Рис. 5. Схема утилизации теплоты уходящих газов для закрытой тепловой сети: 1 – водогрейный котел; 2 – оборудование химводоочистки и деаэрации тепловой сети; 3 – контактный охладитель газов;

4 – теплообменник подогрева подпиточной воды; 5 – контактный воздухоподогреватель; 6 – калорифер догрева воздуха;

7 – насос подпиточной воды

21

При необходимости в циркуляционный контур может быть включен промежуточный теплообменник, в котором нагрев подпиточной воды будет производиться с помощью орошающей воды, то есть подпиточная вода не будет иметь прямого контакта с продуктами сгорания (рис. 5, в).

В схеме для открытой системы теплоснабжения вся подпиточная вода подогревается в контактном охладителе газов до температуры около 30 % и подается на ХВО и деаэрацию. Включение в контур утилизации воздухоподогревателя для открытой тепловой сети нецелесообразно вследствие наличия большого количества воды, достаточного для эффективного охлаждения продуктов сгорания. В случае закрытой системы теплоснабжения ввиду недостаточного количества охлаждающей воды в контур утилизации включен воздухоподогреватель.

Для снижения коррозионных повреждений в дымовой трубе часть газов по байпасной линии перепускается мимо охладителя газов.

Технико-экономические показатели системы приведены в табл. 11. Принципиальная схема утилизации теплоты дымовых газов, с примене-

нием поверхностного воздухоподогревателя представлена на рис. 6, а. Охлаждающая вода подается сверху в контактный теплообменник навстречу восходящему потоку газов. Нагреваясь, вода поступает в декарбонизатор 2 через гидрозатворы 3. В декарбонизаторе вода продувается воздухом и подастся в теплообменник 4, где нагревает сырую или химическую очищенную воду, затем снова по замкнутому контуру направляется в контактный теплообменник. Воздух в декарбонизаторе 2 нагревается, увлажняется и подается в поверхностный воздухоподогреватель, где за счет конденсации паров нагревает воздух, поступающий на атмосферы, при этом сам осушается. После смешения оба потока воздуха подаются в топку котла.

Таблица 11

Технико-экономические показатели систем утилизации теплоты уходящих газов котла КВГМ -180

Использование подобной установки целесообразно с целью увеличения тепловой мощности котельной. В этом случае необходимо использовать весь

22

объем газов, а для предотвращения конденсации водяных паров следует смешивать их с высокотемпературными дымовыми газами, образованными при сжигании дополнительного количества топлива. Для этой цели перед дымососом предусмотрена смесительная камера 7 в дымоходе с патрубком, в котором расположены горелки 8, благодаря которым осуществляется подогрев уходящих газов за 25-50 ºС.

В том случае, когда утилизация теплоты дымовых газов имеет целью снижение расхода топлива, может быть использована установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 6, б.

Увлажненный воздух засасывается из декарбонизатора в контактный теплообменник и выбрасывается вместе с дымовыми газами через дымовую трубу в атмосферу, а для предотвращения конденсации водяных паров производится байпасирование дымовых газов.

Для обеспечения бескоррозионной работы газоходов и дымовой трубы необходимо обеспечить подсушку уходящих дымовых газов. Для этой цели часть дымовых газов по байпасному газоходу перепускается мимо утилизаторов.

Схема с подогревомдымовых газовпослеутилизатораприведенанарис.7,а. Дымовые газы проходят через утилизаторы, в которых охлаждаются омагниченной водой со 190 до 40 ° С. При этом по расчету конденсируется около 1,13 кг/м3 газа. Конденсат отводится из газохода через гидрозатвор. Около 20 % капель конденсата будет унесено потоком газа. По ходу дымовых газов устанавливается калорифер II ступени, осуществляющий подогрев дымовых газов до 70 °С, т.е. выше точки росы, для предотвращения процессов конденса-

ции в дымовой трубе и подводящих газоходах.

Греющей средой является вода внутреннего контура циркуляции.

Схема утилизации теплоты дымовых газов с частичным перепуском дымовых газов по байпасу приведена на рис. 7, б.

По схеме часть потока газов (примерно 70 %) проходит через утилизаторы, где охлаждается до температуры 40 ºС, т.е. «ниже точки росы», при этом происходит конденсация части водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Около 30 % газов перепускается по обводному газоходу и, смешиваясь с газом, прошедшим через утилизатор, охлаждается до 70-80 ºС .

Конденсат, образовавшийся в теплоутилизаторе, отводится через гидрозатвор в бак. Поскольку конденсат является обессоленной водой, в отопительный период его используют для приготовления подпиточной воды, летом сбрасывают в продувочный колодец, так как использование его в открытых схемах потребления, где требуется вода питьевого качества, недопустимо.

Количество конденсата может достигать около 1 кг/м3 газа, что создает дополнительный резерв для экономии воды в котельных.

Технические характеристики конденсационных теплоутилизаторов, которыемогутприменяться вкотельных для нагреваводы,приведенывтабл12. .

23

а)

б)

Рис. 6. Схема утилизации теплоты дымовых газов котла КВ–ГМ:

а– утилизация с воздухоподогревателем; б – утилизация с обводным газоходом; 1 – контактный подогреватель циркулирующей воды;

2 – декарбонизатор; 3 – гидрозатворы; 4 – теплообменник; 5 – насос; 6 – воздухоподогреватель; 7 – смесительный газоход; 8 – горелка

24

а)

б)

Очищенная вода

Дымовые газы к дымососу

Деаэратор

4

3

Рис. 7. Схема подключения конденсационных утилизаторов теплоты дымовых газов: а – с подогревом газов; б – с байпасированием

газов; 1 – котел; 2 – конденсационный утилизатор; 3 – теплообменник; 4 – бак для сбора конденсата;

5 – бак системы горячего водоснабжения

25

Таблица 12

Техническая характеристика калориферов КСК3-02хЛЗА и КСК 4-С2хЛЗА

2. МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОНТАКТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ

ЗА КОТЛАМИ

При расчете КТАН заданы: расход газа Gс.г., начальная температура дымовых газов t0, начальная температура воды tв. Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах αух.

По этим данным определяются начальное влагосодержание дымовых газов x0 (кг/кг с.г.) и их начальная энтальпия i0 по формуле:

где с2 – теплоемкость газа, кДж/кг∙(tпр2-t”ст)

Определяются конечные параметры теплоносителей: энтальпию газа на выходе из КТАНа iк и энтальпию воды на выходе из КТАНа iвк.

Значение iк принимаются в зависимости от начальной температуры воды tв0 путем построения процесса в Jd - диаграмме.

Рекомендуются следующие значения: tв0= 10, 20, 30, 40, 50 оC,

iк= 115, 140, 160, 220, 310 кДж/кг с.г.

Температура воды на выходе из КТАНа tвк определяется исходя из сл е- дующих соображений: в сечении КТАН, соответствующему моменту перехода «сухого» режима в конденсационный, энтальпия дымовых газов должна быть больше энтальпии насыщенного воздуха при температуре стенки, равной температуре точки росы дымовых газов. Так как в граничном сечении влагосодержание газов и насыщенного воздуха при температуре точки росы одинаковы, то превышение энтальпии газов над энтальпией стенки составит

Разность ( tгпр −tст// ) следует принимать для водогрейных котлов 80 оC Величина tвк, оC определяется по формуле

tпрв= tp - ∆; tв0= t0cm - ∆;

где t0cm, tкcm – начальная и конечная температура стенки, соответствующая начальному и конечному значениям температуры воды;

∆= tcm – tв (принимается 2oС);

tпрв – температура воды в граничном сечении, oС;

27

tр – температура точки росы, oС.

Значение температуры точки росы определяется по Jdдиаграмме либо по следующей зависимости:

Энтальпия газов в сечении КТАНа, где температура стенки станет равной температуре точки росы, находится из соотношения

После этого определяются конечная температура воды tкcm и ∆, а также конечная температура воды tкв.

На этом заканчивается расчет параметров теплоносителей в «узловых» точках и далее проводят расчет отдельно для «сухой» и конденсационной зон.

2.1. Расчет «сухой» зоны

При расчете «сухой» зоны коэффициент теплопередачи от дымовых газов к жидкости, циркулирующей внутри змеевика К, кДж/м2∙ч∙К, определяется по формуле

где К – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к жидкости, кДж/м2∙ч∙К;

αг, αв – соответственно коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к наружной стенке змеевика и коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки к воде внутри змеевика;

δcm, – толщина материала стенки трубки змеевика, м;

λ cm – коэффициент теплопроводности материала стенки трубки змеевика, кДж/(м∙К).

Начальная разность температур газов и стенки ∆t0, oC определяется из выражения

где tкс.г. – начальная температура стенки, oC.

Конечная разность температур газов и стенки равна ранее принятому значению, то есть 80 oC.

28

Соответственно находят среднюю разность температур газов и стенки ∆tср, oC по формуле

где ∆tб, ∆tм – соответственно большая и меньшая разности температур, оС. Величина теплового потока gc, Вт/м2:

Теплопроводность ∆Qc, кДж/ч определяется по формуле

∆Qc=Gс.г.(i0–iгпр). (2.10)

Площадь поверхности нагрева Fс, м2 определяется по формуле

2.2. Расчет конденсационной зоны

Конденсационная зона рассчитывается по уравнению

где в качестве расчетного значения ∆iср следует использовать среднее интегральное значение разности ( iг −iст// );

σ – коэффициент массоотдачи, кг/(м2∙ч).

Текущее значение iг и iст// , кДж/кг, находят из экспериментально выведенных соотношений:

29

Используя выражение (13) и (14) после интегрирования и подстановки пределов получаем:

Затем для конденсационной зоны определяется тепловая мощность ∆Qк, Вт, тепловой поток gк, Вт/м2, и площадь поверхности теплообмена Fк, м2, по формулам:

По результатам расчетов и данным [2, табл. 2] cтроится в Jd-диаграммах кривая энтальпии насыщенных паров. По результатам расчетов на ЭВМ строится Jd-диаграмма продуктов сгорания при различных значениях коэффициента избытка воздуха α в правой части графика.

Принимаем температуру уходящих газов tух=t0=150 оС восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с линией α=1,35 и через эту точку проводим горизонтальную прямую. Эта линия будет соответствовать энтальпии газов на входе в контактный теплоутилизатор.

Далее наносим точку А, соответствующую состоянию дымовых газов на выходе из контактного теплоутилизатора. Принимая температуру точки росы уходящих газов равной 55 oС при α=1,35 согласно [2], восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой энтальпий насыщенных паров. Получаем точку d, над которой в выбранном масштабе откладываем на этом же перпендикуляре значение разности ∆iг:

Получаем точку Б, которая соответствует состоянию дымовых газов на границе «сухой» и конденсационной зон. Соединяем точку А и Б прямой лин и- ей и продолжаем ее до пересечения с горизонталью i0.

Получаем точку В, которая соответствует температуре стенки охлаждающего змеевика во входном по ходу движения дымовых газов сечении контактного теплоутилизатора.

Полученная прямая А-Б-В – это линия температур стенки змеевика. Участок А-Б соответствует конденсационной зоне, а Б-В – «сухой» зоне.

Наиболее эффективно применение контактных теплоутилизаторов для нагрева холодной подпиточной воды, так как в этом случае вся поверхность

30