котел утилизатор что это такое
Принцип работы котла утилизатора, как работают котлы утилизаторы
Что такое котел утилизатор? Это котел, который в качестве источника топлива использует теплоту уходящих газов мартеновских печей, плавилен, сушильных цехов и так далее. Разобраться, как работает котел утилизатор и какие особенности он имеет, предстоит далее.
Зачем нужны котлы утилизаторы?
В реальной жизни человек привык к тому, что энергией называют только электричество. На деле помимо электричества существует еще и тепловая энергия. Причем не известно, что важнее. Тепловая энергия регулярно используется человечеством в виде тепла для приготовления пищи, горячей воды и пара, который вращает огромные турбины для получения того самого электричества.
Но технологический процесс зачастую не предусматривает утилизации остаточного тепла в уходящих газах. В особенности это касается высокотемпературных химических производств и заводов металлургии. Уходящие газы здесь достигают температуры 1200 градусов. Помимо бесполезной траты денег, выброс газов приводит к ухудшению экологической ситуации. Использование котлов-утилизаторов значительно снижает ущерб, наносимый окружающей природе.
Отличие от обыкновенных котлов
Обычный котел условно можно разделить на несколько частей:
Устройство котлов –утилизаторов немного отличается. У них топки нет. Ее роль выполняет технологический процесс производства. Часто газы перед подачей в котел пропускают через камеру сжигания частиц, чтобы отчистить уходящие газы от шлаков и других твердых загрязнений, способных повредить внутреннюю поверхности оборудования котла.
По той же причине в котлах-утилизаторах нельзя использовать обычные марки стали, все трубы выполняются из высших сортов металла, чтобы уберечь оборудование от воздействия твердых частиц.
Принцип работы
Принцип работы котла-утилизатора – это не сложный процесс. Представим себе пространство, чаще всего трубу, заполненную отсеками труб с циркулирующей в них водой. Использовать отсеки дешевле, поскольку на каждый отсек устанавливается отдельный насос, поддерживающий циркуляцию жидкости. Много малых насосов дешевле большого той же мощности. Принудительная циркуляция жидкости ускоряет парообразование.
Вода под воздействием температур делится на слои, каждый из которых обладает своей плотность. Вследствие прогревания нижних слоев и подъема их наверх, происходит перемешивание и циркуляция жидкости в трубах. Механическая циркуляция значительно ускоряет этот процесс. Использование насосов позволяет распределять тепло равномерно.
Сквозь трубы с водой проходят отработанные дымовые газы с высокими температурами. Отработанные газы служат источником тепла. Для ускорения процесса на входе в котел стоит вентилятор. Все устройство содержит в себе несколько вентиляторов, которые позволяют несколько раз прогнать дым сквозь топку для достижения максимального эффекта.
После котла пар поступает к потребителю, откуда возвращается в бак с водой. К баку происходит постоянное подмешивание подпиточной воды. Цикл не может постоянно использовать одну и ту же жидкость, потери при прохождении сети труб от котла к потребителю неизбежны.
Чтобы понять принцип работы-котла утилизатора, необходимо знать, как происходит подготовка питательной воды. Для ее подготовки используется деаэратор, который избавляет воду из общегородской сети от примесей калия и магния. Именно эти элементы отвечают за образование накипи. Без предварительной отчистки трубы в котле и на пути к потребителю быстро зарастут. В лучшем случае это ухудшит теплообмен, в худшем полностью остановит работу котла.
Перед подачей в барабан подготовленная вода подогревается, чтобы снизить теплопотери паровой смеси на нагрев внесенной жидкости. Для этого используется экономайзер. Принцип работы экономайзера не отличается от принципа работы теплообменника в самом котле: это сеть труб, через которые вода течет в барабан котла. Через эти трубы отработанный газ после теплообменников уходит в атмосферу.
Обратите внимание: через экономайзер вода не циркулирует, а протекает сразу в барабан котла по змеящемуся трубопроводу. Дым здесь так же не циркулирует, просто проходя сквозь трубы. Нагреть питательную воду отработанными газами невозможно, использование насосов и вентиляторов здесь нецелесообразно. Газ на этом этапе уже отдал максимальный запас тепла, задача экономайзера – сделать цикл еще экономичнее.
Так вкратце выглядит схема работы котла-утилизатора.
Классификация
Выделим основные виды котлов-утилизаторов:
Кроме того, выделяют котлы с естественной и вынужденной циркуляцией жидкости и газов. Но использовать естественную циркуляцию сегодня невыгодно. Это было оправдано в годы, когда насосное оборудование стоило дорого и не было возможности подобрать устройство для каждой конкретной машины. Сегодня такая возможность есть.
Использование принудительной циркуляции позволяет уменьшить габариты котла, сделать его более эффективным и экономически целесообразным. Эффективность котла измеряется в Вт, то есть единицах тепла в единицу времени. Мощность котла соотносится с теплопотребностью здания при выборе оборудования.
При подборе утилизатора учитывается так же и максимальные возможности уходящих газов по отдаче тепла. Вытянуть всю энергию не получится, это противоречит второму закону сохранения энергии.
Куда расходуется пар?
Утилизаторы устанавливаются на заводах. Завод это не только станки и плавильни, еще это сеть столовых, залы для отдыха и система отопления. Чаще всего пар используется для нужд самого завода. Этот теплоноситель бежит по трубам отопления, подогревает воду для хозяйственных целей, используется для нагрева поступающего в помещения воздуха.
Если мощности завода позволяют, то частично пар может использоваться для отопления близлежащих домов. Но это большая редкость, поскольку столь громадные предприятия в наше время убыточны, а потому не нужны.
Утилизаторы для дома
Котлы-утилизаторы для дома не используются и точка. Это огромные агрегаты промышленного назначения. Утилизировать газы, которые появляются в процессе эксплуатации дома просто нерентабельно, а значит не нужно. Поэтому для домов любых размеров, включая многоквартирные строения, утилизаторы не используются. Этот аппарат был изобретен для заводов и исключительно в промышленности используется до сих пор.
Принцип работы котла утилизатора
Мировая индустрия сегодня потребляет огромное количество энергии. Самая большая проблема состоит в том, что половина ее тратится впустую из-за неэффективных процессов генерации. Тепло в виде пара, горячей воды или дымовых газов выбрасывается в окружающую среду практически в любом производственном цикле.
Сегодня, используя интеллектуальные современные системы утилизации, отработанное тепло можно повторно использовать для других целей, что снижает выбросы углерода в атмосферу и тепловое загрязнение окружающей среды. Статистика подтверждает, что крупными источниками теплового загрязнения являются нефтепереработка, металлургия и энергетика.
Что такое котел утилизатор
Котлы для регенерации бросового тепла устанавливаются в промышленности, особенно на заводах по выработке этилена и аммиака, серной и азотной кислот. Котлы утилизаторы отходящих газов паросиловых установок применяются, чтобы повысить общий К.П.Д. тепловых станций.
Конструкционно котел выполнен, как нечто среднее между обычным кожухотрубным теплообменником и жаротрубным котлом. Его первоначальной функцией было охлаждение высокотемпературного отработанного газа, в качестве побочного продукта, он выполнял генерацию пара низкого давления.
Сегодня аспект защиты окружающей среды приобретает все большее значение, требования к условиям эксплуатации, стали все более жесткими, поэтому выработка вторичных энергоресурсов, стала неотъемлемой частью любого нового или реконструированного проекта.
Для эффективной работы КУ применяют тепло, выбрасываемое от других производственных процессов, поэтому устройства, в большинстве случаев, не имеют камеру сгорания. Поскольку они работают в агрессивной среде и в зонах высоких температур, ремонт котлов утилизаторов проводится намного чаще, чем основного технологического котельного оборудования.
Вторичная энергия, полученная от КУ в виде пароводяной или воздушной смеси, используется при производстве электроэнергии или в когенерационных схемах. Котлы изготавливаются, как отечественными, так и зарубежными заводами и предназначены для регенерации вторичных энергоресурсов.
При всем внешнем сходстве с обычными технологическими котлами, утилизаторы обладают значительными отличиями.
Типичный КУ имеет:
Эффективность теплообменника зависит от трех факторов: температуры газа на входе в котел, объема и способа доставки источника вторичных энергоресурсов.
Применение котлов утилизаторов
Котлы утилизаторы нашли широкое применение в промышленном секторе и системах жизнеобеспечения, используя энергию уходящих газов.
Поскольку устройство не подключено к системам топливоподачи или другим источникам природных энергоносителей, для эффективности схемы регенерации котел устанавливают непосредственно в точке бросовой энергии.
Области применения устройств для использования вторичных энергоресурсов:
В России несколько заводов выпускающие подобное оборудование, их номенклатура способна удовлетворить широкий спектр использования вторичных энергоресурсов. Отличительной чертой таких КУ является их уникальность, поскольку они выпускаются индивидуально под реальные выбросы, фактически установленное оборудование и площадку для монтажа.
Виды котлов-утилизаторов в России:
Основные технические данные КУ для энергетики:
Принцип работы
Принцип работы КУ зависит от схемы выработки вторичных энергоресурсов и движения газов – в трубном или межтрубном пространстве.
Газотрубные утилизаторы, вторичный энергоноситель движется в газовом пространстве, вертикальном или горизонтальном. Такие установки обычно устанавливаются в схеме работы мартеновских или других печей, они обладают малыми показателями энергоэффективности.
Принцип работы котлов утилизаторов:
Испарительный элемент выполнен ввиде параллельных секций, что уменьшает сопротивление среды, и дает возможность использовать маломощные насосы для циркуляции воды. Схема такого КУ выполняется горизонтальной или вертикальной и определяется фактической схемой расположения оборудования.
В когенерационных установках в виде вторичных энергоресурсов используют тепло газов от турбин. Полученный пар применяется для нагревания воды в бойлерной системе отопления или на технические нужды промышленных объектов. Обычно это одноконтурные котлы с принудительной циркуляцией.
Пиролизные КУ обрабатывают отходы жилищно-коммунальной сферы и промышленности, для чего оснащены озонатором, развивающим высокотемпературный режим, что позволяет сжигать любые полимерные или бытовые отходы.
Классификация котлов утилизаторов
КУ классифицируются по таким параметрам:
Тепловой расчет утилизатора
Для выполнения теплового расчета КУ потребуются данные уходящих газов от первичной установки генерации заданные параметры сред. Задача состоит в определении показателей сред, участвующих в процессах теплопередачи по конструктивным элементам утилизатора.
КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Описание разновидностей котлов-утилизаторов
Котлы-утилизаторы используют тепловую энергию отработанных газов
Работа теплообменных агрегатов основывается на передаче энергии, имеющейся в горячих газовых массах, жидкому теплоносителю. Утилизационный котел обычно не оснащается горелкой, так как его конструкция не предполагает нагревания и сгорания топливных ресурсов. Зато в него вмонтированы электрод накаливания и блок, обеспечивающий искусственное перемещение газа по внутренним путям котлоагрегата. Устройства различаются по ряду характеристик: они бывают одно- и двухконтурными, с разными габаритами нагревательного бачка.
В зависимости от температуры отходящих газов агрегаты можно разделить на работающие с низкими и высокими температурами. В первую категорию попадают показатели до 900 °С, во вторую – превышающие 1000°С.
По принципу работы котлы утилизаторы можно разделить на два класса. Паровые агрегаты применяются для генерации горячего пара для отопления или использования в промышленности. Водогрейные устройства принимают газы, которые отходят от установки, и передают их тепло воде. Последняя может быть использована для отопительных или иных целей.
Паровые устройства и котлы, предназначенные для подогрева воды, могут быть оборудованы топочной камерой. Поскольку при вторичной переработке масс газов, которые при ином раскладе попадали бы в атмосферу, генерируется много энергии, такие котлы иногда применяются для производства электричества. Существуют модели, не оснащенные топкой. В таких устройствах газы непосредственно воздействуют на теплообменник с жидкостью или паром.
Все элементы конструкции, в которых идут процессы горения, изготавливаются из огнестойких материалов.
Котлы утилизаторы ПГУ
Как правило, все утилизаторы состоят из одинаковых основных элементов, имеют схожую конструкцию и аналогичный принцип действия.
Котел состоит из нагревательной камеры, металлических камер для испарения воды, установки по дымоулавливанию. Это необходимо для аккумуляции газового облака и прессовке его в ресивер – специальный накопитель, который рассчитан на давление 5 атмосфер.
Принцип действия состоит из трех последовательных этапов:
Настенные электрические котлы Protherm – это альтернатива газовому отоплению с целым рядом неоспоримых преимуществ!
Подробнее о деаэраторе дв, читайте здесь.
Такие котлы не оснащаются отдельной камерой-топкой как другие отопительные устройства, использующие твердотопливное или жидкое сырье.
Использование отдельной камеры нецелесообразно, так как дым или выхлопной газ – легкое сырье, склонное к утечкам, которое сразу же дожигается. По такому принципу работают все котлы утилизаторы пгу.
Комплектация оборудования
В базовой комплектации котлоагрегаты снабжены достаточным количеством функциональных блоков. В нее обязательно входят насосная группа, изоляционные устройства, панель управления.
Переориентации производственного предприятия или освоении им новых сфер деятельности может появляться нужда в дополнительных технических приспособлениях. Оно может включать в себя такие элементы:
В некоторых многокомпонентных системах используются также арматурные элементы из арсенала сантехника. Они нужны для конструирования различных типов теплообменных устройств.
В некоторых ситуациях целесообразно приобрести и источник бесперебойного электричества. Конструкция ряда моделей предусматривает возможность подключения горелки.
Технические характеристики
Использование газовых отходов в полном объеме позволяет котлам иметь высокие показатели КПД. У устройств, работающих на жидком или твердом топливе, они существенно меньше. Однако если теплообменные поверхности сильно засорены, эффективность работы агрегата снижается. Чистить эти части конструкции можно, обмывая водой или обдувая паром. Практикуется также технология виброочистки.
В разных отраслях промышленности на определенных этапах цикла производства задействуются различные типы котлов. Они отличаются числом парообразовательных регистров, параметрами мощности, используемыми циркуляционными схемами, требовательностью к качеству теплоносителя.
Насколько эффективно будет работать агрегат, зависит от типа подачи, количества газовых масс и их температуры. Объемы выбрасываемых отходов у разных видов промышленности отличаются. Наибольшее количество образуется при переработке нефти и в металлургии. Специфичным для последней является шихтовый газ. Присутствие окалины металлов благоприятно для прогорания газового топлива.
Описание разновидностей
В зависимости от температуры отходящих газов котлы утилизаторы делятся на следующие виды: низкотемпературные (конвекционные 900 °С) и высокотемпературные (свыше 1000°С).
По принципу работы виды бывают такие: паровые (с паросборником и без) и водогрейные.
Котел-утилизатор (водогрейный и паровой) по конструкции бывает двух видов:
Достоинства и недостатки
Котел-утилизатор снижает энергетические выбросы
От других типов котлоагрегатов рассматриваемые устройства отличаются отсутствием потребности в добавочном топливе. Утилизатор функционирует только на газовых отходах. Это позволяет использовать топливо значительно эффективнее, а также снизить затраты на очистку выхлопов. Кроме того, применение таких котлов на предприятиях положительно влияет на окружающую среду. Энергетические выбросы существенно понижаются. За счет снижения объемов сжигаемого топлива, содержащего углеводород, в атмосферу попадает значительно меньшее количество парниковых газов. Энергосберегающий производственный цикл снижает издержки предприятия.
Холодные детали агрегата подвергаются коррозии. Эффективность использования утилизатора зависит от того, до какой температуры нагреты вырабатываемые газы.
КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Основным производителем котлов-утилизаторов является Белгородский котельный завод, разработавший совместно с НПО ЦКТИ более 200 конструкций различных типов котлов-утилизаторов.
Среди различных типов котлов-утилизаторов в отдельную группу выделены газотрубные котлы. Маркировка газотрубных котлов: Г — горизонтальный, В – вертикальный, Б – с выносным барабаном–сепаратором, И – с предвключенной испарительной поверхностью, П – с пароперегревателем, Э – с экономайзером.
Таблица 2.1 Основные технические характеристики котлов-утилизаторов
| Тип котла | Назначение | Паропроизводительност, т\ч | Давление, МПа | Температура, С0 | Объем дымовых газов, м3/ч | Температура газов перед котлом, Со | Температура уходящих газов Со |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Г-150 | Охлаждение технологических газов в процессе обезвреживания сероводородных газов | 0,53 | 0,5 | 151 | 2293 | 360 | 159 |
| Г-420 | 1,0 | 0,5 | 151 | 7257 | 280 | 155 | |
| Г-950 | 5,0 | 0,5 | 151 | 21870 | 287 | 161 | |
| Г-250 | Охлаждение технологических газов | 3,2 | 1,4 | 194 | 16000 | 600 | 270 |
| Г-345 | 8,1 | 1,4 | 194 | 40000 | 600 | 260 | |
| Г-250П | 3,1 | 1,4 | 240 | 16000 | 600 | 260 | |
| Г-345П | 7,9 | 1,4 | 260 | 40000 | 600 | 250 | |
| Г-550П | 11,6 | 1,4 | 280 | 55000 | 600 | 240 | |
| Г-145Б | 4,7 | 1,4 | 194 | 8000 | 1200 | 280 | |
| Г-1030Б | 31 | 1,4 | 194 | 50000 | 1200 | 240 |
Окончание таблицы 2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Г-330БИ | 9,5 | 1,4 | 194 | 15000 | 1200 | 310 | ||
| Г-445БИ | 15,7 | 1,4 | 194 | 25000 | 1200 | 250 | ||
| Г-660БИ | 23,3 | 1,4 | 194 | 35000 | 1200 | 235 | ||
| В-90Б | 5,0 | 0,8 | 170 | 25000 | 850 | 560 | ||
| В-460Б | 6,6 | 1,4 | 194 | 60000 | 400 | 225 | ||
| Г-400ПЭ | В производстве азотной кислоты | 7,5 | 1,6 | 230 | 66500 | 405 | 185 | |
| Г-420БПЭ | 25 | 15 | 250 | 56200 | 900 | — | ||
| КС-200 ВТКУ-м | За обжиговыми печами кипящего слоя | 11 | 4 | 440 | 20000 | 900 | 450 | |
| КС-450 ВТКУ-М | 25 | 4 | 440 | 44000 | 900 | 450 | ||
| УККС 8/40 | 8 | 4,0 | 450 | 20740 | 825 | 350 | ||
| УККС 4/40 | 4 | 4,4 | 255 | 10370 | 900 | 350 | ||
| КС-100 ГТКУ | 7,1 | 4,3 | 255 | 10370 | 900 | 350 | ||
| КС-200 ГТКУ | 11 | 4,0 | 450 | 20740 | 900 | 430 | ||
| КУ-40-1 | Использование теплоты отходящих газов на предприятиях черной металлургии | 12,9 | 4,5 | 385 | 40000 | 850 | 248 | |
| КУ-40-1 | 13,45 | 1,8 | 385 | 40000 | 850 | 227 | ||
| КУ-60-2 | 19 | 4,5 | 392 | 60000 | 850 | 252 | ||
| КУ-60-2 | 19,9 | 1,8 | 366 | 60000 | 850 | 229 | ||
| КУ-80-3 | 25,8 | 4,5 | 385 | 80000 | 850 | 248 | ||
| КУ-80-3 | 26,9 | 1,8 | 358 | 80000 | 850 | 227 | ||
| КУ-100-1 | 32,6 | 4,5 | 382 | 100000 | 850 | 242 | ||
| КУ-100-1 | 33,9 | 1,8 | 360 | 100000 | 850 | 242 | ||
| КУ-125 | 40,8 | 4,5 | 385 | 125000 | 850 | — | ||
| КУ-125 | 42,4 | 1,8 | 365 | 125000 | 850 | — | ||
| КУ-100-Б | 32,5 | 1,8 | 395 | 100000 | 850 | 232 | ||
| КУ-150 | 50,5 | 4,5 | 393 | 150000 | 850 | 213 | ||
| КСТК-35/40-100 | Котел-утилизатор установки | 32,4 | 4 | 440 | 100000 | 800 | 170 | |
| КСТ-80 | 20 | 3,9 | 440 | 73944 | 800 | 180 | ||
Таблица 2.2 Основные технические характеристики котлов-утилизаторов с сжиганием топлива
| Тип котла | Назначение | Паропроизводительност, т\ч | Давление, МПа | Температура, С | Вид топлива | Расход топлива | Температура уходящих газов С |
| СЭТА-Ц-100-2М | Энерготехнологический агрегат | 13,1 | 4 | 440 | Сера | 100 т/сут | 490 |
| ПКСЦ-10/40 | 9,5 | 4 | 354 | Сероводород | 1600 м3/ч | 589 | |
| ЦП-60-С | Центральный пароперегреватель | 40 | 1,9 | 216-380 | Доменный газ | 4605 м3/ч | 204 |
Таблица 2.3 Основные конструктивные размеры элементов газотрубных котлов-утилизаторов
| Типоразмер котла | Дымогарные трубы | ||||
| Диаметр и толщина, D x d,мм | Количество n, шт | Суммарное наружное сечение ∑fif м2 | Суммарное внутреннее сечение ∑fof м2 | Длина, мм | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-150 | 32х3 | 356 | 0,286 | 0,08 | 4960 |
| Г-420 | 32х3 | 1044 | 0,839 | 0,236 | 4960 |
| Г-420 | 32х3 | 1600 | 1,286 | 0,362 | 8100 |
| Г-950 | 50х3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 3610 |
| Г-345, Г-345П | 50х3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 4960 |
| Г-550П | 50х3 | 700 | 1,373 | 1,064 | 4960 |
| Г-145Б | 50х3 | 212 | 6,416 | 0,322 | 4960 |
Окончание таблицы 2.3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-1030Б | 50х3 | 1032 | 2,025 | 1,569 | 7300 |
| Г-330БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 3400 |
| Г-445БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-660БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 7300 |
| В-90Б | 80х3,5 | 99 | 0,497 | 0,414 | — |
| В-460Б | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-400ПЭ | 50х3 | 790 | 1,550 | 1,208 | 3610 |
| Г-420БПЭ | 50х3 | 480 | 0,942 | 0,729 | 6300 |
Таблица 2.4 Расчетно-конструктивная характеристика конвективных, змеевиковых унифицированных КУ
| Характеристика | Типоразмер котла | Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||||
| Расчетная площадь поверхности нагрева, F, м2 | КУ-40-1 | 30 | 109,5 | 122 | 110,5 | 43,5 | 185 | ||
| КУ-60-1 | 46 | 173 | 92 | 175 | 70 | 247 | |||
| КУ-80-3 | 60 | 219 | 244 | 221 | 87 | 370 | |||
| КУ-100-1 | 85 | 285 | 315 | 295 | 110 | 460 | |||
| КУ-125 | 110 | 370 | 410 | 380 | 144 | 615 | |||
| КУ-150 | 133,2 | 415 | 475 | 436 | 166 | 725,1 | |||
| Число параллельно включенных змеевиков, z | КУ40-1 | 18 | 38 | 38 | — | 19 | 12 | ||
| КУ-60-2 | 28 | 60 | 60 | — | 30; 60 | 16 | |||
| КУ-80-3 | 36 | 76 | 76 | — | 38; 76 | 24 | |||
| КУ-100-1 | 40 | 80 | 80 | — | 40; 80 | 24 | |||
| КУ-125 | 52 | 104 | 104 | — | 52; 104 | 32 | |||
| КУ-150 | 64 | 120 | 120 | — | 60 | 32 | |||
| Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, | |||||||||
Окончание таблицы 2.4
| Характеристика | Типоразмер котла | Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||
| Площадь живого сечения для пара и воды, f, м2 | КУ-40-1 | 0,0096 | 0,0202 | 0,0202 | — | 0,0101 | 0,0063 |
| КУ-60-1 | 0,0148 | 0,0318 | 0,0318 | — | 00159 00318 | 0,0085 | |
| КУ-80-1 | 0,0192 | 0,0404 | 0,0404 | — | 0,0202 0,0404 | 0,0170 | |
| КУ-100-1 | 0,0212 | 0,0425 | 0,0425 | — | 0,0212 0,0425 | 0,0170 | |
| КУ-125 | 0,0276 | 0,0552 | 0,0552 | — | 0,0276 0,0552 | 0,0170 | |
| КУ-150 | 0,0340 | 0,0636 | 0,0636 | — | 0,0318 | 0,0170 | |
| Диаметр труб | 32/26 | ||||||
| Количество рядов по ходу газов | Для всех котлов КУ | 12 | 20 | 22 | 8 | 3; 16 | |
| Шаги по ширине | 172 | 86 | 90 | — | |||
| Шаги по глубине | 70 | — | — | ||||
| Эффективная толщина излучающего слоя, м | 0,161 | — | |||||
Таблица 2.5 Состав газов за различными технологическими
| Тип котла | Состав газов, % | ||||||
| СО2 | N2 | SO2 | CO2 | O2 | H2 | H2О | |
| Продукты сгорания среднего состава | 13 | 78,5 | — | — | 1,5 | — | 7 |
| Котлы за печами обжигания серного колчедана | — | 78,5 | 5,5 | — | 10 | — | 6 |
| Котлы для охлаждения конвертированных газов в производстве аммиака | 16,8 | 14,0 | — | 3,4 | — | 41,8 | 24 |
| Котлы установок сухого тушения кокса | 5 | 66,6 | 0,04 | 18 | — | 10 | — |
Таблица 2.6 Теплоемкость газов
| t, 0C | Состав дымовых газов | ||||||
| О2 | N2 | CO | CO2 | H2О | CO2 | H2 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 0 | 1,3046 | 1,2992 | 129922 | 1,5914 | 1,4943 | 1,7333 | 1,278 |
| 100 | 1,3167 | 1,304 | 1,3013 | 1,8132 | 1,5056 | 1,813 | 1,2905 |
| 200 | 1,3356 | 1,3042 | 1,3075 | 1,7961 | 1,5219 | 1,888 | 1,299 |
| 300 | 1,3565 | 1,3113 | 1,3172 | 1,8711 | 1,5424 | 1,957 | 1,3 |
| 400 | 1,3766 | 1,3205 | 1,3289 | 1,9377 | 1,5654 | 2,018 | 1,303 |
| 500 | 1,3967 | 1,3327 | 1,3431 | 1,9967 | 1,5893 | 2,072 | 1,307 |
| 600 | 1,416 | 1,3456 | 1,3578 | 2,0494 | 1,6144 | 2,1114 | 1,309 |
| 700 | 1,4344 | 1,359 | 1,3716 | 2,0967 | 1,6412 | 2,152 | 1,311 |
| 800 | 1,4503 | 1,3720 | 1,3854 | 2,1395 | 1,6684 | 2,186 | 1,316 |
| 900 | 1,4645 | 1,385 | 1,3984 | 21788 | 1,6957 | 2,215 | 1,324 |
| 1000 | 1,4775 | 1,3971 | 1,4114 | 2,214 | 1,7229 | 2,24 | 1,328 |
Котлы на отходящих газах технологических агрегатов (главным образом промышленных печей) называются котлами-утилизаторами КУ.
Наибольшее распространение находят унифицированные котлы общего назначения Белгородского завода энергетического машиностроения: КУ-40-1, КУ-60-2, КУ-80-3, КУ-125, КУ-150. Они предназначены для установки за мартеновскими, нагревательными печами и другими технологическими агрегатами. В обозначении типа КУ первое двух- или трехзначное число указывает расчетный для него проход продуктов сгорания в тыс. м3/ч для 0°C, а второе однозначное число – порядковый номер модификации.
Котлы изготавливают из унифицированных змеевиковых секций, имеют многократную принудительную циркуляцию и П-образную компоновку газоходов. Котлы обладают большим аэродинамическим сопротивлением /порядка 1,2 кПа/м2/, при работе на отходящих газах с механическими примесями быстро засоряются. Газоплотность КУ низка и подсос воздуха к газам значителен. КУ за мартеновскими печами устанавливаются для каждой печи, а при утилизации газа нагревательных печей возможна установка одного котла на несколько агрегатов.
Часто применяемый котел КУ-100 (Рис. 2.1) характеризуется следующим образом. Три секции испарительной части /позиции 4,5,7/ по ходу дымовых газов /ДГ/ включены последовательно, а по воде, подаваемой циркуляционными насосами 1, — параллельно. Испарение одноступенчатое, перегрев пара не регулируется. За счет подбора длин змеевиков каждой секции их гидравлическое сопротивление одинаково, а его значение при параллельном включении в несколько раз меньше, чем было бы при последовательном. Из барабана 3 вода поступает в шлакоуловитель 2, а затем – в испарительные секции. Оттуда вода, став паровой эмульсией, попадает в барабан, куда через экономайзер 8 направляется и питательная вода Впи взамен пара, уходящего через пароперегреватель 6 к потребителям. Устройство котла предусматривает возможность комплексной работы с системой испарительного охлаждения печей.
Усложнение работы КУ вследствие засорения уносом теплообменных поверхностей происходит на предприятиях различных отраслей промышленности. В частности, это происходит в КУ за мартеновскими печами при переходе на кислородную плавку. Применение кислорода для продувки ванны резко увеличивает запыленность отходящих газов перед котлом /до 10..15г/м3/, что приводит к образованию отложений на его поверхностях нагрева. Аэродинамическое сопротивление котла резко возрастает, паропроизводительность снижается в два-три раза. Котел останавливают на очистку. продолжительность его работы составляет 40…60% времени работы печи.
Для очистки поверхностей нагрева применяются водяная обмывка, паровая обдувка, дробеочистка, виброочистка, импульсная очистка. Эффективность всех этих способов недостаточна. Задачу может решить устройство высокоэффективной предочистки дымовых газов сухим способом или разработка конструкций незасоряемых котлов.
Весьма важна степень уплотнения ограждающих конструкций котла, так как подсос воздуха через них достигает 40% от объема подходящего газа, что снижает теплотехнические показатели КУ, повышает потребляемую мощность тяговых устройств, газоочистки.
В перспективе привлекают внимание котлы с объемно охлаждаемой топкой, т.е. развитыми радиационными поверхностями в активном топочном объеме, и котлы, где процесс осуществляется по принципу кипящего слоя с погруженными в него поверхностями нагрева.
Рисунок 2.1 Схема котла-утилизатора КУ-100-1
Таблица 2.7 Характеристики котлов-утилизаторов для мартеновских печей
| Параметр | КУ-60-2 | КУ-80-3 | КУ-100-1 |
| Количество дымовых газов перед котлом, тыс.м3/ч | 60 | 80 | 100 |
| Расчетная температура газов перед котлом, °С | 600 | 650 | 650 |
| Расчетная температура уходящих газов, °С | 210 | 210 | 210 |
| Рабочее давление пара, кПа | |||
| Температура пара /при давлении 1800/4500кПа/, °С | |||
| Расчетная паропроизводительность, кг/с | 3,67 | 4,94 | 6,22 |
| Поверхность нагрева, м2: Общая………………………………… Пароперегревателя…………………. Испарительной поверхности………. Водяного экономайзера……………. Предвключенного пакета…………… | 903 70 540 247 46 | 1201 87 684 370 60 | 1550 110 895 460 85 |
| Внутренний диаметр барабана, мм | 1508 | 1508 | 1508 |
| Живое сечение прохода для пара /воды/, м2: Пароперегревателя………………… Испарительных секций: I……………………………………… II……………………………………… III……………………………………… IV…………………………………….. Экономайзера………………………… | 0,0148 0,0318 0,0318 — 0,0085 | 0,0192 0,0404 0,0404 0,0404 0,0127 | 0,0212 0,0425 0,0425 0,0425 0,0127 |
| Живое сечение прохода для дымовых газов, м2: Пароперегревателя………………… Испарительных секций: I……………………………………. II………………………………………. III……………………………………… IV……………………………………… Экономайзера………………………. | 5,06 7,0 5,06 4,63 — 4,55 | 6,34 8,63 6,34 6,34 5,77 6,36 | 8,04 10,8 8,04 7,35 7,35 7,67 |
Окончание таблицы 2.7
| Параметр | КУ-60-2 | КУ-80-3 | КУ-100-1 |
| Число рядов труб по ходу потока: Пароперегревателя………………….. Испарительных секций I………………………………………. II………………………………………. III……………………………………… IV……………………………………… Экономайзера………………………… | 8 12 22 20 — 2х20 | 8 12 20 22 22 2х20 | 8 12 22 22 22 2х20 |
| Шаг труб по ширине пучка, S1, мм: Испарительных секций……………… Остальных…………………………… | 172 86 | 172 86 | 172 86 |
| Шаг труб по глубине пучка, S2, мм | 70 | 70 | 70 |
Примечания: числитель – для рабочего давления пара 1800 кПа; знаменатель – для 4500 кПа.
Особенности работы
В процессе работы котлоагрегата его теплообменник покрывается веществами, содержащимися в дымовых газах. Это не лучшим образом влияет на эффективность утилизатора. Чтобы сделать КПД максимально высоким, можно установить перед ним термоокислитель летучей органики.
Если потребность в использовании тепла отработанных газов возникает лишь время от времени, можно регулировать поступление выбросов на котел. Для этого используется специальный байпас – блок, перенаправляющий отходы в дымовую трубу. Регулировать функцию байпаса можно посредством сухого контакта, предполагающего открытое и заблокированное состояния, либо с использованием наружного аналогового сигнала. В последнем случае процесс завязан на регуляцию угла открытия заслонки.