Теплоутилизатор, теплоутилизация, изготовление производство и продажа теплоутилизаторов. Очистка дымовых газов перед выбросом в атмосферу

Установки для очистки дымовых газов

На рисунке 2.2. приведена установка для очистки дымовых газов, работающая на основе инерционного и абсорбционного методов.

Очистка дымовых газов в скруббере Вентури осуществляется следующим образом: резервуар установки заполняется питьевой водой, затем включается вентилятор и дымовые газы поступают в трубу Вентури, где скорость их движения возрастает до максимального значения. Одновременно в трубу Вентури через форсунку подается вода. За счет распыления воды в форсунке и пульсацией высокоскоростного дымового потока вода тонко распыляется. Поверхность контакта воды и частиц дыма увеличивается, следовательно, интенсифицируется и процесс сорбции. Затем дымоводяной поток проходит через диффузор, где уменьшается скорость его движения, вследствие чего увеличивается продолжительность контакта воды и дыма.

В центробежном завихрителе капли воды отделяются от потока дыма, так как обладают большей инерцией и не успевают за изменениями движения потока.

Капли улавливаются поверхностью воды. Дымовой поток из завихрителя тангенциально подается в циклон, капельки воды отбрасываются к стенкам циклона и смываются пленкой воды из кольцевого водопровода, а очищенные дымовые выбросы поступают в атмосферу.

По мере насыщения коптильными компонентами рециркулирующая вода сливается в емкость, очищается от смолистых соединений и может использоваться как коптильный препарат.

Рисунок 2.2 – Установка для получения коптильного препарата «ВНИРО»:

1 – насос рециркуляции; 2 – электромагнитный клапан; 3,9,15,17,23,25 – вентили; 4 – расходомер общего расхода воды; 5 – резервуар воды; 6 – расходомер рециркуляционной воды; 7 – центробежный завихритель; 8 – циклон; 10 – кольцевой водопровод; 11 – диффузор; 12 – труба Вентури; 13 – горловина; 14 – конфузор; 16 – форсунка; 18 – шибер; 19 – мерная трубка; 20 – сигнализатор верхнего уровня воды; 21 – сигнализатор нижнего уровня воды; 22 – вентилятор высокого давления; 24 – фильтр рециркуляционной воды.

В дымогенераторе Н10-ИДГ очистка дымовых газов осуществляется водоинерционным способом (рис.2.3).

Рис 2.3. Водоинерционное устройство дымогенератора Н10-ИДГ:

1- крышка; 2-вытяжная труба; 3-лоток для слива воды; 4-колено; 5- перегородка; 6-ограничительная стенка; 7-дымововой патрубок; 8-корпус; 9-водяной патрубок.

Дым с большой скоростью выходит из патрубка 7, ударяется о поверхность воды, тяжёлые частицы оседают в воду, а дым вследствие столкновений с ограничительной стенкой делает поворот на 90 градусов и через колено 6 опять направляется на поверхность воды, которая частично улавливает тяжёлые фракции. Очищенный дым через патрубок 2 поступает в коптильную камеру. Периодически вода, насыщенная смолистыми веществами, сажей и другими загрязнениями, заменяется.

На рис.2.4 приведена скрубберная установка для очистки дымовых выбросов коптильных камер. Работа установки осуществляется следующим образом. Дым поступает в осадительную 2, в которой от дыма отделяются тяжёлые смолы и зола. Отделение происходит инерционным способом. Затем дым поступает в скруббер 3.

В скруббере 3 через насадку 4 из колец Рашига навстречу дыму движется вода, которая падаётся через форсунки 5.


Рис.2.4.Устройство для получения водного раствора дыма: 1-коллектор;2-осадочная камера;3-скруббер; 4-насадка; 5- форсунки; 6-вентилятор; 7-раствор дыма; 8-резервуар; 9-фильтр; 10-насос; 11-охладитель;12-сборник.

Вода в установке циркулирует по следующей схеме: бак 12, насос 10, насадка 4, бак 12. Температура воды поддерживается в пределах 50 С 0 . После насыщения коптильными компонентами водный раствор фильтруется через целлюлозную пульпу. Очищенный водный раствор можно использовать как коптильный препарат.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом океанографии и рыбного хозяйства (ВНИРО) разработан ряд установок, которые можно использовать как для очистки вредных выбросов, так и для получения коптильного препарата (рис. 2.5- 2.7).


Рис 2.5.Устройство для получения коптильного препарата.

1,3,6- заслонки; 2-дымогенератор; 4-фильтр;5-сорбер; 7-вентилятор.


Рис.2.6. Установка для очистки дымовоздушной смеси. 1-переходник; 2-крышка;3- дымоводы; 4,8-вентиляторы; 5- предфильтр; 6,7- сорберы; 9-бак для приготовления раствора; 10-насос.

Отличительной особенностью установок является наличие подвижной насадки из резиновых шариков, выполненных из кислостойкой резины, диаметром 15- 20 мм и плотностью 1 г/см 3 (рис 2.5-2.6). В установке Э01-3090 шарики выполнены из полиэтилена. ВНИРО рекомендует скорость дымовоздушной смеси 7,5±0,1 м/с при соотношении объёмов подвижной насадки и водного слоя 0,5: 0,1.

В установке для очистки дымовоздушной смеси (рис.2.6) используются два сорбера с шариковыми насадками. В качестве абсорбентов в первом сорбере применяется вода, а во втором – раствор химически активного вещества.


Рис.2.7.Установка Э01-3090 для очистки дымовых выбросов

1- насадка; 2-решётка; 3-абсорбер; 4-ороситель; 5-тройник с заслонкой; 6,7-каплеуловители; 8-труба выброса очищенного дыма в атмосферу; 9-заслонка; 10-вентилятор; 11- сливной патрубок; 12-труба слива конденсата в канализацию.

Производительность установки 6000 м 3 /ч, установленная мощность 27,5 кВт, максимальное гидравлическое сопротивление 8,2 кПа (820 мм вод. ст.), температура очищенного дыма 90 0 С. Ёмкость по воде 1,2 м 3 , разовый расход соды 6 кг, преманганата калия до 20 кг, хлорной извести – 12 кг. Габаритные размеры 6000×5600×2600 мм, занимаемая площадь 36,6 м 2 .

Установка Э01-3090 (рис.2.7) состоит из двух автономных сорберов барабанного типа. В сорберах на перфорированных решётках располагается слой полиэтиленовых шариков. Слой шариков заливается водой на высоту 350-400 мм. При прохождении через слой воды и насадки образуется так называемый «кипящий слой», в результате усиливается массобмен между дымом и водой.

Производительность установки 10800-15000 м 3 /ч, расход воды 5 м 3 /ч, расход пара при давлении 200 кПа (2 кгс/см 2) – 80кг/ч, расход электроэнергии 28 кВт∙ч, масса 4500кг.

Если вода отводится постоянно, то степень очистки дымовых выбросов по смолистым веществам возрастает до 50,5%, по бензапирену – до64,5%.

Высокая степень очистки достигается, если абсорбат непрерывно сливается в канализацию. В этом случае его надо нейтрализовать, то есть произвести дополнительную химическую очистку. При рецеркуляции абсорбата в течении 5 часов степень очистки по бензапирену уменьшается до 22%, а по смолистым веществам до 18,6%, т.е. очистка производится не эффективно, если коптильный препарат получают на установке Э01-3090.

На Московском рыбокомплексе применяется установка фирмы Flakt (Дания) с очисткой дымовых выбросов методом химической абсорбции. Установка состоит из трех ступеней. На первой ступени из потока дыма промывочной жидкостью (NaOH) улавливаются крупные частицы дыма. Промывочная жидкость разбрызгивается душирующими устройствами, насыщается твердыми частицами, фильтруется и вновь направляется к душирующим устройствам.

На второй ступени также циркулирует промывочная жидкость, в результате гидроокись натрия гидролизует сложные эфиры, преобразует фенолы и органические кислоты в легкорастворимые феноляты и натриевые соли. После определенного цикла работы промывочная жидкость нейтрализуется 98%-й серной кислотой до требуемого значения рН, после чего выводится в канализационную сеть.

Производительность установки 80000 м 3 /ч, расход воды 2-4 м 3 /, 20%-го NaOH 20-30 л/ч, 98%-й H 2 SO 4 1-2 л/ч, температура дыма – до 60 0 С. Габаритные размеры 14000×3000×3700 мм.

На рис. 2.8 представлена принципиальная схема очистки на основе трехступенчатого скруббера башенного типа фирмы Flakt.

На первой ступени на дымовые газы воздействуют соляной кислотой, при этом происходит абсорбция из дыма соединений азота (аммиак, амины). На второй ступени из дыма гипохлоридом натрия абсорбируют и окисляют соединения серы (сернистый водород и меркаптаны), альдегиды, кетоны, жирные кислоты.


Рис. 2.8. Технологическая схема трехступенчатой установки

для очистки выбросов фирмы Flakt

На третьей ступени каустиком (NaOH) из дыма выводятся избыточный хлор и остатки кислотных соединений.

На рис. 2.9 представлен скруббер Geiloote. Скруббер состоит из 4 реакционных камер, в которых находятся слои орошаемой насадки. После каждой реакционной камеры располагаются слои неорошаемой насадки, которые выполняют роль каплеуловителей, тем самым достигается более полное использование промывочной жидкости в каждой камере и исключается унос промывочной жидкости с дымовыми газами.

Первая камера предназначена для удаления твердых частиц.

Во второй камере происходит ионизация дымовых частиц, поэтому очистка здесь происходит с абсорбцией, и электростатическим осаждением. После прохождения зоны высокого напряжения заряженные частицы дыма осаждаются на поверхности насадки или каплеотделителя в результате притяжения заряженных частиц к нейтральной поверхности под действием электродвижущей силы самоиндукции или самоударения с жидкостью или твердой поверхностью.

В третьей камере происходит кислотная промывка серной кислотой. При этом из дыма удаляются щелочные компоненты (амины).

В четвертой камере на дым воздействуют едким натром, в результате из него удаляются кислотные компоненты.

Производительность установки 40000 м 3 /ч, расход 20 % - го NaOCl (в пересчете на активный хлор с массовой концентрацией 150 г/л) 1,4 кг/ч, напряжение электростатического поля 20 – 30 кВт, установленная мощность 10 кВт.

На рис. 2.10 приведена конструкция установки для очистки дыма, принцип действия которой основан на абсорбции с последующим досжиганием. Такие установки выпускает фирма Stork-Duke.


Рис. 2.9 Скруббер перекрестного потока фирмы Geiloote:

1 – первая ступень очистки; 2 – ионизационная ступень; 3 – третья ступень очистки; 4 – четвертая ступень очистки; 5, 6, 7 – смотровые окна; 8, 9, 10 – системы рециркуляции абсорбента; 11 – вентилятор.

Установка состоит из скруббера с промывочной жидкостью и печи, которая работает на газе или на мазуте. Печь может очищаться рекуператором.

Установки для досжигания применяются также промышленностью. В основном применяют термокаталитические устройства. В этих устройствах на каталитической пленке происходит окисление углеводородов и оксида углерода до углекислого газа. В качестве катализаторов применяют алюмоплатиновий, железохромовий, меднохромовий.

Следует отметить, что каталитическая активность различных органических соединений неодинакова. Поэтому степень очистки этих соединений разная. В установках термокаталитического действия обычно окисляется 75 – 97 % органических веществ.

На рис. 2.11 приведена принципиальная схема установки для каталитического досжигания. Если при термическом досжигании нейтрализация органических веществ происходит при темепратуре 700 – 800 0 С, то при каталитическом досжигании нейтрализация происходит при более низких температурах (до 550 0 С).

Установка для каталитического досжигания испытывалась на Ялтинском рыбокомбинате (рис. 2.12).

Катализаторная корзина 6 установки выполнялась с различными катализаторами: алюминоплатиновыми контактами АП-56 (0,56 % платины на окиси алюминия); ШПК -2 (0,2 % платины на шариковом носителе ШК-2); М-2 (хромоникелевая спираль с активной пленкой, содержащей тысячные доли платины).

Активность контактов АП-56 и ШПК-2 при температурах 350 – 450 0 С и объемных скоростях дымовоздушной смеси 5000 – 10000 м 3 /ч снижается из-за отложений на поверхности углеродистых соединений.

Полная очистка дымовых газов достигается при использовании катализаторов М-2, если температура катализации составляет 500 0 С, а дымовоздушная смесь движется с объемной скоростью 15000 м 3 /ч.

Рис. 2.10. Комбинированная очистная установка фирмы Stork-Duke:

1 – отвод промывной жидкости; 2 – подача воздуха; 3 – подача газа; 4 – скруббер; 5 – подача промывной жидкости; 6 – каплеуловитель; 7 – вентилятор; 8 – подача воздуха к печи; 9 – рекуператор; 10 – дымовая труба; 11 – подача воздуха в рекуператор; 12 – печь сжигания; 13 – горелка.


Рисунок 2.11 - Принципиальная схема установки для каталитического досжигания: 1 – мазутная или газовая горелка; 2 – теплоизоляция; 3 – катализатор ячеистого типа; 4 – температурный датчик за катализатором; 5 – температурный датчик перед катализатором; 6 – огнезащитная труба.


Рисунок 2.12 - Установка каталитического досжигания дымовых выбросов:

1 – вентилятор подачи дыма; 2 – вентилятор подачи воздуха; 3 – горелки; 4 – реактор; 5 – воздушный коллектор; 6 – катализаторная корзина; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – котел-утилизатор.

Для дезодорации дымовых газов специалистами НИИОГАЗа рекомендуются катализаторы НИИОГАЗ-17Д. Температура катализации должна составлять 350-380 0 С, а объемная скорость газового потока – 15000 – 20000 м 3 /ч.

В промышленности применяются также так называемые ионизирующие скрубберы, в которых очистка дымовых газов происходит с использованием электростатического поля высокого напряжения (рис. 2.13).

В зоне электростатического заряжения частиц 1 происходит ионизация частиц дыма. Для ионизации обычно используют орошаемые электродные пластины шириной 200 – 300 мм. Мелкие заряженные частицы попадают в слои контактных наполнителей (например, типа Tellerette). В контактных наполнителях мелкие частицы вследствие самоиндукции обратного заряда притягиваются и осаждаются промывной жидкостью. Вредные газы и газы со специфическими запахами абсорбируются промывной жидкостью, вступают с ней в реакцию и превращаются в нейтральные соединения.


Рисунок 2.13 – Принципиальная схема ионизирующего скруббера:

1 – зона электростатического заряжения частиц; 2 – распылительная форсунка; 3 – наполнители типа Tellerette; 4 – насос; 5 – поддон для сбора промывной жидкости.

Учеными Московского института народного хозяйства им. Г.В. Плеханова было разработано устройство для получения коптильной жидкости из дымовых газов (рис.2.14.)

В ионизационной камере 1 происходит отделение сажи, осаждение сравнительно крупных смол; дымовые частицы приобретают электрические заряды. В осадительную камеру 2 форсункой 3, подключенной к отрицательному полюсу источника напряжения, вводят мелкодиспергированную воду. Водный раствор до насыщения коптильными компонентами циркулирует по следующей схеме: приемник 5, насос 4, форсунка 3, сорбционная камера 2, приемник 5.


Рисунок 2.14 Устройство для изготовления коптильной жидкости использованием электростатического поля:

1 – ионизационная камера; 2 – сорбционная камера; 3 – форсунка; 4 – насос; 5 – приемник.

Устройство можно использовать для получения коптильного препарата и очистки дымовых газов.

Показатели скрубберов различных типов приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Как видно из табл. 2.4, степень очистки дымовых газов с применением ионизирующих скрубберов (IWS) довольно высока.

Cтраница 1


Состав дымовых газов рассчитывают исходя из реакций сгорания составных частей топлива.  

Состав дымовых газов определяют при помощи специальных приборов, называемых газоанализаторами. Это основные приборы, определяющие степень совершенства и экономичности топочного процесса в зависимости от содержания углекислоты в уходящих дымовых газах, оптимальное значение которой зависит от рода топлива, типа и качества топочного устройства.  

Состав дымовых газов при установившемся режиме изменяется ледующим образом: содержание H2S и S02 неуклонно снижается, 32, СО2 и СО - изменяется незначительно / При послойном горении окса верхние слои катализатора регенерируются раньше нижних. Наблюдается постепенное снижение температуры в реакционной юне, и в дымовых газах на выходе из реактора появляется кислород.  


Состав дымовых газов контролируют по пробам.  

Состав дымового газа определяется не только содержанием водяных паров, но также и содержанием других компонентов.  

Состав дымовых газов меняется по длине факела. Учесть это изменение при расчете радиационного теплообмена не представляется возможным. Поэтому практические расчеты радиационного теплообмена ведут по составу дымовых газов в конце камеры. Это упрощение в известной степени оправдывается тем соображением, что процесс горения обычно интенсивно протекает в начальной, не очень большой части камеры, и поэтому большая часть камеры бывает занята газами, состав которых близок к его составу в конце камеры. В конце ее почти всегда содержится очень немного продуктов неполного сгорания.  

Состав дымовых газов рассчитывают, исходя из реакций сгорания составных частей топлива.  

Состав дымовых газов при полном сгорании газа различных месторождений отличается незначительно.  

В состав дымовых газов входит: 2 61 кг СО2; 0 45 кг Н2О; 7 34 кг N2 и 3 81 кг воздуха на I кг угля. При 870 С объем дымовых газов на 1 кг угля составляет 45 ж3, а при 16 С он равен 11 3 м3; плотность смеси дымовых газов равна 0 318 кг / ж3, что в 1 03 раза больше плотности воздуха при той же температуре.  

В.С.Галустов, д.т.н., профессор, генеральный директор ГП НПО «Политехника»
Л.А.Розенберг, инженер, директор УП «Юмиран».

Введение.

С дымовыми газами различного происхождения в атмосферу выбрасываются тысячи и тысячи Гкал теплоты, а также тысячи тонн газообразных и твёрдых загрязнителей, водяного пара. В настоящей статье остановимся на проблеме утилизации теплоты (об очистке газовых выбросов поговорим в следующем сообщении). Наиболее глубокое использование теплоты сжигания топлива осуществляется в теплоэнергетических котлах, для чего в большинстве случаев в их хвостовой части предусматриваются экономайзеры. Температура дымовых газов после них порядка 130-190°С, т.е. близка к температуре точки росы паров кислот, которая при наличии в топливе сернистых соединений является нижним пределом. При сжигании природного газа указанное ограничение менее существенно.

Дымовые газы после различного рода печей могут иметь значительно более высокую температуру (до 300-500°С и выше). В этом случае утилизация теплоты (и охлаждение газов) просто обязательна, хоть бы для ограничения теплового загрязнения окружающей среды.

Теплоутилизаторы.

Ещё в первом сообщении мы ограничили круг наших интересов процессами и аппаратами с непосредственным контактом фаз, однако для полноты картины вспомним и оценим также и другие варианты. Все известные теплоутилизаторы можно разделить на контактные, поверхностные, а также устройства с промежуточным теплоносителем. На первых мы подробнее остановимся ниже. Поверхностные теплоутилизаторы - это традиционные калориферы, которые размещаются непосредственно в газоходе после печи (котла) и имеют серьёзные недостатки, ограничивающие их применение. Во-первых, они вносят значительное аэродинамическое сопротивление в газовый тракт и ухудшают работу печей (снижается разряжение) с проектным дымососом, а его замена на более мощный может не компенсировать сопровождающих затрат экономией теплоты. Во-вторых, низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к поверхности трубок обусловливают большие значения необходимой поверхности контакта.

Аппараты с промежуточным теплоносителем бывают двух типов: периодического действия с твёрдым теплоносителем и непрерывного - с жидким. Первые представляют собой минимум две колонны, заполненные, например, дроблёным гранитом (насадкой). Дымовые газы проходят через одну из колонн, отдавая теплоту насадке, нагревают её до температуры, несколько ниже температуры газов. Затем дымовые газы переключаются на вторую колонну, а в первую подаётся нагреваемая среда (обычно подаваемый в ту же печь воздух, или воздух системы воздушного отопления) и т.д. Недостатки такой схемы очевидны (большое сопротивление, громоздкость, нестабильность температур и т.п.), а её применение весьма ограничено.

Аппараты с жидким промежуточным теплоносителем (обычно это вода) получили название контактных теплообменников с активной насадкой (КТАН) , а авторы после незначительного усовершенствования назвали их теплообменными аппаратами с насыщенным теплоносителем и конденсацией (ТАНТЕК). В обоих случаях нагреваемая дымовыми газами вода затем отдаёт полученную теплоту через стенку поверхностного встроенного теплообменника чистой воде (например, системы отопления). По сравнению с калориферами сопротивление таких утилизаторов значительно ниже, а в части теплообмена в системе дымовые газы - вода полностью аналогичны интересующим нас прямоточно-распылительным аппаратам. Однако есть и существенные отличия, о которых скажем ниже.

Разработчики аппаратов КТАН и ТАНТЕК не рассматривают в своих публикациях особенности теплопереноса при непосредственном контакте дымовых газов и воды, поэтому остановимся на них несколько подробнее.

Основные процессы в системе дымовые газы - вода.

Результат взаимодействия нагретых дымовых газов (по составу и свойствам это фактически влажный воздух) и воды (в виде капель того или иного размера), которую назовём теплоаккумулирующей средой (она может использоваться в качестве основного или промежуточного теплоносителя), определяется целым комплексом процессов.

Одновременно с нагреванием может происходить конденсация влаги на поверхности капель или испарение. Фактически возможны три варианта взаимного направления потоков теплоты и влаги (теплопередачи и массопередачи), которые зависят от соотношения температур фаз и соотношения парциальных давлений пара в пограничном слое (возле капли) и в ядре газового потока (рис. 1а).

При этом первый (верхний) случай, когда потоки теплоты и влаги направлены от капель к газу, соответствует испарительному охлаждению воды; второй (средний) - нагреванию капель при одновременном испарении влаги с их поверхности; третий (нижний) вариант, по которому теплота и влага направлены от газа к каплям, отражает нагревание воды с конденсацией паров. (Казалось бы, что должен существовать и четвёртый вариант, когда охлаждение капель и нагревание газа сопровождаются конденсацией влаги, однако на практике это не встречается.)

Все описанные процессы наглядно можно представить на диаграмме состояния влажного воздуха Рамзина (Н - х диаграмме, рис. 1б).

Уже из сказанного можно сделать вывод, что наиболее желателен третий вариант, но чтобы понять, как его обеспечить, необходимо дополнительно к изложенному в напомнить:

Количество водяных паров, содержащихся в 1 м3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Водяной пар занимает весь объём смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна плотности водяного пара (в данных условиях) рп

При насыщении воздуха паром наступает момент, когда начинается конденсация, т.е. достигается предельно возможное содержание пара в воздухе при данной температуре, что соответствует плотности насыщенного водяного пара рн;

Отношение абсолютной влажности к максимально возможному количеству пара в 1 м3 воздуха при данном давлении и температуре называется относительной влажностью воздуха ф;

Количество водяного пара в кг, приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха х;

Влажный воздух как теплоноситель характеризуется энтальпией / (теплосодержанием), являющейся функцией температуры и влагосодержания воздуха и равной сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара . В наиболее удобном для применения на практике виде формулу для расчёта энтальпии можно представить

I= (1000 + 1,97 103х) t+ 2493 103х Дж/кг сухого воздуха, где 1000 - удельная теплоёмкость сухого воздуха, Дж/кг*град); 1,97*103 - удельная теплоёмкость пара, Дж/(кг*град); 2493*103 - постоянный коэффициент, примерно равный энтальпии пара при 0°С; t- температура воздуха, °С;

I = 0,24t + (595 + 0,47t) Xккал/кг сухого воздуха; где 595 - постоянный коэффициент, примерно равный энтальпии пара при 0°С; 0,24 - удельная теплоёмкость сухого воздуха, ккал/(кгтрад); 0,47 - теплоёмкость пара, ккал/(кгтрад);

При охлаждении воздуха (в условиях постоянного влагосодержания) относительная влажность будет возрастать до тех пор, пока не достигнет 100%. Соответствующая этому температура называется температурой точки росы. Её значение определяется исключительно влагосодержанием воздуха. На диаграмме Рамзина это точка пересечения вертикальной прямой х = const с линией ф = 1.

Охлаждение воздуха ниже точки росы сопровождается конденсацией влаги, т.е. осушкой воздуха.

Некоторую путаницу вносят издания, приводящие значения точки росы для различных твёрдых и жидких топлив порядка 130-150°С. Надо иметь в виду, что это касается начала конденсации паров серной и сернистой кислот (обозначим eetpK), а не водяного пара (tp), о котором мы говорили выше. Для последнего температура точки росы значительно ниже (40-50°С).

Итак, три величины - расход, температура и влагосодержание (либо температура мокрого термометра) - в полной мере характеризуют дымовые газы как источник вторичных энергоресурсов.

При контакте воды с горячими газами первоначально происходит процесс нагревания жидкости и конденсации паров на поверхности холодных капель (соответствует 3-му варианту на рис. 1а) до тех пор, пока не будет достигнута температура, соответствующая точке росы для газа, т.е. граница перехода ко второму режиму (3-й вариант на рис. 1а). Далее, по мере нагревания воды и роста парциального давления пара у поверхности капель, количество теплоты, передаваемой им за счёт теплоотдачи Q1 будет уменьшаться, а количество теплоты, передаваемой от капель к дымовым газам за счёт испарения Q2, - возрастать. Продолжаться это будет до достижения равновесия (Q1= Q2), когда вся теплота, получаемая водой от дымового газа, будет возвращаться газу в виде теплоты испарения жидкости. После этого дальнейшее нагревание жидкости невозможно, и происходит её испарение при постоянной температуре. Достигаемая при этом температура называется температурой мокрого термометра tM(на практике определяют как температуру, показываемую термометром, шарик которого покрыт влажной тканью, с которой происходит испарение влаги).

Таким образом, если в утилизатор подавать воду с температурой, равной (или большей) tM, то будет наблюдаться адиабатическое (при постоянном теплосодержании) охлаждение газов и никакой теплоутилизации не будет (не считая негативных последствий - потерь воды и увлажнения газов).

Процесс становится более сложным, если учесть, что состав капель полидисперсный (обусловлен механизмами распада жидкостей при распылении). Мелкие капли мгновенно достигают tMи начинают испарятся, изменяя параметры газа в сторону увеличения влагосодержания, средние - могут находиться между tpи tM, а крупные - ниже tp, т.е.

нагреваются и конденсируют влагу. Всё это протекает одновременно при отсутствии чётких границ.

Всесторонне проанализировать результаты непосредственного контакта капель теплоаккумулирующей среды и горячих дымовых газов возможно только на основе математической модели, учитывающей весь комплекс явлений (одновременно протекающие тепло- и массоперенос, изменения параметров сред, аэродинамической обстановки, полидисперсный состав капельного потока и т.д.).

Описание модели и результатов анализа на её основе приведено в монографии , к которой мы и рекомендуем обратиться заинтересованному читателю. Здесь отметим лишь главное.

Для большинства дымовых газов температура мокрого термометра находится в пределах 45-55°С, т.е. вода в зоне непосредственного контакта с дымовыми газами, как отмечалось выше, может быть нагрета только до указанной температуры, хотя и с достаточно глубокой теплоутилизацией. Предварительное же увлажнение газов, как это предусматривается конструкцией ТАНТЕК, не только не приводит к увеличению количества утилизируемой теплоты, а даже к его снижению.

И, наконец, следует учитывать, что при утилизации теплоты даже из газов, не содержащих сернистые соединения, охлаждать их ниже 80°С не следует (затрудняется их эвакуация в окружающую среду через газоход и дымовую трубу).

Поясним сказанное на конкретном примере. Пусть дымовые газы после котла в количестве 5000 кг/ч, имеющие температуру 130°С и влагосодержание 0,05 кг/кг, контактируют с теплоутилизирующей средой (водой, tH= 15°С). Из Н-х диаграммы находим: tM= 49,5°С; tp= 40°С; I = 64 ккал/кг. Расчёты по модели показали, что при охлаждении газов до 80°С полидисперсным потоком капель со средним диаметром 480 мкм, влагосодержание фактически остаётся неизменным (испарение мелких капель компенсируется конденсацией на крупных), tMстановится равной 45°С, а теплосодержание I = 50 ккал/кг. Таким образом, утилизируется 0,07 Гкал/ч теплоты, а теплоаккумулирующая среда в количестве 2,5 м3/ч нагревается с 15 до 45°С.

Если же использовать ТАНТЕК и предварительно провести увлажнение - адиабатическое охлаждение газов до t- 100°С, а далее охлаждать до 80°С при X = const, то конечные параметры газа будут: tM = 48°С; I = 61,5°С. И хотя вода нагреется несколько выше (до 48°С), количество утилизируемой теплоты уменьшается в 4 раза и составит 0,0175 Гкал/ч.

Варианты организации утилизации теплоты.

Решение конкретной задачи утилизации теплоты дымовых газов зависит от ряда факторов, в том числе от наличия загрязняющих веществ (определяется видом сжигаемого топлива и объектом нагревания дымовыми газами), наличием потребителя теплоты или непосредственно горячей воды и т.д.

На первом этапе следует определить количество теплоты, которое в принципе может быть извлечено из имеющихся дымовых газов, и оценить экономическую целесообразность теплоутилизации, так как капитальные затраты на неё не пропорциональны количеству утилизируемой теплоты.

Если ответ на первый вопрос положительный, то следует оценить возможность использования умеренно нагретой воды (например, при сжигании природного газа направить её на подготовку подпиточной воды котлов или теплосети, а при загрязнении пылевыми частицами целевого продукта использовать на приготовление сырьевой массы, например в производстве керамических изделий и т.п.). Если вода слишком загрязнена, можно предусмотреть двухконтурную систему или теплоутилизацию сочетать с очисткой дымовых газов (получить более высокие (выше 45-5СРС) температуры или поверхностную ступень).

Вариантов организации процесса утилизации теплоты много. От выбора оптимального решения зависит экономическая эффективность мероприятия.

Литература:

1. Галустов B.C. Тепломассообменные процессы и аппараты с непосредственным контактом фаз в теплоэнергетике // Энергия и менеджмент.- 2003.- № 4.

2. Галустов B.C. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике.- М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Суханов В.И. и др. Установки утилизации тепла и очистки дымовых газов паровых и водогрейных котлов.- М.: АКВА-ТЕРМ, июль 2001.

4. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Госхимиздат, 1962.-С.736-738.

В продолжение темы:
Отопление в нежилых помещениях

В наши дни ландшафтный дизайн, как направление, развивается стремительными темпами. Дизайнеры и архитекторы занимаются оформлением участков и территорий в разнообразных...

Новые статьи
/
Популярные