных аппаратах имеет право на существование и может найти эффективное применение. [c.12] Из приведенных на рис. 1-3, 1-4 кривых видно, что и Ор и Ом существенно зависят от вл агосодержа-ния газов d и коэффициента избытка воздуха а в дымовых газах. [c.13] В любом случае в контактных экономайзерах происходит одновременно сухой и мокрый теплообмен, т. е. теплообмен без изменения и с изменением агрегатного состояния воды. Характер процесса и относительная доля сухого и мокрого теплообмена в суммарном количестве переданной теплоты зависят от параметров и количества газов и воды и взаимного направления движения теплоносителей. [c.14] Особенностью и одновременно главным преимуществом контактных экономайзеров и котлов, равно как и конденсационных поверхностных теплообменников, являются возможности конденсации содержащихся в продуктах сгорания водяных паров и использования выделяющейся при этом теплоты для нагрева воды. Поэтому эффективность применения контактного нагрева воды дымовыми газами при прочих равных условиях возрастает с увеличением их начального влагосодержания. [c.14] Как видно из выражений (1-2), (1-3) и рис. 1-6, при коэффициенте избытка воздуха в наиболее распространенном в котельной практике диапазоне а=1,1ч-1,5 влагосодержание продуктов сгорания природного газа составляет соответственно 140—100 г/кг. [c.15] Механизм тепло- и массообмена в контактном экономайзере при соприкосновении горячих дымовых газов (ненасыщенной парогазовой смеси) с холодной водой весьма сложен. Здесь одновременно происходят процессы конвективного теплообмена, диффузии, теплообмена при изменении агрегатного состояния и теплопроводности. Движущей силой этих процессов являются разность не только температур газов и воды, но и парциальных давлений водяных паров в дымовых газах (парогазовой смеси) и у поверхности воды. Коэффициент теплообмена от газов к воде в контактном экономайзере и от газов к поверхности нагрева в конденсационном поверхностном теплообменнике существенно выше (при одинаковой скорости газов и других равных условиях), чем при сухом , т. е. чисто конвективном, теплообмене. Необходимо подчеркнуть, что это увеличение может быть весьма значительным в связи с высокой интенсивностью мокрого теплообмена. [c.15] Из вышеизложенного можно сделать однозначный вывод, что под глубоким охлаждением дымовых газов следует понимать снижение их температуры ниже точки росы. В поверхностных теплообменниках только при температуре газов в пристенном слое ниже точки росы возможна конденсация содержащихся в них водяных паров, являющаяся иногда более значительным источником выделения теплоты, чем только физическая теплота газов, выделяющаяся при их охлаждении. [c.15] Разумеется, в свете этого возникает вопрос, до какой же температуры следует охлаждать дымовые газы. Подробно этот вопрос рассматривается ниже. Ясно только, что с точки зрения глубины охлаждения газов целесообразно подавать в утилизационный теплообменник воду с возможно более низкой температурой и нагревать ее также до температуры ниже точки росы, 0 тогда возникают проблемы использования нагретой воды, поскольку ее температура может быть существенно ниже необходимой, а количество во много раз больше потребности. Следовательно, глубина охлаждения дымовых газов определяется в каждом отдельном случае потребностью в воде (это обязательное условие) и по возможности необходимой температурой ее, если она не превышает предельную для контактного нагрева (тЭ-м). [c.19] Эффективность глубокого охлаждения продуктов сгорания природного газа видна пз анализа графика зависимости потери теплоты с уходящими газами 2 , определенной при расчете по высшей теплоте сгорания топлива (рис. 1-9). Возможное повышение к.и.т. полностью обусловлено снижением 2 - Если принять умеренную температуру уходящих газов 40 °С (именно такая температура характерна для большинства действующих конденсационных теплообменников любого типа), то соответствующая потеря с уходящими газами составляет 2—5 % Иными словами, если основной топливосжигающий агрегат имеет температуру уходящих газов 150 °С (современные энергетические и промышленные котлы), то экономия газа составит не менее 10—12 % Для всех других котлов и печей она будет выше. [c.19] Ориентировочные значения к.и.т. для конденсационных котлов и теплообменников, определенные по отношению к низшей и высшей теплоте сгорания газа, в зависимости от температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха в них приведены на рис. МО. [c.19] Вернуться к основной статье