Nutzung der Rauchgaswärme. Rauchgas-Wärmerückgewinnungsanlage

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Bewertung der Effizienz der Tiefenrekuperation der Verbrennungsproduktion von Kraftwerkskesseln

Z.B. Shadek, Kandidat des Ingenieurwesens, unabhängiger Experte

Schlüsselwörter: Verbrennungsprodukte, Wärmerückgewinnung, Kesselanlagenausrüstung, Energieeffizienz

Eine der Methoden zur Lösung des Problems der Brennstoffeinsparung und Verbesserung der Energieeffizienz von Kesselanlagen ist die Entwicklung von Technologien zur Tiefenwärmerückgewinnung von Kesselabgasen. Wir bieten ein Prozessschema eines Kraftwerks mit Dampfturbineneinheiten (STU) an, das eine Tiefenrückgewinnung der Wärme aus Kesselverbrennungsprodukten aus dem STU-Kondensator unter Verwendung von Kühlerkondensat mit minimalen Kosten ohne den Einsatz von Wärmepumpeneinheiten ermöglicht.

Beschreibung:

Eine Möglichkeit, das Problem der Brennstoffeinsparung und der Steigerung der Energieeffizienz von Kesselanlagen zu lösen, besteht in der Entwicklung von Technologien zur umfassenden Nutzung der Wärme der Abgase von Kesseln. Wir schlagen ein technologisches Schema eines Kraftwerks mit Dampfturbineneinheiten (STU) vor ), erlauben minimale Kosten, ohne den Einsatz von Wärmepumpeneinheiten, um eine umfassende Nutzung der Wärme der Verbrennungsprodukte, die den Kessel verlassen, aufgrund des Vorhandenseins eines Kühlers – Kondensat aus dem PTU-Kondensator – durchzuführen.

E. G. Shadek, Ph.D. Technik. Wissenschaften, unabhängiger Experte

Eine Möglichkeit, das Problem der Brennstoffeinsparung und der Steigerung der Energieeffizienz von Kesselanlagen zu lösen, besteht in der Entwicklung von Technologien zur umfassenden Nutzung der Wärme aus Rauchgasen von Kesseln. Wir bieten ein technologisches Schema eines Kraftwerks mit Dampfturbineneinheiten (STU) an, das es ermöglicht, mit minimalen Kosten und ohne den Einsatz von Wärmepumpeneinheiten die Wärme der Verbrennungsprodukte, die den Kessel aufgrund der Anwesenheit verlassen, intensiv zu nutzen eines Kühlers - Kondensat aus dem STU-Kondensator.

Eine tiefe Wärmerückgewinnung der Verbrennungsprodukte (CP) ist gewährleistet, wenn diese unter die Taupunkttemperatur abgekühlt werden, die dem CP entspricht Erdgas 50–55 0 C. Dabei treten folgende Phänomene auf:

Kondensation von Wasserdampf (bis zu 19–20 % des Volumens oder 12–13 % des Gewichts der Verbrennungsprodukte),
Nutzung der physikalischen Wärme aus PS (40–45 % des gesamten Wärmeinhalts),
Nutzung der latenten Verdampfungswärme (jeweils 60–55 %).

Es wurde zuvor festgestellt, dass die Brennstoffeinsparung bei tiefer Nutzung im Vergleich zu einem Kessel mit einem Pass-(maximalen) Wirkungsgrad von 92 % 10–13 % beträgt. Das Verhältnis der zurückgewonnenen Wärmemenge zur thermischen Leistung des Kessels beträgt etwa 0,10–0,12, und der Wirkungsgrad des Kessels im Brennwertbetrieb beträgt 105 %, bezogen auf den unteren Heizwert des Gases.

Darüber hinaus wird beim Tiefenrecycling in Gegenwart von Wasserdampf im PS der Ausstoß schädlicher Emissionen um 20–40 % oder mehr reduziert, was den Prozess umweltfreundlich macht.

Ein weiterer Effekt des Tiefenrecyclings ist die Verbesserung der Bedingungen und der Lebensdauer des Gaswegs, da die Kondensation unabhängig von der Außenlufttemperatur in der Kammer lokalisiert wird, in der der Rückgewinnungswärmetauscher installiert ist.

Tiefenrecycling für Heizsysteme

In fortgeschrittenen westlichen Ländern gibt es ein tiefes Recycling für Heizsysteme erfolgt mit Warmwasserkesseln vom Kondensationstyp, die mit einem Kondensations-Economizer ausgestattet sind.

Typischerweise niedrige Temperatur Wasser zurückgeben(30–40 0 C) mit einem typischen Temperaturschema, zum Beispiel 70/40 0 C, in den Heizsystemen dieser Länder ermöglicht eine tiefe Wärmerückgewinnung in einem Kondensationsekonomiser, der mit einer Einheit zum Sammeln, Entfernen und Aufbereiten des Kondensats (mit seiner spätere Nutzung zur Speisung des Kessels). Dieses Schema gewährleistet den Kondensationsbetrieb des Kessels ohne künstliches Kühlmittel, d. h. ohne den Einsatz einer Wärmepumpeneinheit.

Die Wirksamkeit und Rentabilität des Tiefenrecyclings für Heizkessel bedarf keines Nachweises. Im Westen wurden Brennwertkessel eingeführt Breite Anwendung: Bis zu 90 % aller hergestellten Kessel sind Brennwertkessel. Solche Kessel werden auch in unserem Land verwendet, obwohl wir sie nicht produzieren.

Im Gegensatz zu Ländern mit warmem Klima liegt in Russland die Temperatur im Rücklauf von Wärmenetzen in der Regel über dem Taupunkt und eine tiefe Nutzung ist nur in Vierrohrsystemen (die äußerst selten sind) oder beim Einsatz von Wärmepumpen möglich. Der Hauptgrund für Russlands Rückstand bei der Entwicklung und Umsetzung von Deep Recycling ist niedriger Preis Erdgas, hohe Kapitalkosten aufgrund der Einbeziehung von Wärmepumpen in das System und lange Amortisationszeiten.

Tiefenrecycling für Kraftwerkskessel

Der Wirkungsgrad der Tiefennutzung ist bei Kraftwerkskesseln (Abb. 1) aufgrund der stabilen Last (KIM = 0,8–0,9) und der großen Blockleistungen (mehrere zehn Megawatt) deutlich höher als bei Heizkesseln.

Schätzen wir die Wärmeressource der Verbrennungsprodukte von Stationskesseln unter Berücksichtigung ihres hohen Wirkungsgrades (90–94 %). Diese Ressource wird durch die Menge an Abwärme (Gcal/h oder kW) bestimmt, die eindeutig von der thermischen Leistung des Kessels abhängt Q K und Temperatur darüber hinaus Gaskessel T 1УХ, das in Russland aus zwei Gründen bei mindestens 110–130 0 C akzeptiert wird:

um den natürlichen Luftzug zu erhöhen und den Druck (Energieverbrauch) des Rauchabzugs zu reduzieren;
um die Kondensation von Wasserdampf in Schweinen, Abzügen und Schornsteinen zu verhindern.

Erweiterte Analyse einer Vielzahl 1 experimenteller Daten aus Bilanz- und Inbetriebnahmetests, die von spezialisierten Organisationen durchgeführt wurden, Leistungskarten, Berichtsstatistiken von Stationen usw. und den Ergebnissen von Berechnungen von Wärmeverlustwerten mit Abgasverbrennungsprodukten q 2 , die Menge der zurückgewonnenen Wärme 2 Q UT und ihre abgeleiteten Indikatoren in einem breiten Bereich von Stationskessellasten sind in der Tabelle angegeben. 13 . Ziel ist die Bestimmung von q 2 und Mengenverhältnissen Q K, q 2 und Q UT unter typischen Kesselbetriebsbedingungen (Tabelle 2). In unserem Fall spielt es keine Rolle, welcher Kessel: Dampf oder Heißwasser, Industrie oder Heizung.

Indikatorentabelle. 1, blau hervorgehoben, wurden mit dem Algorithmus berechnet (siehe Hilfe). Berechnung des Deep-Recycling-Prozesses (Definition Q UT usw.) wurden gemäß der in angegebenen und beschriebenen technischen Methodik durchgeführt. Der Wärmeübergangskoeffizient „Verbrennungsprodukte – Kondensat“ im Kondensationswärmetauscher wurde nach der empirischen Methodik des Wärmetauscherherstellers (OJSC Heating Plant, Kostroma) bestimmt.

Die Ergebnisse zeigen die hohe Wirtschaftlichkeit der Tiefennutzungstechnologie für Stationskessel und die Rentabilität des vorgeschlagenen Projekts. Die Amortisationszeit der Systeme reicht von 2 Jahren für einen Kessel mit Mindestleistung (Tabelle 2, Kessel Nr. 1) bis zu 3–4 Monaten. Die resultierenden Verhältnisse β, φ, σ sowie Einsparungsposten (Tabelle 1, Zeilen 8–10, 13–18) ermöglichen es Ihnen, die Fähigkeiten und spezifischen Indikatoren eines bestimmten Prozesses, Kessels, sofort zu beurteilen.

Wärmerückgewinnung in einer Gasheizung

Das übliche technologische Schema eines Kraftwerks besteht darin, das Kondensat in einem Gaserhitzer (Teil der Endflächen des Kessels, Economizer) unter Verwendung der den Kessel verlassenden Rauchgase zu erhitzen.

Nach dem Kondensator wird das Kondensat durch Pumpen (manchmal durch eine Blockentsalzungseinheit – im Folgenden als BOU bezeichnet) zu einem Gaserhitzer geleitet und gelangt dann in den Entgaser. Bei normaler Kondensatqualität wird die Wasseraufbereitungsanlage umgangen. Um die Kondensation von Wasserdampf aus den Rauchgasen an den letzten Rohren des Gaserhitzers zu verhindern, wird die Temperatur des Kondensats davor durch Rückführung des erhitzten Kondensats zum Einlass auf mindestens 60 °C gehalten.

Um die Temperatur der Rauchgase weiter zu senken, wird häufig ein Wasser-Wasser-Wärmetauscher in die Kondensatrückführungsleitung einbezogen, der durch Zusatzwasser aus dem Heizungsnetz gekühlt wird. Die Erwärmung des Netzwassers erfolgt durch Kondensat aus einem Gasheizer. Bei zusätzlicher Abkühlung der Gase um 10 0 C können in jedem Kessel ca. 3,5 Gcal/h Heizlast erreicht werden.

Um zu verhindern, dass Kondensat im Gasheizgerät siedet, sind dahinter Regeleinspeiseventile eingebaut. Ihr Hauptzweck besteht darin, den Kondensatstrom zwischen den Kesseln entsprechend der thermischen Belastung der Dampfturbineneinheit zu verteilen.

Tiefenrückgewinnungssystem mit Kondensationswärmetauscher

Wie aus dem Flussdiagramm (Abb. 1) ersichtlich ist, wird Dampfkondensat aus dem Kondensatsammler über die Pumpe 14 dem Sammelbehälter 21 und von dort dem Verteiler 22 zugeführt. Hier wird das Kondensat mithilfe der automatischen Steuerung der Station abgeführt Das System (siehe unten) wird in zwei Ströme aufgeteilt: einer wird der Tiefennutzungseinheit 4, dem Kondensationswärmetauscher 7 und der zweite der Heizung zugeführt niedriger Druck(HDPE) 18 und dann in den Entgaser 15. Die Temperatur des Dampfkondensats aus dem Turbinenkondensator (ca. 20–35 0 C) ermöglicht es, die Verbrennungsprodukte im Kondensationswärmetauscher 7 auf die erforderlichen 40 0 abzukühlen C, d. h. eine tiefe Auslastung sicherstellen.

Das erhitzte Dampfkondensat aus dem Kondensationswärmetauscher 7 wird durch das HDPE 18 (oder die Umgehung 18) in den Entgaser 15 geleitet. Das im Kondensationswärmetauscher 7 erhaltene Verbrennungsproduktkondensat wird in die Wanne und den Tank 10 abgelassen. Von dort aus wird es abgelassen in den kontaminierten Kondensattank 23 eingespeist und von der Ablaufpumpe 24 in den Tankkondensatvorrat 25 gepumpt, von wo aus die Kondensatpumpe 26 über den Durchflussregler dem Kondensatreinigungsabschnitt der Verbrennungsprodukte (in Abb. 1 nicht dargestellt) zugeführt wird, wo es wird mit bekannter Technologie verarbeitet. Das gereinigte Kondensat der Verbrennungsprodukte wird dem HDPE 18 und dann dem Entgaser 15 (oder direkt 15) zugeführt. Vom Entgaser 15 wird ein Strom sauberen Kondensats über eine Förderpumpe 16 dem Erhitzer zugeführt hoher Druck 17 und von dort zum Kessel 1.

Somit wird durch die im Kondensationswärmetauscher genutzte Wärme der Verbrennungsprodukte Kraftstoff eingespart, der im Flussdiagramm des Kraftwerksprozesses für die Erwärmung des Stationskondensats vor dem Entgaser und im Entgaser selbst verbraucht wird.

Der Kondensationswärmetauscher ist in Kammer 35 an der Verbindungsstelle von Kessel 27 mit dem Gaskanal installiert (Abb. 2c). Die thermische Belastung des Kondensationswärmetauschers wird durch Bypass geregelt, d. h. durch Abführung eines Teils der heißen Gase zusätzlich zum Kondensationswärmetauscher durch den Bypasskanal 37 mit Drosselklappe (Schieber) 36.

Das einfachste wäre das traditionelle Schema: ein Kondensations-Economizer, genauer gesagt die hinteren Abschnitte des Kessel-Economizers, wie etwa ein Gasheizer, der jedoch im Kondensationsmodus arbeitet, d. h. die Verbrennungsprodukte unter die Taupunkttemperatur abkühlt. Gleichzeitig treten aber auch bauliche und betriebliche Schwierigkeiten auf (Wartung etc.), die besondere Lösungen erfordern.

Anwendbar Verschiedene Arten Wärmetauscher: Rohrbündelwärmetauscher, Geraderohrwärmetauscher, mit gerändelten Rippen, Plattenwärmetauscher oder effizientes Design mit neuer Form der Wärmetauscherfläche mit kleinem Biegeradius (Regenerator RG-10, NPC „Anod“). In diesem Schema werden Wärmetauscherblockabschnitte auf Basis einer Bimetallheizung der Marke VNV123-412-50ATZ (OJSC Heating Plant, Kostroma) als Kondensationswärmetauscher verwendet.

Durch die Wahl der Abschnittsanordnung sowie der Wasser- und Gasanschlüsse können Sie die Geschwindigkeit von Wasser und Gasen innerhalb der empfohlenen Grenzen (1–4 m/s) variieren und sicherstellen. Rauchabzug, Kammer und Gasweg bestehen aus korrosionsbeständigen Materialien, Beschichtungen, insbesondere Edelstahl, Kunststoffen – dies ist eine allgemein anerkannte Praxis.

* Es entstehen keine Wärmeverluste durch chemisch unvollständige Verbrennung.

Merkmale des Tiefenrecyclings mit einem Kondensationswärmetauscher

Die hohe Effizienz der Technologie ermöglicht es, die Wärmeleistung des Systems in einem weiten Bereich zu regulieren und so seine Rentabilität aufrechtzuerhalten: den Grad des Bypasses, die Temperatur der Verbrennungsprodukte hinter dem Kondensationswärmetauscher usw. Die thermische Belastung des Kondensationswärmetauscher QUT und dementsprechend die ihm vom Sammler zugeführte Kondensatmenge 22 (Abb. 1) wird nach technischen und wirtschaftlichen Berechnungen und Konstruktionsüberlegungen unter Berücksichtigung der Betriebsparameter als optimal (und nicht unbedingt maximal) bestimmt , Fähigkeiten und Bedingungen des technologischen Schemas des Kessels und der Station als Ganzes.

Nach dem Kontakt mit Erdgasverbrennungsprodukten behält das Kondensat seine hohe Qualität und erfordert eine einfache und kostengünstige Reinigung – Entkarbonisierung (was nicht immer der Fall ist) und Entgasung. Nach der Aufbereitung am Standort der chemischen Wasseraufbereitung (nicht dargestellt) wird das Kondensat durch einen Durchflussregler in die Kondensatleitung der Station gepumpt – zum Entgaser und dann in den Kessel. Wird das Kondensat nicht genutzt, wird es in die Kanalisation abgeleitet.

In der Kondensatsammel- und -aufbereitungseinheit (Abb. 1, Pos. 8, 10, Abb. 2, Pos. 23–26) kommen bekannte Standardgeräte von Tiefenrecyclingsystemen zum Einsatz (siehe z. B.).

Die Anlage erzeugt eine große Menge überschüssiges Wasser (Kondensat aus Wasserdampf aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Blasluft), sodass das System nicht nachgeladen werden muss.

Temperatur der Verbrennungsprodukte am Auslass des Kondensationswärmetauschers T 2УХ wird durch den Zustand der Kondensation von Wasserdampf in den Abgasverbrennungsprodukten (im Bereich von 40–45 0 C) bestimmt.

Um die Bildung von Kondensat im Gasweg und insbesondere im Schornstein zu verhindern, ist ein Bypassing vorgesehen, d liegt im Bereich von 70–90 0 C. Die Umgehung verschlechtert alle Prozessindikatoren. Der optimale Modus besteht darin, in der kalten Jahreszeit mit Bypass zu arbeiten und im Sommer, wenn keine Gefahr von Kondensation und Vereisung besteht, darauf zu verzichten.

Die Temperatur der Kesselrauchgase (in der Regel 110–130 0 C) ermöglicht es, das Kondensat im Kondensationswärmetauscher vor dem Entgaser auf die erforderlichen 90–100 0 C zu erwärmen. Damit werden die Temperaturanforderungen der Technik erfüllt : sowohl Erhitzen des Kondensats (ca. 90 °C) als auch Abkühlen der Verbrennungsprodukte (bis zu 40 °C) bis zur Kondensation.

Vergleich der Wärmerückgewinnungstechnologien für Verbrennungsprodukte

Bei der Entscheidung über die Nutzung der Wärme aus Kesselverbrennungsprodukten sollte man die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Tiefennutzungssystems und des traditionellen Schemas mit einem Gasheizgerät als nächstliegendem Analogon und Konkurrenten vergleichen.

Für unser Beispiel (siehe Referenz 1) haben wir die Menge der bei der Tiefennutzung zurückgewonnenen Wärme ermittelt Q UT entspricht 976 kW.

Wir gehen davon aus, dass die Temperatur des Kondensats am Eingang des Gaskondensaterhitzers 60 0 C beträgt (siehe oben), während die Temperatur der Verbrennungsprodukte am Ausgang mindestens 80 0 C beträgt. Dann beträgt die Wärme der Verbrennungsprodukte Die im Gasheizer genutzte Wärmemenge, d. h. die Wärmeeinsparung, beträgt 289 kW, was 3,4-mal weniger ist als im Deep-Recycling-System. Somit beträgt der „Ausgabepreis“ in unserem Beispiel 687 kW oder auf Jahresbasis 594.490 m 3 Gas (mit KIM = 0,85), was etwa 3 Millionen Rubel kostet. Der Gewinn erhöht sich mit der Kesselleistung.

Vorteile der Deep-Recycling-Technologie

Zusammenfassend können wir feststellen, dass neben der Energieeinsparung durch die umfassende Nutzung der Verbrennungsprodukte eines Kraftwerkskessels folgende Ergebnisse erzielt werden:

Reduzierung der Emission der giftigen Oxide CO und NOx und Gewährleistung der Umweltsauberkeit des Prozesses;
Gewinnung von zusätzlichem, überschüssigem Wasser und dadurch Eliminierung des Bedarfs an Kesselzusatzwasser;
Die Kondensation von Wasserdampf aus Verbrennungsprodukten findet an einer Stelle statt – im Kondensationswärmetauscher. Abgesehen von der leichten Spritzerverschleppung nach dem Tropfenabscheider, der Kondensation im nachfolgenden Gasweg und der damit verbundenen Zerstörung von Gaskanälen durch korrosive Einwirkung von Feuchtigkeit, wird die Bildung von Eis im Weg und insbesondere im Schornstein verhindert;
in manchen Fällen ist die Verwendung eines Wasser-Wasser-Wärmetauschers optional; Es ist keine Rezirkulation erforderlich: Mischen eines Teils der heißen Gase mit gekühlten (oder erhitzten Kondensats mit kalten), um die Temperatur der Abgasverbrennungsprodukte zu erhöhen und Kondensation im Gasweg und im Schornstein zu verhindern (Energie und Geld sparen) .

Literatur

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1 Primäre Datenquelle: Inspektion von Warmwasserkesseln (11 Einheiten in drei Kesselhäusern von Wärmenetzen), Sammlung und Verarbeitung von Materialien.

2 Berechnungsmethodik im Besonderen Q UT, gegeben.

Inhaber des Patents RU 2606296:

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmeenergietechnik und kann in jedem Unternehmen eingesetzt werden, das Kessel mit Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betreibt.

Bekannte kommerziell hergestellte Heizgeräte des Heizwerks Kostroma sind Heizgeräte vom Typ KSk (Kudinov A.A. Energieeinsparung in Wärmeerzeugungsanlagen. - Uljanowsk: UlSTU, 2000. - 139, S. 33), bestehend aus einem Gas-Wasser-Oberflächenwärmetauscher, Die Wärmeaustauschfläche besteht aus Bimetall-Rippenrohren, einem Sieb, einem Verteilerventil, einem Tropfenabscheider und einem hydropneumatischen Gebläse.

Heizgeräte vom Typ KSk funktionieren wie folgt. Rauchgase gelangen in das Verteilerventil, das sie in zwei Ströme aufteilt, der Hauptgasstrom wird durch einen Maschenfilter in den Wärmetauscher geleitet, der zweite durch die Bypassleitung des Rauchgases. Im Wärmetauscher kondensiert der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf an Rippenrohren und erwärmt so das darin strömende Wasser. Das anfallende Kondensat wird in einer Wanne gesammelt und in den Heiznetz-Einspeisekreislauf gepumpt. Das im Wärmetauscher erwärmte Wasser wird dem Verbraucher zugeführt. Am Ausgang der Wärmerückgewinnungsanlage werden die getrockneten Rauchgase mit den ursprünglichen Rauchgasen aus der Abgasumgehungsleitung vermischt und über einen Rauchabzug in den Schornstein geleitet.

Damit der Wärmetauscher in seinem gesamten Konvektionsteil im Kondensationsmodus arbeiten kann, darf die Heiztemperatur des Wassers im Konvektionspaket 50 °C nicht überschreiten. Um solches Wasser in Heizungsanlagen nutzen zu können, muss es zusätzlich erwärmt werden.

Um die Kondensation von Restwasserdampf zu verhindern Rauchgase In den Schornsteinen und im Schornstein wird ein Teil der Quellgase durch den Bypass-Kanal mit den getrockneten Rauchgasen vermischt, wodurch deren Temperatur erhöht wird. Bei einer solchen Beimischung erhöht sich auch der Wasserdampfgehalt in den Abgasen, wodurch die Effizienz der Wärmerückgewinnung sinkt.

Es ist ein Wärmetauscher bekannt (RU 2323384 C1, IPC F22B 1/18 (2006.01), veröffentlicht am 27. April 2008), der einen Kontaktwärmetauscher, einen Tropfenabscheider und einen nach einem Direktströmungskreislauf angeschlossenen Gas-Gas-Wärmetauscher enthält , Gaskanäle, Rohrleitungen, eine Pumpe, Temperatursensoren, Ventile – Regler. Entlang des zirkulierenden Wasserstroms des Kontaktwärmetauschers sind in Reihe ein Wasser-Wasser-Wärmetauscher und ein Wasser-Luft-Wärmetauscher mit Bypasskanal entlang des Luftstroms angeordnet.

Eine bekannte Funktionsweise dieses Wärmetauschers. Die Abgase gelangen durch den Gaskanal in den Einlass des Gas-Gas-Wärmetauschers, durchlaufen nacheinander dessen drei Abschnitte und gelangen dann zum Einlass des Kontaktwärmetauschers, wo sie durch eine von zirkulierendem Wasser umspülte Düse unten gekühlt werden den Taupunkt und gibt fühlbare und latente Wärme an das zirkulierende Wasser ab. Anschließend werden die abgekühlten und feuchten Gase in einem Tropfenabscheider vom Großteil des mitgeführten flüssigen Wassers befreit, in mindestens einem Abschnitt des Gas-Gas-Wärmetauschers erhitzt und getrocknet, über einen Rauchabzug in einen Schornstein geleitet und dort abgegeben Atmosphäre. Gleichzeitig wird erwärmtes Umlaufwasser aus der Kontaktwärmetauscherwanne in den Wasser-Wasser-Wärmetauscher gepumpt, wo es kaltes Wasser aus der Rohrleitung erwärmt. Das im Wärmetauscher erwärmte Wasser wird dem Bedarf der Prozess- und Warmwasserbereitung oder einem Niedertemperatur-Heizkreis zugeführt.

Anschließend gelangt das recycelte Wasser in den Wasser-Luft-Wärmetauscher, erwärmt mindestens einen Teil der von außerhalb des Raumes durch den Luftkanal eingeblasenen Luft, kühlt auf die minimal mögliche Temperatur ab und gelangt über den Wasserverteiler in den Kontaktwärmetauscher Es entzieht den Gasen Wärme, wäscht sie gleichzeitig von schwebenden Partikeln und absorbiert einen Teil der Stick- und Schwefeloxide. Die erwärmte Luft vom Wärmetauscher wird über ein Gebläse einem handelsüblichen Lufterhitzer oder direkt dem Feuerraum zugeführt. Aufbereitetes Wasser wird bei Bedarf gefiltert und nach bekannten Methoden aufbereitet.

Zur Umsetzung dieser Methode ist ein Steuerungssystem erforderlich, da die Nutzung der rückgewonnenen Wärme für die Warmwasserversorgung aufgrund der Variabilität des täglichen Zeitplans des Warmwasserverbrauchs erfolgt.

Im Wärmetauscher erwärmtes Wasser, das für die Warmwasserversorgung oder in einem Niedertemperatur-Heizkreislauf bereitgestellt wird, muss auf die erforderliche Temperatur gebracht werden, da es im Wärmetauscher nicht über die Temperatur des Rücklaufkreislaufs erwärmt werden kann Wasser, das durch die Sättigungstemperatur des Wasserdampfs in den Rauchgasen bestimmt wird. Aufgrund der geringen Erwärmung der Luft im Wasser-Luft-Wärmetauscher ist eine Nutzung dieser Luft zur Raumheizung nicht möglich.

Der beanspruchten Erfindung am nächsten kommen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmenutzung aus Rauchgasen (RU 2436011 C1, IPC F22B 1/18 (2006.01), veröffentlicht am 10.12.2011).

Das Rauchgas-Wärmerückgewinnungsgerät enthält einen Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher im Gegenstromkreislauf, einen Oberflächen-Gas-Luft-Plattenkondensator, einen Trägheitstropfenfänger, Gaskanäle, einen Rauchabzug, Luftkanäle, Ventilatoren und eine Rohrleitung.

Die zugeführten Rauchgase werden in einem Gas-zu-Gas-Plattenwärmetauscher gekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase erhitzt werden. Die Heizung und das erhitzte Medium bewegen sich im Gegenstrom. Dabei werden die feuchten Rauchgase tief auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf abgekühlt. Anschließend wird der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf in einem Gas-Luft-Plattenwärmetauscher – einem Kondensator – kondensiert, der die Luft erwärmt. Die erwärmte Luft wird zur Beheizung der Räumlichkeiten und zur Deckung des Bedarfs des Verbrennungsprozesses verwendet. Das Kondensat wird nach weiterer Aufbereitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf verwendet. Um eine Kondensation des vom Kondensator abgeführten Restwasserdampfes zu verhindern, wird ein Teil der erhitzten, getrockneten Rauchgase vor dem zusätzlichen Rauchabzug gemischt. Die getrockneten Rauchgase werden über einen Rauchabzug dem oben beschriebenen Heizgerät zugeführt, wo sie erhitzt werden, um eine mögliche Kondensation von Wasserdampf in den Schornsteinen und im Schornstein zu verhindern, und in den Schornstein geleitet werden.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass überwiegend die latente Kondensationswärme des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes genutzt wird. Wenn der rekuperative Wärmetauscher die Ausgangsrauchgase auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf abkühlt, kommt es zu einer übermäßigen Erwärmung der getrockneten Abgase, was die Effizienz des Recyclings verringert. Der Nachteil ist die Verwendung nur eines Mediums zum Heizen – Luft.

Ziel der Erfindung ist es, die Effizienz der Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen durch Nutzung der latenten Kondensationswärme von Wasserdampf und der erhöhten Temperatur der Rauchgase selbst zu steigern.

Bei der vorgeschlagenen Methode der Tiefenwärmerückgewinnung aus Rauchgasen sowie beim Prototyp werden die Rauchgase in einem Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher vorgekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase und der im Rauchgas enthaltene Wasserdampf erhitzt werden Gase werden im Kondensator kondensiert und erwärmen so die Luft.

Erfindungsgemäß werden die Rauchgase zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt des Wasserdampfs abgekühlt, wodurch das Wasser erhitzt wird.

Gaskessel haben eine hohe Temperatur der Rauchgase (130°C bei großen Energiekesseln, 150°C-170°C bei kleinen Kesseln). Um Rauchgase vor der Kondensation abzukühlen, werden zwei Geräte verwendet: ein rekuperativer Gas-zu-Gas-Wärmetauscher und ein Warmwasserbereiter.

Die Ausgangsrauchgase werden in einem Gas-Gas-Plattenwärmetauscher vorgekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase um 30–40 °C über die Sättigungstemperatur des darin enthaltenen Wasserdampfs erhitzt werden, um eine Temperaturreserve für eine mögliche Abkühlung zu schaffen die Rauchgase im Rohr. Dadurch ist es möglich, die Wärmeaustauschfläche des rekuperativen Wärmetauschers im Vergleich zum Prototyp zu reduzieren und die Restwärme der Rauchgase sinnvoll zu nutzen.

Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Verwendung eines Kontakt-Gas-Wasser-Warmwasserbereiters zur endgültigen Abkühlung nasser Rauchgase auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf. Am Eingang des Warmwasserbereiters haben die Rauchgase eine relativ hohe Temperatur (130°C-90°C), wodurch das Wasser unter teilweiser Verdampfung auf 50°C-65°C erhitzt werden kann. Am Ausgang eines Kontakt-Gas-Wasser-Warmwasserbereiters haben die Rauchgase eine Temperatur nahe dem Taupunkt des darin enthaltenen Wasserdampfs, was die Effizienz der Nutzung der Wärmeaustauschfläche im Kondensator erhöht und die Bildung trockener Zonen verhindert des Kondensators und erhöht den Wärmeübergangskoeffizienten.

Die Methode zur Nutzung der Wärme aus Rauchgasen ist in Abb. 1 dargestellt.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Nachweisrechnung der Einbauvariante für einen Erdgaskessel mit einer Leistung von 11 MW.

Die Methode der Tiefennutzung der Wärme aus Rauchgasen wird wie folgt durchgeführt. Die Ausgangsrauchgase 1 werden in einem Gas-Gas-Plattenwärmetauscher 2 vorgekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase erhitzt werden. Anschließend werden die Rauchgase 3 abschließend in einem Kontaktgas-Wasser-Warmwasserbereiter 4 auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf unter Versprühen von Wasser abgekühlt, wozu zweckmäßigerweise das im Kondensator anfallende Kondensat verwendet wird. Dabei verdampft ein Teil des Wassers, wodurch sich der Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase erhöht, der Rest wird auf die gleiche Temperatur erhitzt. Der in den Rauchgasen 5 enthaltene Wasserdampf wird in einem Gas-Luft-Plattenwärmetauscher – einem Kondensator 6 mit Tropfenabscheider 7 – kondensiert und erwärmt die Luft. Das Kondensat 8 wird zur Erwärmung einem Kontakt-Gas-Wasser-Warmwasserbereiter 4 zugeführt. Die Kondensationswärme wird zur Erwärmung kalter Luft genutzt, die von Ventilatoren 9 aus zugeführt wird Umfeld durch den Luftkanal 10. Die erwärmte Luft 11 wird zur Belüftung und Heizung in den Produktionsraum der Kesselhalle geleitet. Von diesem Raum aus wird dem Kessel Luft zugeführt, um den Verbrennungsprozess sicherzustellen. Die getrockneten Rauchgase 12 werden über einen Rauchabzug 13 einem Gas-Gas-Flächenplattenwärmetauscher 2 zur Erwärmung zugeführt und dem Schornstein 14 zugeführt.

Um eine Kondensation des vom Kondensator abgeführten Restwasserdampfes zu vermeiden, wird ein Teil der erhitzten, getrockneten Rauchgase 15 (bis zu 10 %) vor dem Rauchabzug 13 (bis zu 10 %) dem Wert beigemischt davon wird zunächst durch den Dämpfer 16 eingestellt.

Die Temperatur der erwärmten Luft 11 wird durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der getrockneten Rauchgase 1 oder durch Änderung der Luftströmungsgeschwindigkeit durch Anpassung der Drehzahl des Rauchabzugs 13 oder der Ventilatoren 9 in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur reguliert.

Wärmetauscher 2 und Kondensator 6 sind Plattenwärmetauscher aus einheitlichen Modulpaketen, die so angeordnet sind, dass das Kühlmittel im Gegenstrom fließt. Abhängig von der Menge der zu trocknenden Rauchgase werden Erhitzer und Kondensator aus einer berechneten Anzahl von Paketen zusammengestellt. Der Warmwasserbereiter 4 ist ein Kontakt-Gas-Wasser-Wärmetauscher, der für zusätzliche Kühlung der Rauchgase und Erwärmung des Wassers sorgt. Erhitztes Wasser 17 wird nach zusätzlicher Aufbereitung verwendet, um Verluste im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf auszugleichen. Block 9 besteht aus mehreren Ventilatoren, um den Strom der erwärmten Luft zu verändern.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Nachweisrechnung der Einbauvariante für einen Erdgaskessel mit einer Leistung von 11 MW. Die Berechnungen wurden für eine Außenlufttemperatur von -20°C durchgeführt. Die Berechnung zeigt, dass der Einsatz eines Kontaktgas-Warmwasserbereiters 4 zum Verschwinden der Trockenzone im Kondensator 6 führt, den Wärmeaustausch intensiviert und die Leistung der Anlage erhöht. Der Anteil der zurückgewonnenen Wärme steigt von 14,52 auf 15,4 %, während die Taupunkttemperatur des Wasserdampfs in den getrockneten Rauchgasen auf 17 °C sinkt. Ungefähr 2 % der thermischen Energie werden nicht genutzt, sondern für die Rückgewinnung verwendet – die Erwärmung der getrockneten Rauchgase auf eine Temperatur von 70 °C.

Eine Methode zur Tiefennutzung der Wärme aus Rauchgasen, bei der die Rauchgase in einem Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher vorgekühlt werden, die getrockneten Rauchgase erhitzt und in einem Warmwasserbereiter auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt abgekühlt werden von Wasserdampf, Erhitzen des Wassers, Kondensieren des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfs im Kondensator, Erhitzen der Luft, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator ein Oberflächenrohr-Gas-Wassererhitzer zur Abkühlung feuchter Rauchgase installiert ist und Wasser erhitzen, während die Hauptwärmerückgewinnung beim Erhitzen der Luft im Kondensator erfolgt und die zusätzliche Wärmerückgewinnung im Warmwasserbereiter erfolgt.

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Die Erfindung bezieht sich auf die petrochemische Technik und kann zum Cracken von Heizöl sowie zum Erhitzen von Prozessmedien (z. B. Öl, Ölemulsion, Gas, Gemische davon) und für andere technologische Prozesse verwendet werden, die eine intensive Wärmeversorgung erfordern.

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Ein elektrischer Heizkörper, der Computerprozessoren als Wärmequelle nutzt. Dieser Heizkörper für Wohn- und Industrieräume, der Rechenprozessoren als Wärmequellen nutzt, enthält ein beheiztes Gehäuse, das die Wärmeübertragung zwischen der Wärmequelle und der Umgebungsluft durchführt, sowie eine Anzahl Q von Prozessoren, die über eine Anzahl P verteilt sind Leiterplatten, bildet die Wärmequelle des Heizkörpers und leistungsfähiges Werkzeug, das Berechnungen mithilfe externer Informationssysteme durchführt, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, mit der Sie die vom Kühler erzeugte Rechen- und Wärmeleistung steuern können, eine stabilisierte Stromversorgung für verschiedene elektronische Komponenten und eine Netzwerkschnittstelle, mit der Sie den Kühler an externe Geräte anschließen können Netzwerke.

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Die Erfindung bezieht sich auf die thermische Energietechnik. Die Methode der Tiefenwärmerückgewinnung aus Rauchgasen umfasst die Vorkühlung der Rauchgase in einem Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher und das Erhitzen getrockneter Rauchgase im Gegenstrom, um eine Temperaturreserve zu schaffen, die die Kondensation von Restwasserdampf im Schornstein verhindert. Die weitere Abkühlung der Rauchgase auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf erfolgt in einem Kontakt-Gas-Wasser-Warmwasserbereiter, der das Wasser erhitzt. Abgekühlte feuchte Rauchgase werden einem Gas-Luft-Plattenwärmetauscher – einem Kondensator – zugeführt, in dem der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert und so die Luft erwärmt. Die getrockneten Rauchgase werden über einen zusätzlichen Rauchabzug einem Gas-Gas-Flächenplattenwärmetauscher zugeführt, wo sie erhitzt werden, um eine mögliche Kondensation von Wasserdampf in den Rauchzügen und im Schornstein zu verhindern, und in den Schornstein geleitet werden. Technisches Ergebnis: Steigerung der Effizienz der Rauchgaswärmerückgewinnung durch Nutzung der latenten Kondensationswärme von Wasserdampf und der erhöhten Temperatur der Rauchgase selbst. 1 Abb., 1 Tab.

Derzeit wird aus zwei Gründen davon ausgegangen, dass die Temperatur der Abgase hinter dem Kessel nicht unter 120–130 °C liegt: um die Kondensation von Wasserdampf an Schweinen, Schornsteinen und Schornsteinen zu verhindern und um den natürlichen Zug zu erhöhen, der den Druck verringert des Rauchabzugsgeräts. In diesem Fall kann die Wärme der Abgase und die latente Verdampfungswärme des Wasserdampfs sinnvoll genutzt werden. Die Nutzung der Wärme von Abgasen und der latenten Verdampfungswärme von Wasserdampf wird als Methode der Tiefennutzung der Wärme von Rauchgasen bezeichnet. Derzeit gibt es verschiedene Technologien Implementierungen dieser Methode, getestet in Russische Föderation und haben im Ausland weite Verbreitung gefunden. Die Methode der Tiefennutzung der Wärme aus Rauchgasen ermöglicht es, den Wirkungsgrad einer brennstoffverbrauchenden Anlage um 2–3 % zu steigern, was einer Reduzierung des Brennstoffverbrauchs um 4–5 kg Brennstoffäquivalent entspricht. pro 1 Gcal erzeugter Wärme. Bei der Umsetzung dieser Methode gibt es technische Schwierigkeiten und Einschränkungen, die hauptsächlich mit der Komplexität der Berechnung des Wärme- und Stoffübertragungsprozesses bei der Tiefenwärmerückgewinnung von Abgasen und der Notwendigkeit, den Prozess zu automatisieren, verbunden sind. Diese Schwierigkeiten können jedoch mit dem Strom gelöst werden Stand der Technik.

Für die flächendeckende Umsetzung dieser Methode ist es notwendig, Richtlinien für die Berechnung und Installation von Systemen zur Tiefenwärmerückgewinnung von Rauchgasen zu entwickeln und Rechtsakte zu erlassen, die die Inbetriebnahme von brennstoffbetriebenen Anlagen mit Erdgas ohne den Einsatz von Tiefenwärme verbieten Rückgewinnung der Rauchgaswärme.

1. Formulierung des Problems hinsichtlich der betrachteten Methode (Technologie) zur Steigerung der Energieeffizienz; Prognose eines übermäßigen Verbrauchs von Energieressourcen oder Beschreibung anderer möglicher Folgen auf nationaler Ebene, wenn die aktuelle Situation anhält

Derzeit wird aus zwei Gründen davon ausgegangen, dass die Temperatur der Abgase hinter dem Kessel nicht unter 120–130 °C liegt: um die Kondensation von Wasserdampf an Schweinen, Schornsteinen und Schornsteinen zu verhindern und um den natürlichen Zug zu erhöhen, der den Druck verringert des Rauchabzugsgeräts. In diesem Fall beeinflusst die Temperatur der Rauchgase direkt den Wert von q2 – Wärmeverlust mit den Rauchgasen, einer der Hauptkomponenten der Wärmebilanz des Kessels. Wenn beispielsweise die Temperatur der Rauchgase um 40 °C gesenkt wird, wenn der Kessel mit Erdgas betrieben wird und ein Luftüberschussverhältnis von 1,2 vorliegt, erhöht sich der Bruttowirkungsgrad des Kessels um 1,9 %. Dabei ist die latente Verdampfungswärme der Verbrennungsprodukte nicht berücksichtigt. Heutzutage ist die überwiegende Mehrheit der Warmwasserbereitungs- und Dampfkesselanlagen in unserem Land, die Erdgas verbrennen, nicht mit Anlagen ausgestattet, die die latente Wärme der Dampfbildung von Wasserdampf nutzen. Diese Wärme geht mit den Abgasen verloren.

2. Verfügbarkeit von Methoden, Methoden, Technologien etc. um das identifizierte Problem zu lösen

Derzeit werden Verfahren zur Tiefenwärmerückgewinnung aus Rauchgasen (WER) durch den Einsatz von rekuperativen, mischenden und kombinierten Geräten eingesetzt, die mit verschiedenen Methoden zur Nutzung der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme arbeiten. Gleichzeitig werden diese Technologien in den meisten im Ausland in Betrieb genommenen Kesseln zur Verbrennung von Erdgas und Biomasse eingesetzt.

3. Kurzbeschreibung die vorgeschlagene Methode, ihre Neuheit und Bekanntheit, die Verfügbarkeit von Entwicklungsprogrammen; Ergebnis mit landesweiter Massenimplementierung

Die am häufigsten verwendete Methode der Tiefenwärmerückgewinnung aus Rauchgasen besteht darin, dass die Verbrennungsprodukte von Erdgas nach einem Kessel (oder nach einem Wassersparer) mit einer Temperatur von 130–150 °C in zwei Ströme aufgeteilt werden. Ungefähr 70–80 % der Gase werden durch den Hauptgaskanal geleitet und gelangen in den Oberflächen-Kondensationswärmetauscher, der Rest der Gase wird in den Bypass-Gaskanal geleitet. Im Wärmetauscher werden die Verbrennungsprodukte auf 40–50 °C abgekühlt und ein Teil des Wasserdampfs kondensiert, wodurch sowohl die physikalische Wärme der Rauchgase als auch die latente Kondensationswärme einiger davon sinnvoll genutzt werden können darin enthaltenen Wasserdampf. Die abgekühlten Verbrennungsprodukte nach dem Tropfenabscheider werden mit den ungekühlten Verbrennungsprodukten vermischt, die durch den Bypass-Kamin strömen, und bei einer Temperatur von 65–70 °C durch einen Rauchabzug durch den Schornstein in die Atmosphäre abgegeben. Das im Wärmetauscher erwärmte Medium kann Quellwasser für den Bedarf der chemischen Wasseraufbereitung oder Luft sein, die dann der Verbrennung zugeführt wird. Um den Wärmeaustausch im Wärmetauscher zu intensivieren, besteht die Möglichkeit, Dampf aus dem atmosphärischen Entgaser in den Hauptgaskanal einzuspeisen. Zu beachten ist auch die Möglichkeit, kondensierten entsalzten Wasserdampf als Quellwasser zu verwenden. Das Ergebnis der Umsetzung dieser Methode ist eine Steigerung des Bruttowirkungsgrads des Kessels um 2-3 %, unter Berücksichtigung der Nutzung der latenten Wärme der Dampfbildung von Wasserdampf.

4. Prognose der Wirksamkeit der Methode in der Zukunft unter Berücksichtigung von:
- steigende Energiepreise;
- Steigerung des Wohlergehens der Bevölkerung;
- Einführung neuer Umweltanforderungen;
- andere Faktoren.

Diese Methode steigert die Effizienz der Erdgasverbrennung und reduziert den Ausstoß von Stickoxiden in die Atmosphäre durch deren Auflösung im kondensierenden Wasserdampf.

5. Liste der Gruppen von Abonnenten und Objekten, bei denen diese Technologie mit maximaler Effizienz eingesetzt werden kann; der Bedarf an zusätzlicher Forschung, um die Liste zu erweitern

Diese Methode kann in Dampf- und Warmwasserkesselhäusern eingesetzt werden, die Erd- und Flüssiggas sowie Biokraftstoff als Brennstoff verwenden. Um die Liste der Objekte zu erweitern, in denen diese Methode eingesetzt werden kann, ist es notwendig, die Prozesse der Wärme- und Stoffübertragung von Verbrennungsprodukten von Heizöl, leichtem Dieselkraftstoff und verschiedenen Kohlesorten zu erforschen.

6. Identifizieren Sie die Gründe, warum die vorgeschlagenen energieeffizienten Technologien nicht in großem Maßstab eingesetzt werden. Entwerfen Sie einen Aktionsplan zur Beseitigung bestehender Hindernisse

Eine Massenanwendung dieser Methode in der Russischen Föderation wird in der Regel aus drei Gründen nicht durchgeführt:

Mangelndes Bewusstsein für die Methode;
Das Vorhandensein technischer Einschränkungen und Schwierigkeiten bei der Implementierung der Methode;
Mangel an Finanzierung.

7. Das Vorhandensein technischer und anderer Einschränkungen bei der Verwendung der Methode an verschiedenen Standorten; Sofern keine Informationen über mögliche Einschränkungen vorliegen, müssen diese durch Versuche ermittelt werden

Zu den technischen Einschränkungen und Schwierigkeiten bei der Implementierung der Methode gehören:

Die Komplexität der Berechnung des Recyclingprozesses feuchter Gase, da der Wärmeaustauschprozess von Stoffaustauschprozessen begleitet wird;
Die Notwendigkeit, bestimmte Temperatur- und Feuchtigkeitswerte der Abgase einzuhalten, um eine Kondensation von Dämpfen in den Schornsteinen und im Schornstein zu vermeiden;
Die Notwendigkeit, beim Erhitzen kalter Gase ein Einfrieren der Wärmeaustauschflächen zu vermeiden;
In diesem Fall ist es notwendig, Schornsteine und Schornsteine zu testen, die mit modernen Korrosionsschutzbeschichtungen versehen sind, um festzustellen, ob die Einschränkungen hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit der aus der Wärmerückgewinnungsanlage austretenden Rauchgase verringert werden können.

8. Der Bedarf an Forschung und Entwicklung sowie zusätzlichen Tests; Themen und Ziele der Arbeit

Der Bedarf an Forschung und Entwicklung sowie zusätzlichen Tests ist in den Absätzen 5 und 7 angegeben.

9. Bestehende Maßnahmen zur Ermutigung, Nötigung, Anreize für die Umsetzung der vorgeschlagenen Methode und die Notwendigkeit ihrer Verbesserung

Es gibt keine bestehenden Maßnahmen, um die Umsetzung dieser Methode zu fördern und durchzusetzen. Die Einführung dieser Methode könnte durch das Interesse an einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Stickoxidemissionen in die Atmosphäre angeregt werden.

10. Die Notwendigkeit, neue Gesetze und Vorschriften zu entwickeln oder bestehende zu ändern

Es ist notwendig, Richtlinien für die Berechnung und Installation von Systemen zur Tiefenwärmerückgewinnung von Rauchgasen zu entwickeln. Es kann erforderlich sein, Rechtsvorschriften zu erlassen, die die Inbetriebnahme von Erdgasbrennstoffanlagen ohne den Einsatz einer Tiefenrückgewinnung der Rauchgaswärme verbieten.

11. Verfügbarkeit von Vorschriften, Regeln, Anweisungen, Normen, Anforderungen, Verbotsmaßnahmen und anderen Dokumenten, die die Verwendung dieser Methode regeln und für die Durchführung verbindlich sind; die Notwendigkeit, Änderungen daran vorzunehmen oder die Grundsätze der Erstellung dieser Dokumente zu ändern; Vorhandensein von Vorhandenem Regulierungsdokumente, Vorschriften und die Notwendigkeit ihrer Wiederherstellung

Fragen zur Anwendung dieser Methode im Bestand gesetzlicher Rahmen fehlen.

12. Verfügbarkeit umgesetzter Pilotprojekte, Analyse ihrer tatsächlichen Wirksamkeit, festgestellte Mängel und Vorschläge zur Verbesserung der Technologie unter Berücksichtigung der gesammelten Erfahrungen

Es liegen keine Daten zur groß angelegten Umsetzung dieser Methode in der Russischen Föderation vor; es liegen Erfahrungen mit der Umsetzung in den Wärmekraftwerken der RAO UES vor und wurden, wie oben erwähnt, gesammelt große Erfahrung zur intensiven Nutzung von Rauchgasen im Ausland. Das Allrussische Institut für Wärmetechnik hat Entwurfsstudien für Anlagen zur Tiefenwärmerückgewinnung von Verbrennungsprodukten für PTVM (KVGM)-Warmwasserkessel abgeschlossen. Die Nachteile dieser Methode und Verbesserungsvorschläge finden Sie in Abschnitt 7.

13. Möglichkeit der Beeinflussung anderer Prozesse durch die Masseneinführung dieser Technologie (Änderungen der Umweltsituation, mögliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, erhöhte Zuverlässigkeit der Energieversorgung, Änderungen der täglichen oder saisonalen Belastungspläne von Energieanlagen, Änderungen der wirtschaftlichen Energieindikatoren). Produktion und Übertragung usw.)

Durch die Masseneinführung dieser Methode wird der Kraftstoffverbrauch um 4 bis 5 kg Kraftstoffäquivalent gesenkt. pro Gcal erzeugter Wärme und wird sich auf die Umweltsituation auswirken, indem der Ausstoß von Stickoxiden reduziert wird.

14. Verfügbarkeit und ausreichende Produktionskapazität in Russland und anderen Ländern für die Masseneinführung der Methode

Profilproduktionsstätten in der Russischen Föderation sind in der Lage, die Umsetzung dieser Methode sicherzustellen, jedoch nicht in Monoblock-Bauweise; bei Verwendung ausländischer Technologien ist eine Monoblock-Bauweise möglich.

15. Die Notwendigkeit einer speziellen Ausbildung von qualifiziertem Personal für den Umgang mit der eingeführten Technologie und die Entwicklung der Produktion

Zur Umsetzung dieser Methode ist eine vorhandene Fachausbildung von Fachkräften erforderlich. Es besteht die Möglichkeit, Fachseminare zur Umsetzung dieser Methode zu organisieren.

16. Vorgeschlagene Umsetzungsmethoden:
1) kommerzielle Finanzierung (mit Kostendeckung);
2) Wettbewerb um die Umsetzung von Investitionsprojekten, die als Ergebnis der Arbeiten zur Energieplanung für die Entwicklung einer Region, Stadt, Siedlung entwickelt wurden;
3) Budgetfinanzierung für effektive Energiesparprojekte mit langen Amortisationszeiten;
4) Einführung von Verboten und zwingenden Nutzungsanforderungen, Überwachung ihrer Einhaltung;
5) weitere Angebote.

Empfohlene Implementierungsmethoden sind:

Haushaltsfinanzierung;
Investitionen anziehen (Amortisationszeit 5-7 Jahre);
Einführung von Anforderungen für die Inbetriebnahme neuer brennstoffverbrauchender Anlagen.

Damit Fügen Sie eine Beschreibung der energiesparenden Technologie hinzu zum Katalog, füllen Sie den Fragebogen aus und senden Sie ihn an gekennzeichnet mit „zum Katalog“.

Methoden zur Wärmerückgewinnung. Austretende Rauchgase ArbeitsplatzÖfen haben eine sehr hohe Temperatur und transportieren daher viel Wärme. Beispielsweise werden bei Offenherdöfen etwa 80 % der gesamten dem Arbeitsraum zugeführten Wärme mit Rauchgasen aus dem Arbeitsraum abgeführt, bei Wärmeöfen etwa 60 %. Aus dem Arbeitsraum der Öfen führen die Rauchgase umso mehr Wärme mit sich, je höher ihre Temperatur und je geringer der Wärmenutzungskoeffizient im Ofen ist. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, die Wärmerückgewinnung aus den Abgasen sicherzustellen, was grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen kann: mit der Rückführung eines Teils der den Rauchgasen entnommenen Wärme in den Ofen und ohne Rückführung dieser Wärme in den Ofen der Ofen. Um die erste Methode umzusetzen, ist es notwendig, die dem Rauch entnommene Wärme auf Gas und Luft (oder nur Luft) zu übertragen, die in den Ofen gelangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden häufig Wärmetauscher vom rekuperativen und regenerativen Typ verwendet Dadurch ist es möglich, den Wirkungsgrad der Ofeneinheit zu steigern, die Verbrennungstemperatur zu erhöhen und Brennstoff zu sparen. Bei der zweiten Nutzungsweise wird die Wärme der Abgase in Heizkesselhäusern und Turbineneinheiten genutzt, wodurch erhebliche Brennstoffeinsparungen erzielt werden.

In einigen Fällen werden beide beschriebenen Methoden der Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen gleichzeitig angewendet. Dies geschieht dann, wenn die Temperatur der Rauchgase nach regenerativen oder rekuperativen Wärmetauschern ausreichend hoch bleibt und eine weitere Wärmerückgewinnung in thermischen Kraftwerken sinnvoll ist. Beispielsweise beträgt bei offenen Feuerstellen die Temperatur der Rauchgase nach den Regeneratoren 750–800 °C, so dass sie in Abhitzekesseln wiederverwendet werden.

Betrachten wir die Frage der Wärmerückführung der Abgase mit der Rückführung eines Teils ihrer Wärme in den Ofen genauer.

Zunächst ist zu beachten, dass eine aus dem Rauch entnommene und durch Luft oder Gas in den Ofen eingebrachte Wärmeeinheit (physische Wärmeeinheit) sich als wesentlich wertvoller erweist als dadurch im Ofen gewonnene Wärmeeinheiten der Verbrennung von Brennstoff (eine Einheit chemischer Wärme), da die Wärme erhitzter Luft (Gas) keinen Wärmeverlust mit Rauchgasen mit sich bringt. Der Wert einer Einheit sensibler Wärme ist umso größer, je niedriger der Brennstoffnutzungsgrad und je höher die Temperatur der Abgase ist.

Für den normalen Betrieb des Ofens ist es notwendig, den Arbeitsraum stündlich zu versorgen. erforderliche Menge Hitze. Diese Wärmemenge umfasst nicht nur die Wärme des Brennstoffs Q x, sondern auch die Wärme erhitzter Luft oder Gases Q F, d. h. Q Σ = Q x + Q f

Es ist klar, dass für Q Σ = const Durch eine Erhöhung von Q f können Sie Q x verringern. Mit anderen Worten: Die Nutzung der Wärme aus Rauchgasen ermöglicht eine Brennstoffeinsparung, die vom Grad der Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen abhängt

R = N in / N d

wobei N in und N d jeweils die Enthalpie der erhitzten Luft und der aus dem Arbeitsraum austretenden Rauchgase sind, kW bzw

kJ/Periode.

Der Grad der Wärmerückgewinnung kann auch als Wärmerückgewinnungskoeffizient des Rekuperators (Regenerators) bezeichnet werden, %

Effizienz p = (N in / N d) 100 %.

Wenn Sie den Grad der Wärmerückgewinnung kennen, können Sie den Kraftstoffverbrauch anhand des folgenden Ausdrucks ermitteln:

wobei N " d bzw. N d die Enthalpie der Rauchgase bei der Verbrennungstemperatur bzw. derjenigen, die den Ofen verlassen, sind.

Die Reduzierung des Brennstoffverbrauchs durch die Nutzung der Wärme der Abgase hat in der Regel einen erheblichen wirtschaftlichen Effekt und ist eine der Möglichkeiten, die Kosten für das Erhitzen von Metall in Industrieöfen zu senken.

Neben der Brennstoffeinsparung geht mit dem Einsatz der Luft-(Gas-)Heizung auch eine Erhöhung der kalorimetrischen Verbrennungstemperatur einher T k, Dies kann der Hauptzweck der Rückgewinnung sein, wenn Öfen mit Brennstoff mit niedrigem Heizwert beheizt werden.

Erhöhung des Q F bei führt zu einer Erhöhung der Verbrennungstemperatur. Wenn es notwendig ist, einen bestimmten Betrag bereitzustellen T k, dann führt eine Erhöhung der Temperatur der Erwärmung der Luft (Gas) zu einer Verringerung des Wertes , d. h. den Anteil von Gas mit hohem Heizwert im Kraftstoffgemisch zu reduzieren.

Da durch die Wärmerückgewinnung erhebliche Brennstoffeinsparungen möglich sind, empfiehlt es sich, einen möglichst hohen, wirtschaftlich vertretbaren Rückgewinnungsgrad anzustreben. Es muss jedoch sofort festgestellt werden, dass das Recycling nicht vollständig sein kann, d. h. immer R< 1. Это объясняется тем, что увеличение поверхности нагрева рационально только до определенных пределов, после которых оно уже приводит кочень незначительному выигрышу в экономии тепла.

Eigenschaften von Wärmeaustauschgeräten. Wie bereits erwähnt, kann die Wärmerückgewinnung aus Abgasen und deren Rückführung in den Ofen in Wärmeaustauschvorrichtungen regenerativer und rekuperativer Bauart erfolgen. Regenerative Wärmetauscher arbeiten in einem instationären thermischen Zustand, während rekuperative Wärmetauscher in einem stationären thermischen Zustand arbeiten.

Regenerative Wärmetauscher haben die folgenden Hauptnachteile:

1) kann keine konstante Temperatur zum Erhitzen von Luft oder Gas bereitstellen, die beim Abkühlen der Düsensteine abfällt, was die Möglichkeit der Verwendung einer automatischen Steuerung des Ofens einschränkt;

2) Unterbrechung der Wärmezufuhr zum Ofen beim Umschalten der Ventile;

3) Beim Erhitzen des Brennstoffs wird Gas durch den Schornstein geleitet, dessen Wert 5-6 erreicht % voller Durchfluss;

4) sehr großes Volumen und große Masse der Regeneratoren;

5) ungünstige Lage – Keramikregeneratoren befinden sich immer unter den Öfen. Die einzigen Ausnahmen sind Cowpers, die in der Nähe von Hochöfen aufgestellt sind.

Trotz sehr gravierender Nachteile werden regenerative Wärmetauscher jedoch teilweise immer noch in Hochtemperaturöfen (Herd- und Hochöfen, in Heizbrunnen) eingesetzt. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Regeneratoren sehr schnell arbeiten können hohe Temperatur Rauchgase (1500-1600 °C). Bei dieser Temperatur können Rekuperatoren noch nicht stabil arbeiten.

Fortschrittlicher und perfekter ist das rekuperative Prinzip der Wärmerückgewinnung aus Abgasen. Rekuperatoren sorgen für eine konstante Temperatur zum Erhitzen von Luft oder Gas und erfordern keine Umschaltvorrichtungen – dies sorgt für einen reibungsloseren Betrieb des Ofens und größere Möglichkeiten zur Automatisierung und Steuerung seines thermischen Betriebs. Rekuperatoren befördern kein Gas in den Schornstein; sie haben ein geringeres Volumen und Gewicht. Allerdings haben Rekuperatoren auch einige Nachteile, vor allem die geringe Feuerbeständigkeit (Rekuperatoren aus Metall) und die geringe Gasdichte (Rekuperatoren aus Keramik).

Allgemeine Eigenschaften des Wärmeaustauschs in Rekuperatoren. Lassen Sie uns überlegen allgemeine Charakteristiken Wärmeaustausch im Rekuperator. Der Rekuperator ist ein stationär arbeitender Wärmetauscher thermischer Zustand, wenn durch die Trennwand ständig Wärme von kühlenden Rauchgasen auf Heizluft (Gas) übertragen wird.

Die gesamte im Rekuperator übertragene Wärmemenge wird durch die Gleichung bestimmt

Q = KΔ t von F ,

Wo ZU- Gesamtwärmeübertragungskoeffizient von Rauch zu Luft (Gas), der das Gesamtniveau der Wärmeübertragung im Rekuperator charakterisiert, W/(m 2 -K);

Δ t durchschn- durchschnittlicher (über die gesamte Heizfläche) Temperaturunterschied zwischen Rauchgasen und Luft (Gas), K;

F- Heizfläche, durch die Wärme von Rauchgasen auf Luft (Gas) übertragen wird, m2.

Die Wärmeübertragung in Rekuperatoren umfasst drei Hauptstufen der Wärmeübertragung: a) von Rauchgasen zu den Wänden rekuperativer Elemente; b) durch die Trennwand; c) von der Wand zur erhitzten Luft oder zum erhitzten Gas.

Auf der Rauchseite des Rekuperators wird die Wärme der Rauchgase nicht nur durch Konvektion, sondern auch durch Strahlung an die Wand übertragen. Daher ist der lokale Wärmeübergangskoeffizient auf der Rauchseite gleich

Wo ist der Wärmeübergangskoeffizient von den Rauchgasen zur Wand?

Konvektion, W/(m 2 °C);

Wärmeübergangskoeffizient von Rauchgasen zur Wand

durch Strahlung, W/(m 2 °C).

Die Wärmeübertragung durch die Trennwand hängt vom Wärmewiderstand der Wand und der Beschaffenheit ihrer Oberfläche ab.

Auf der Luftseite des Rekuperators wird beim Erhitzen der Luft Wärme nur durch Konvektion von der Wand an die Luft übertragen, beim Erhitzen des Gases durch Konvektion und Strahlung. Wenn also Luft erhitzt wird, wird die Wärmeübertragung durch den lokalen Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten bestimmt; wenn das Gas erhitzt wird, dann der Wärmeübergangskoeffizient

Alle angegebenen lokalen Wärmeübergangskoeffizienten werden zum Gesamtwärmeübergangskoeffizienten zusammengefasst

, W/(m 2 °C).

Bei Rohrrekuperatoren sollte der Gesamtwärmeübergangskoeffizient für eine zylindrische Wand ermittelt werden (linearer Wärmeübergangskoeffizient).

, W/(m °C)

Koeffizient ZU wird als Wärmeübergangskoeffizient des Rohres bezeichnet. Wenn es erforderlich ist, die Wärmemenge der Fläche der Innen- oder Außenfläche des Rohrs zuzuordnen, können die Gesamtwärmeübergangskoeffizienten wie folgt ermittelt werden:

Wo A 1 - Wärmeübergangskoeffizient pro innen

Rohre, W/(m 2 °C);

A 2 – das gleiche, an der Außenseite des Rohrs, W/(m 2 °C);

R 1 und R 2 - jeweils die Radien des Innen- und Außenradius

Rohroberflächen, m. Bei Metallrekuperatoren kann der Wert des Wärmewiderstands der Wand vernachlässigt werden , und dann kann der Gesamtwärmeübergangskoeffizient in der folgenden Form geschrieben werden:

W/(m 2 °C)

Alle zur Ermittlung des Wertes notwendigen lokalen Wärmeübergangskoeffizienten ZU, kann auf der Grundlage der Gesetze der Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung erhalten werden.

Da zwischen der Luft- und der Rauchseite des Rekuperators immer ein Druckunterschied besteht, führt das Vorhandensein von Undichtigkeiten in der Rekuperatordüse zu Luftleckagen, die manchmal 40-50 % erreichen können. Leckagen verringern die Effizienz rekuperativer Anlagen erheblich; Je mehr Luft angesaugt wird, desto geringer ist der Anteil der nutzbaren Wärme im Keramikrekuperator (siehe unten):

Leckage, % 0 25 60

Endtemperatur des Rauchgases,

°C 660 615 570

Lufterwärmungstemperatur, °C 895 820 770

Rekuperatorwirkungsgrad (ohne Berücksichtigung

Verluste), % 100 84 73,5

Luftleckagen beeinflussen den Wert der lokalen Wärmeübergangskoeffizienten, und nicht nur die in den Rauchgasen eingeschlossene Luft

Reis. 4. Bewegungsschemata gasförmiger Medien in rekuperativen Wärmetauschern

senkt ihre Temperatur, verringert aber auch den Anteil an CO 2 und H 2 0, wodurch sich der Emissionsgrad von Gasen verschlechtert.

Sowohl bei einem absolut gasdichten Rekuperator als auch bei einem Leck ändern sich die lokalen Wärmeübergangskoeffizienten entlang der Heizfläche, daher werden bei der Berechnung von Rekuperatoren die Werte der lokalen Wärmeübergangskoeffizienten für Ober- und Unterseite getrennt ermittelt und anschließend Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient wird anhand des Durchschnittswerts ermittelt.

LITERATUR

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V.A. Krivandin, B.L. Markow. Metallurgische Öfen, M, Metallurgy, 1977, S. 463
V. A. Krivandin, A. V. Egorov. Thermische Arbeit und Konstruktionen von Eisenmetallurgieöfen, M, Metallurgy, 1989, S. 463

Inhaber des Patents RU 2436011:

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmeenergietechnik und kann in jedem Unternehmen eingesetzt werden, das Kessel mit Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betreibt. Ziel der Erfindung ist es, die Effizienz der Nutzung minderwertiger Kondensationswärme des in Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes zu steigern. Das Rauchgas-Wärmerückgewinnungsgerät enthält einen Gas-Gas-Flächenplattenwärmetauscher, in dem die ursprünglichen Rauchgase abgekühlt werden und die getrockneten Rauchgase im Gegenstrom erhitzt werden. Abgekühlte feuchte Rauchgase werden einem Gas-Luft-Plattenwärmetauscher-Kondensator zugeführt, wo der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert und so die Luft erwärmt. Die erwärmte Luft wird zur Beheizung der Räumlichkeiten und zur Deckung des Bedarfs der Gasverbrennung im Kessel verwendet. Das Kondensat wird nach weiterer Aufbereitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf verwendet. Die getrockneten Rauchgase werden über einen zusätzlichen Rauchabzug dem oben beschriebenen Heizgerät zugeführt, wo sie erhitzt werden, um eine mögliche Kondensation von Wasserdampf in den Schornsteinen und im Schornstein zu verhindern, und in den Schornstein geleitet werden. 2 n.p. f-ly, 1 Abb.

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmeenergietechnik und kann in jedem Unternehmen eingesetzt werden, das Kessel mit Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betreibt.

Eine bekannte Kesselanlage enthält einen Kontaktwassererhitzer, der am Eingang mit dem Abgaskanal des Kessels und am Ausgang über einen mit einem Rauchabzug ausgestatteten Gasauslasskanal zum Schornstein verbunden ist, sowie einen Lufterhitzer mit Heiz- und Luftwegen ( Urheberrechtszertifikat der UdSSR Nr. 1086296, F22B 1/18 vom 15.04.1984).

Die Installation funktioniert wie folgt. Der Hauptteil der Gase aus dem Kessel gelangt in den Abgaskamin, der Rest gelangt in den Heizkanal. Vom Abgaskamin werden die Gase zu einem Kontaktwassererhitzer geleitet, wo es zur Kondensation des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfs kommt. Anschließend passieren die Gase den Tropfenabscheider und gelangen in den Gasauslasskanal. Außenluft gelangt in den Lufterhitzer, wo es durch durch den Heizpfad strömende Gase erhitzt wird, und wird zum Gasauslasskanal geleitet, wo es sich mit gekühlten Gasen vermischt und deren Feuchtigkeitsgehalt verringert.

Mängel. Unzulässige Qualität des erwärmten Wassers für die Verwendung im Heizsystem. Die Verwendung erwärmter Luft erfolgt ausschließlich zur Zufuhr zum Schornstein, um die Kondensation von Wasserdampf zu verhindern. Geringe Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen, da die Hauptaufgabe darin besteht, die Rauchgase zu trocknen und die Taupunkttemperatur zu senken.

Mängel. Damit der Wärmetauscher in seinem gesamten Konvektionsteil im Kondensationsmodus arbeiten kann, darf die Heiztemperatur des Wassers im Konvektionspaket 50 °C nicht überschreiten. Um solches Wasser in Heizungsanlagen nutzen zu können, muss es zusätzlich erwärmt werden.

Um die Kondensation von Restwasserdampf der Rauchgase in den Schornsteinen und im Schornstein zu verhindern, wird ein Teil der Quellgase über den Bypass-Kanal mit den getrockneten Rauchgasen vermischt, wodurch deren Temperatur erhöht wird. Bei einer solchen Beimischung erhöht sich auch der Wasserdampfgehalt in den Abgasen, wodurch die Effizienz der Wärmerückgewinnung sinkt.

Eine bekannte Anlage zur Wärmerückführung aus Rauchgasen (RF-Patent Nr. 2193727, F22B 1/18, F24H 1/10 vom 20. April 2001), die einen im Gaskanal installierten Sprinkler mit Verteilungsdüsen, einen Rückgewinnungswärmetauscher und einen enthält Zwischenkühlmittelwärmetauscher, dessen beheizter Pfad am Eingang mit dem Feuchtigkeitssammler verbunden ist. Der Sprinkler befindet sich vor den angegebenen Wärmetauschern, die einander gegenüber im gleichen Abstand vom Sprinkler installiert sind und deren Düsen in die entgegengesetzte Richtung zu den Wärmetauschern gerichtet sind. Die Anlage ist zusätzlich mit einem Wärmetauscher zur Wiedererwärmung des Bewässerungswassers ausgestattet, der im Gaskanal installiert ist und sich über dem Sprinkler befindet, dessen beheizter Weg am Eingang mit dem Wärmetauscher des Zwischenkühlmittels und am Ausgang mit dem verbunden ist Sprinkler. Alle Wärmetauscher sind Oberflächen-Rohrwärmetauscher. Um die Heizfläche zu vergrößern, können die Rohre mit Rippen versehen werden.

Es gibt eine bekannte Funktionsweise dieser Anlage (RF-Patent Nr. 2193728, F22B 1/18, F24H 1/10 vom 20. April 2001), nach der die durch den Rauchkanal strömenden Rauchgase unter den Taupunkt abgekühlt werden und aus der Installation entfernt. In der Anlage wird Wasser in einem Rückgewinnungswärmetauscher erhitzt und an den Verbraucher verteilt. Die Außenfläche des Rückgewinnungswärmetauschers wird mit einem Zwischenkühlmittel bewässert – Wasser aus einer Sprinkleranlage mit Verteilerdüsen, die auf den Gasstrom gerichtet sind. In diesem Fall wird das Zwischenkühlmittel in einem Wärmetauscher vorgewärmt, der im Gaskanal gegenüber dem Rückgewinnungswärmetauscher und im gleichen Abstand von der Sprinkleranlage wie der Rückgewinnungswärmetauscher installiert ist. Anschließend wird das Zwischenkühlmittel einem im Gaskanal oberhalb des Sprinklers installierten Wärmetauscher zur Wiedererwärmung des Bewässerungswassers zugeführt, auf die erforderliche Temperatur erhitzt und dem Sprinkler zugeführt.

In der Anlage fließen zwei unabhängige Wasserströme: sauberes, durch eine Wärmeübertragungsfläche erwärmtes Wasser und bewässerndes, durch direkten Kontakt mit den Abgasen erwärmtes Wasser. In den Rohren fließt ein sauberer Wasserstrom, der durch Wände vom verunreinigten Bewässerungswasserstrom getrennt ist. Ein Rohrbündel übernimmt die Funktion einer Düse, die eine entwickelte Kontaktfläche zwischen Bewässerungswasser und Abgasen schaffen soll. Die Außenfläche der Düse wird von Gasen und Spülwasser umspült, was den Wärmeaustausch im Apparat intensiviert. Die Wärme der Abgase wird auf zwei Arten auf das in den Rohren der aktiven Düse strömende Wasser übertragen: 1) durch die direkte Wärmeübertragung von den Gasen und dem Bewässerungswasser; 2) aufgrund der Kondensation eines Teils des in den Gasen enthaltenen Wasserdampfs auf der Oberfläche der Düse.

Mängel. Die Endtemperatur des erhitzten Wassers am Auslass der Düse wird durch die Nassthermometertemperatur der Gase begrenzt. Bei der Verbrennung von Erdgas mit einem Luftüberschussverhältnis von 1,0–1,5 beträgt die Feuchtkugeltemperatur der Rauchgase 55–65 °C. Diese Temperatur reicht nicht aus, um dieses Wasser im Heizsystem zu nutzen.

Rauchgase verlassen das Gerät mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95–100 %, was die Möglichkeit einer Kondensation von Wasserdampf aus den Gasen im anschließenden Abgastrakt nicht ausschließt.

Der beanspruchten Erfindung in Bezug auf Verwendung, technisches Wesen und erzieltes technisches Ergebnis am nächsten kommt, ist ein Wärmetauscher (RF-Patent Nr. 2323384, F22B 1/18 vom 30.08.2006), der einen Kontaktwärmetauscher, einen Tropfenabscheider, ein nach einem Direktströmungskreislauf angeschlossener Gas-Gas-Wärmetauscher, Gaskanäle, Rohrleitungen, Pumpe, Temperatursensoren, Regelventile. Entlang des zirkulierenden Wasserstroms des Kontaktwärmetauschers sind in Reihe ein Wasser-Wasser-Wärmetauscher und ein Wasser-Luft-Wärmetauscher mit Bypasskanal entlang des Luftstroms angeordnet.

Funktionsweise des Wärmetauschers. Die Abgase gelangen durch den Gaskanal in den Einlass des Gas-Gas-Wärmetauschers, durchlaufen nacheinander dessen drei Abschnitte und gelangen dann zum Einlass des Kontaktwärmetauschers, wo sie durch eine von zirkulierendem Wasser umspülte Düse unten gekühlt werden den Taupunkt und gibt fühlbare und latente Wärme an das zirkulierende Wasser ab. Anschließend werden die abgekühlten und feuchten Gase in einem Tropfenabscheider vom Großteil des mitgeführten flüssigen Wassers befreit, in mindestens einem Abschnitt des Gas-Gas-Wärmetauschers erhitzt und getrocknet, über einen Rauchabzug in einen Schornstein geleitet und dort abgegeben Atmosphäre. Gleichzeitig wird erwärmtes Umlaufwasser aus der Kontaktwärmetauscherwanne in den Wasser-Wasser-Wärmetauscher gepumpt, wo es kaltes Wasser aus der Rohrleitung erwärmt. Das im Wärmetauscher erwärmte Wasser wird dem Bedarf der Prozess- und Warmwasserbereitung oder einem Niedertemperatur-Heizkreis zugeführt.

Die Nachteile dieses Prototyps sind:

Die Notwendigkeit eines Steuerungssystems für die Nutzung der zurückgewonnenen Wärme zur Warmwasserversorgung aufgrund der Variabilität des täglichen Zeitplans für den Warmwasserverbrauch.

Die gestellte Aufgabe besteht darin, die Wärmerückgewinnungstechnologie zu vereinfachen und die Effizienz der Nutzung minderwertiger Kondensationswärme des in Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfs zu erhöhen.

Dieses Problem wird auf folgende Weise gelöst.

Es wird eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen vorgeschlagen, enthaltend einen Gas-Gas-Wärmetauscher, einen Kondensator, einen Trägheitstropfenabscheider, Gaskanäle, Luftkanäle, Ventilatoren und eine Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher ist Nach einer Gegenstromschaltung hergestellt, ist ein Oberflächen-Gas-Luft-Plattenwärmetauscher als Kondensator installiert. Im Gaskanal der kalten getrockneten Rauchgase ist ein zusätzlicher Rauchabzug installiert; ein Gaskanal zum Mischen eines Teils der erhitzten getrockneten Rauchgase wird vor dem zusätzlichen Rauchabzug montiert.

Vorgeschlagen wird außerdem ein Betriebsverfahren einer Rauchgas-Wärmerückgewinnungseinrichtung, bei dem die Rauchgase in einem Gas-Gas-Wärmetauscher abgekühlt werden, die getrockneten Rauchgase erhitzt werden, in den Rauchgasen enthaltener Wasserdampf im Kondensator kondensiert wird, ein Teil der Blasluft erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Gas-Gas-Wärmetauscher die getrockneten Rauchgase durch Abkühlung der ursprünglichen Rauchgase im Gegenstromverfahren ohne Regulierung des Gasdurchsatzes erhitzt werden, wobei Wasserdampf einkondensiert ein Oberflächen-Gas-Luft-Plattenwärmetauscher-Kondensator, der die Luft erwärmt und die erwärmte Luft zur Erwärmung und Deckung des Bedarfs des Verbrennungsprozesses verwendet, und das Kondensat nach zusätzlicher Verarbeitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampf verwendet wird Turbinenkreislauf, im Gaskanal kalter, getrockneter Rauchgase wird der aerodynamische Widerstand des Gasweges durch einen zusätzlichen Rauchabsauger ausgeglichen, vor dem ein Teil der erhitzten, getrockneten Rauchgase gemischt wird, unter Ausschluss der Kondensation des mitgeführten Restwasserdampfes Durch die Strömung vom Kondensator weg wird die Temperatur der erwärmten Luft durch Änderungen der Geschwindigkeit des Rauchabzugs in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur reguliert.

Die Ausgangsrauchgase werden in einem Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher gekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase erhitzt werden.

Der Unterschied besteht in der Verwendung eines Plattenwärmetauschers ohne Gasdurchflussregelung, bei dem sich das Heizmedium (das gesamte Volumen der feuchten Rauchgase) und das erhitzte Medium (das gesamte Volumen der getrockneten Rauchgase) im Gegenstrom bewegen. Dabei kommt es zu einer tieferen Abkühlung der feuchten Rauchgase auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt von Wasserdampf.

Anschließend wird der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf in einem Gas-Luft-Plattenwärmetauscher-Kondensator kondensiert und so die Luft erwärmt. Die erwärmte Luft wird zur Beheizung von Räumen und zur Deckung des Bedarfs des Verbrennungsprozesses genutzt. Das Kondensat wird nach weiterer Aufbereitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf verwendet.

Der Unterschied zwischen der vorgeschlagenen Methode besteht darin, dass das erwärmte Medium kalte Luft ist, die von Ventilatoren aus der Umgebung zugeführt wird. Die Luft wird um 30-50°C erwärmt, beispielsweise von -15 auf 33°C. Durch die Verwendung von Luft mit negativer Temperatur als Kühlmedium können Sie den Temperaturdruck im Kondensator bei Verwendung von Gegenstrom deutlich erhöhen. Auf 28–33 °C erwärmte Luft eignet sich zur Raumheizung und zur Versorgung des Kessels, um die Verbrennung von Erdgas sicherzustellen. Die thermische Berechnung des Kreislaufs zeigt, dass der Durchfluss der erwärmten Luft 6-7 mal höher ist als der Durchfluss der ursprünglichen Rauchgase, was es ermöglicht, den Bedarf des Kessels vollständig zu decken, die Werkstatt und andere Räumlichkeiten zu heizen Betrieb, und führen Sie einen Teil der Luft auch dem Schornstein zur Reduzierung der Taupunkttemperatur oder einem Drittverbraucher zu.

Der aerodynamische Widerstand des Gasweges im Schornstein kalter, getrockneter Rauchgase wird durch einen zusätzlichen Rauchabzug ausgeglichen. Um eine Kondensation des vom Kondensator abgeführten Restwasserdampfes zu verhindern, wird vor dem zusätzlichen Rauchabzug ein Teil der erhitzten, getrockneten Rauchgase (bis zu 10 %) gemischt. Die Temperatur der erwärmten Luft wird durch Änderung der Durchflussmenge der getrockneten Rauchgase reguliert, indem die Geschwindigkeit des Rauchabzugs abhängig von der Außenlufttemperatur angepasst wird.

Die getrockneten Rauchgase werden über einen Rauchabzug dem oben beschriebenen Heizgerät zugeführt, wo sie erhitzt werden, um eine mögliche Kondensation von Wasserdampf in den Schornsteinen und im Schornstein zu verhindern, und in den Schornstein geleitet werden.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur Rauchgaswärmerückgewinnung enthält einen mit einem Wärmetauscher 2 verbundenen Gaskanal 1, der über einen Gaskanal 3 mit einem Kondensator 4 verbunden ist. Der Kondensator 4 weist einen Trägheitstropfenfänger 5 auf und ist mit dem Kondensat verbunden Abluftleitung 6. Der Ventilator 7 ist an einen Kaltluftkanal 8 mit Kondensator 4 angeschlossen. Kondensator 4 ist über Luftkanal 9 mit dem Wärmeverbraucher verbunden. Der trockene Rauchgaskanal 10 ist über einen Rauchabzug 11 mit dem Wärmetauscher 2 verbunden. Der trockene beheizte Rauchgaskanal 12 ist mit dem Wärmetauscher 2 verbunden und in den Schornstein geleitet. Der Gaskanal 12 ist durch einen weiteren Gaskanal 13, der einen Dämpfer 14 enthält, mit dem Gaskanal 10 verbunden.

Wärmetauscher 2 und Kondensator 4 sind Plattenwärmetauscher aus einheitlichen Modulpaketen, die so angeordnet sind, dass das Kühlmittel im Gegenstrom fließt. Abhängig von der Menge der zu trocknenden Rauchgase werden Erhitzer und Kondensator aus einer berechneten Anzahl von Paketen zusammengestellt. Block 7 besteht aus mehreren Ventilatoren, um den Strom der erwärmten Luft zu verändern. Der Kondensator 4 am Austritt der getrockneten Rauchgase verfügt über einen Trägheitstropfenfänger 5 in Form von vertikalen Lamellen, hinter denen ein Gaskanal 10 eingebettet ist. Zur Voreinstellung ist am Gaskanal 13 ein Dämpfer 14 angebracht Temperaturreserve, die die Kondensation von Restwasserdampf im Rauchabzug 11 verhindert.

Funktionsweise einer Rauchgas-Wärmerückgewinnungsanlage.

Nasse Rauchgase gelangen über den Rauchabzug 1 in den Wärmetauscher 2, wo ihre Temperatur auf eine Temperatur nahe dem Taupunkt abgesenkt wird. Die abgekühlten Rauchgase gelangen durch den Schornstein 3 in den Kondensator 4, wo der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert. Das Kondensat wird über die Rohrleitung 6 abgeführt und nach weiterer Aufbereitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf verwendet. Die Kondensationswärme wird zur Erwärmung kalter Luft genutzt, die über Ventilatoren 7 aus der Umgebung zugeführt wird. Die erwärmte Luft 9 wird zur Belüftung und Erwärmung in den Produktionsraum des Heizraums geleitet. Von diesem Raum aus wird dem Kessel Luft zugeführt, um den Verbrennungsprozess sicherzustellen. Getrocknete Rauchgase 10 passieren einen Trägheitstropfenabscheider 5, werden von einem Rauchabzug 11 einem Wärmetauscher 2 zugeführt, wo sie erhitzt und in den Schornstein 12 geleitet werden. Eine Erwärmung der getrockneten Rauchgase ist notwendig, um eine Kondensation von Restwasser zu verhindern Dampf in den Schornsteinen und im Schornstein. Um zu verhindern, dass im Rauchabzug 11 Feuchtigkeitstropfen ausfallen, die vom getrockneten Rauchgasstrom aus dem Kondensator mitgerissen werden, wird ein Teil der erhitzten trockenen Rauchgase (bis zu einem Zehntel) aus dem Rauchabzug 12 durch den Rauchabzug 13 zugeführt in den Rauchabzug 10, wo die mitgeführte Feuchtigkeit verdunstet.

Die Temperatur der erwärmten Luft wird durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der getrockneten Rauchgase durch Änderung der Drehzahl des Rauchabzugs 11 in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur reguliert. Mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit der feuchten Rauchgase nimmt der aerodynamische Widerstand des Gasweges des Geräts ab, was durch eine Verringerung der Geschwindigkeit des Rauchabsaugers 11 ausgeglichen wird. Der Rauchabsauger 11 sorgt für einen Druckunterschied von die Rauchgase und die Luft im Kondensator, um zu verhindern, dass Rauchgase in die erwärmte Luft gelangen.

Eine Nachweisrechnung zeigt, dass bei einem Erdgaskessel mit einer Leistung von 6 MW, bei einem Durchfluss an feuchten Rauchgasen von 1 m 3/s und einer Temperatur von 130 °C die Luft von -15 auf 30 °C erwärmt wird , mit einer Durchflussrate von 7 m 3 / s. Der Kondensatdurchsatz beträgt 0,13 kg/s, die Temperatur der getrockneten Rauchgase am Ausgang des Erhitzers beträgt 86°C. Die thermische Leistung eines solchen Gerätes beträgt 400 kW. Die gesamte Wärmeaustauschfläche beträgt 310 m2. Die Taupunkttemperatur von Wasserdampf in Rauchgasen sinkt von 55 auf 10 °C. Der Kesselwirkungsgrad erhöht sich allein durch die Erwärmung der Kaltluft in Höhe von 0,9 m 3 /s, die für die Verbrennung von Erdgas erforderlich ist, um 1 %. Gleichzeitig macht die Erwärmung dieser Luft 51 kW der Geräteleistung aus, der Rest der Wärme wird zur Lufterwärmung der Räumlichkeiten verwendet. Die Ergebnisse der Berechnungen zum Betrieb eines solchen Geräts bei verschiedenen Außentemperaturen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Berechnungsvarianten des Geräts für andere Durchflussmengen getrockneter Rauchgase bei einer Außenlufttemperatur von -15 °C.

Tabelle 1
VORRICHTUNG ZUR WÄRMEWÄRME VON RAUCHGASEN UND VERFAHREN ZU IHREM BETRIEB
Rauchgasverbrauch	Luftstrom	Lufttemperatur	Wärmeleistung des Geräts
Vor	nach
m 3 /s	m 3 /s	°C	°C	kW	kg/s	°C	°C
0,7	5,4	0	37,0	262	0,09	90,7	19/8
0,8	6/2	-5	33,2	316	0,10	89,0	16,2
1	7,0	-10	33,2	388	0,13	87/4	15,1
1	7,0	-15	29,6	401	0,13	86,0	10,0
1	6,2	-20	30,2	402	0,13	86,3	10,8
1	6,2	-25	26,6	413	0,13	84,8	5,5

Tabelle 2
Rauchgasverbrauch	Luftstrom	Erhitzte Lufttemperatur	Wärmeleistung des Geräts	Verbrauch des anfallenden Kondensats	Gesamtwärmeaustauschfläche	Temperatur getrockneter Rauchgase	Taupunkttemperatur von Wasserdampf in getrockneten Gasen
m 3 /s	m 3 /s	°C	kW	kg/s	m 2	°C	°C
2	13,2	31,5	791	0,26	620	86,8	12,8
5	35,0	29,6	2007	0,65	1552	86,0	10,0
10	62,1	35,6	4047	1,30	3444	83,8	9,2
25	155,3	32,9	9582	3,08	8265	86,3	18,6
50	310,8	32,5	19009	6,08	13775	85,6	20,0

1. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen, enthaltend einen Gas-Gas-Wärmetauscher, einen Kondensator, einen Trägheitstropfenabscheider, Gaskanäle, Luftkanäle, Ventilatoren und eine Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Gas-Oberflächenplattenwärmetauscher ist nach einem Gegenstromkreislauf hergestellt und ein Oberflächen-Gas-Luft-Wärmetauscher als Kondensator-Plattenwärmetauscher installiert ist, ein zusätzlicher Rauchabzug im Gaskanal der kalt getrockneten Rauchgase installiert ist, ein Gaskanal zum Mischen eines Teils der erhitzten getrockneten Rauchgase wird vor dem zusätzlichen Rauchabzug installiert.

2. Die Funktionsweise des Rauchgas-Wärmerückgewinnungsgeräts, bei dem die Rauchgase in einem Gas-Gas-Wärmetauscher abgekühlt werden, die getrockneten Rauchgase erhitzt werden, der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf im Kondensator kondensiert und der Teil erhitzt wird der Blasluft, dadurch gekennzeichnet, dass im Gas-Gas-Wärmetauscher die getrockneten Rauchgase durch Abkühlung der ursprünglichen Rauchgase im Gegenstromschema ohne Regulierung der Gasströmungsgeschwindigkeit erhitzt werden, Wasserdampf in einem Oberflächengas kondensiert wird. Luftplattenwärmetauscher-Kondensator, der die Luft erwärmt und die erwärmte Luft zur Erwärmung und Deckung des Bedarfs des Verbrennungsprozesses verwendet, und das Kondensat nach zusätzlicher Verarbeitung zum Ausgleich von Verlusten im Wärmenetz oder Dampfturbinenkreislauf verwendet wird, in Im Gaskanal kalter, getrockneter Rauchgase wird der aerodynamische Widerstand des Gasweges durch einen zusätzlichen Rauchabzug ausgeglichen, vor dem ein Teil der erhitzten, getrockneten Rauchgase gemischt wird, ohne dass der von der Strömung mitgerissene Restwasserdampf kondensiert Vom Kondensator aus wird die Temperatur der erwärmten Luft durch Geschwindigkeitsänderungen des Rauchabzugs abhängig von der Außenlufttemperatur reguliert.

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