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 auf die folgende Weise. Rauchgase gelangen in das Verteilerventil, das sie in zwei Ströme aufteilt, durch die der Hauptgasstrom geleitet wird Sieb in den Wärmetauscher, der zweite - entlang der Bypassleitung des Gaskanals. 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 aufgefangen und in den Speisekreislauf des Heizungsnetzes gepumpt. Das im Wärmetauscher erwärmte Wasser wird dem Verbraucher zugeführt. Am Ausgang des Wärmetauschers werden die getrockneten Rauchgase mit den ursprünglichen Rauchgasen aus der Rauchgasumgehungsleitung vermischt und durch den Rauchabzug geleitet Schornstein.

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. Durch eine solche 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 Schwebeteilchen 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.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass überwiegend die latente Kondensationswärme des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfs 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.

In der vorgeschlagenen Methode tiefes Recycling Wärme der Rauchgase, wie beim Prototyp werden die Rauchgase in einem Gas-Gas-Flächenplattenwärmetauscher vorgekühlt, wodurch die getrockneten Rauchgase erhitzt werden, der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf im Kondensator kondensiert und die Luft erwärmt wird .

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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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 Abgaswärme von Kesseln. Wir schlagen ein technologisches Schema eines Kraftwerks mit Dampfturbineneinheiten (STU) vor ), was zu minimalen Kosten und ohne den Einsatz von Wärmepumpeneinheiten eine umfassende Nutzung der Wärme aus den Abgasen der Verbrennungsprodukte aufgrund des Vorhandenseins eines Kühlers – des Kondensats aus dem PTU-Kondensator – ermöglicht.

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 umfassende Wärmenutzung aus Verbrennungsprodukten (CP) ist gewährleistet, wenn diese unter die Taupunkttemperatur abgekühlt werden, die für CP von Erdgas 50–55 °C beträgt. In diesem Fall 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

Im Fortgeschrittenen westliche Länder Die Tiefennutzung für Heizungsanlagen erfolgt mittels Kondensations-Warmwasserkesseln, die mit einem Kondensations-Economizer ausgestattet sind.

Typischerweise niedrige Temperatur Wasser zurückgeben(30–40 0 C) bei typischer Temperatur Temperaturdiagramm B. 70/40 0 C, in den Heizsystemen dieser Länder ermöglicht eine tiefe Wärmerückgewinnung in einem Kondensationseconomizer, der mit einer Einheit zum Sammeln, Ableiten und Aufbereiten von Kondensat (mit anschließender Verwendung zur Speisung des Kessels) ausgestattet ist. 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. Brennwertkessel sind im Westen weit verbreitet: 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 die Verzögerung Russlands bei der Entwicklung und Umsetzung einer umfassenden Nutzung sind der niedrige Erdgaspreis, die hohen Kapitalkosten aufgrund der Einbeziehung von Wärmepumpen in das System und die langen 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 hinter Gaskesseln 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 Deep-Recycling-Technologie 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 eine sofortige Beurteilung der Fähigkeiten und spezifischen Indikatoren eines bestimmten Prozesses, Kessels.

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 Gasheizer 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 technologischen Diagramm (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 vom System verwendet automatische Regulierung Die Station (siehe unten) ist in zwei Ströme unterteilt: Einer wird der Tiefennutzungseinheit 4, dem Kondensationswärmetauscher 7 und der zweite dem Niederdruckerhitzer (LPH) 18 und dann dem Entgaser 15 zugeführt. Die Temperatur Durch das Dampfkondensat aus dem Turbinenkondensator (ca. 20–35 °C) können Sie die Verbrennungsprodukte im Kondensationswärmetauscher 7 auf die erforderlichen 40 °C abkühlen, also eine Tiefenausnutzung gewährleisten.

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 HDPE 18 und dann dem Entgaser 15 (oder direkt 15) zugeführt. Aus dem Entgaser 15 wird ein Strom reinen Kondensats über eine Förderpumpe 16 einem Hochdruckerhitzer 17 und von diesem dem Kessel 1 zugeführt.

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.

Es sind verschiedene Arten von Wärmetauschern einsetzbar: Rohrbündelwärmetauscher, Geraderohrwärmetauscher, mit gerändelten Rippen, Plattenwärmetauscher oder ein effizientes Design mit einer neuen 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. Der Rauchabzug, die Kammer und der Gasweg bestehen aus korrosionsbeständigen Materialien, insbesondere Beschichtungen rostfreier Stahl, Kunststoffe sind eine gängige 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 Kontakt mit Erdgasverbrennungsprodukten bleibt das Kondensat zurück hohe Qualität und erfordert eine einfache und kostengünstige Reinigung – Entkarbonisierung (und nicht immer) 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 von Wärme aus Kesselverbrennungsprodukten sollte man die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Tiefennutzungssystems und vergleichen traditionelles Schema mit einer Gasheizung als nächstgelegenes Analogon und Konkurrent.

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.

V. V. Getman, N. V. Lezhneva METHODEN ZUR RECYCLINGWÄRME VON ABGASEN VON KRAFTANLAGEN

Schlüsselwörter: Gasturbinenanlagen, Gas-Kombikraftwerke

Die Arbeit berücksichtigt verschiedene Methoden Recycling der Wärme der Abgase von Kraftwerken, um deren Effizienz zu steigern, organischen Brennstoff einzusparen und die Energiekapazität zu erhöhen.

Schlüsselwörter: Gasturbinenanlagen, Dampf-Gas-Anlagen

In der Arbeit werden verschiedene Methoden der Nutzung der Wärme der austretenden Gase von Kraftwerken mit dem Ziel der Steigerung ihrer Effizienz, der Einsparung organischer Brennstoffe und der Akkumulation von Energiekapazitäten betrachtet.

Mit Beginn der wirtschaftlichen und politischen Reformen in Russland müssen zunächst einige grundlegende Veränderungen in der Elektrizitätswirtschaft des Landes vorgenommen werden. Die neue Energiepolitik muss eine Reihe von Problemen lösen, darunter die Entwicklung moderner hocheffizienter Technologien zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie.

Eine dieser Aufgaben besteht darin, den Wirkungsgrad von Kraftwerken zu steigern, um fossile Brennstoffe einzusparen und die Energiekapazität zu erhöhen. Am meisten

Vielversprechend sind hier Gasturbinenanlagen, deren Rauchgase bis zu 20 % der Wärme abgeben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Effizienz von Gasturbinentriebwerken zu steigern, darunter:

Erhöhung der Gastemperatur vor der Turbine für eine Gasturbineneinheit eines einfachen thermodynamischen Kreisprozesses,

Anwendung der Wärmerückgewinnung,

Nutzung der Rauchgaswärme in binären Kreisläufen,

Erstellung einer Gasturbineneinheit unter Verwendung eines komplexen thermodynamischen Schemas usw.

Als vielversprechendste Richtung gilt die gemeinsame Nutzung von Gasturbinen- und Dampfturbineneinheiten (GTU und STU) zur Verbesserung ihrer wirtschaftlichen und ökologischen Eigenschaften.

Gasturbinen und daraus erstellte kombinierte Anlagen sorgen mit derzeit technisch erreichbaren Parametern für eine deutliche Steigerung der Effizienz der Wärme- und Stromerzeugung.

Der weit verbreitete Einsatz binärer GuD-Einheiten sowie verschiedener kombinierter Systeme bei der technischen Umrüstung von Wärmekraftwerken ermöglicht eine Brennstoffeinsparung von bis zu 20 % im Vergleich zu herkömmlichen Dampfturbineneinheiten.

Experten zufolge steigt der Wirkungsgrad des kombinierten Dampf-Gas-Kreislaufs mit einer Erhöhung der Anfangstemperatur der Gase vor der Gasturbinenanlage und einem Anstieg des Anteils der Gasturbinenleistung. Von nicht geringer Bedeutung

Hinzu kommt, dass solche Systeme neben dem Effizienzgewinn deutlich geringere Kapitalkosten erfordern, ihre spezifischen Kosten sind 1,5- bis 2-mal geringer als die Kosten von Gas-Heizöl-Dampfturbineneinheiten und GuD-Einheiten mit minimaler Gasturbinenleistung .

Basierend auf den Daten lassen sich drei Hauptbereiche des Einsatzes von Gasturbinen und GuD-Gasturbinen im Energiesektor identifizieren.

Die erste, in Industrieländern weit verbreitete Methode ist der Einsatz von GuD-Einheiten in großen Brennwertkraftwerken, die mit Gas betrieben werden. In diesem Fall ist es am effektivsten, ein rückgewinnendes GuD-Aggregat mit einem großen Anteil an Gasturbinenleistung zu verwenden (Abb. 1).

Durch den Einsatz von GuD lässt sich der Wirkungsgrad der Brennstoffverbrennung in Wärmekraftwerken um ~ 11–15 % (CCP mit Gasaustritt in den Kessel), um ~ 25–30 % (binäres GuD) steigern.

Bis vor kurzem wurden keine umfangreichen Arbeiten zur Implementierung von GuD-Systemen in Russland durchgeführt. Einzelne Muster solcher Anlagen sind jedoch schon seit längerem im Einsatz und wurden erfolgreich eingesetzt, beispielsweise GuD-Anlagen mit einem Hochdruckdampferzeuger (HSG) vom Typ VPG-50 des Hauptaggregats PGU-120 und 3 modernisierte Aggregate mit HPG-120 in der TPP-2-Filiale der OJSC TGK-1“; PGU-200 (150) mit VPG-450 in der Zweigstelle des staatlichen Bezirkskraftwerks Nevinnomyssk. Im Krasnodar State District Power Plant sind drei GuD-Kraftwerke mit einer Leistung von jeweils 450 MW installiert. Das Kraftwerk umfasst zwei Gasturbinen mit einer Leistung von 150 MW, zwei Abhitzekessel und eine Dampfturbine mit einer Leistung von 170 MW, der Wirkungsgrad einer solchen Anlage beträgt 52,5 %. Weiter

Eine Steigerung der Effizienz von GuD-Anlagen vom Nutzungstyp ist durch Verbesserung möglich

Gasturbineninstallation und Komplikation des Dampfprozesskreislaufs.

Reis. 1 - Schema einer GuD-Einheit mit Abhitzekessel

GuD-Anlage mit Kessel -

Der Recycler (Abb. 1) umfasst: 1-

Kompressor; 2 - Brennkammer; 3 - Gas

Turbine; 4 - elektrischer Generator; 5 - Kessel-

Recycler; 6 - Dampfturbine; 7 - Kondensator; 8

Pumpe und 9 - Entlüfter. Der Brennstoff wird nicht im Abhitzekessel verbrannt, sondern der erzeugte überhitzte Dampf wird in einer Dampfturbineneinheit genutzt.

Die zweite Richtung ist der Einsatz von Gasturbinen zur Erzeugung von GuD-KWK und GTU-KWK. In den letzten Jahren wurden viele Optionen für technologische Konzepte von GuD-KWK vorgeschlagen. Bei mit Gas betriebenen BHKW empfiehlt sich der Einsatz von Blockheizkraftwerken

Recyclingtyp. Ein typisches Beispiel

Ein großes GuD-BHKW dieser Art ist das Nordwest-BHKW in St. Petersburg. Eine GuD-Einheit dieses Wärmekraftwerks umfasst: zwei Gasturbinen mit einer Leistung von jeweils 150 MW, zwei Abhitzekessel und eine Dampfturbine. Die Hauptindikatoren der Einheit: elektrische Leistung - 450 MW, thermische Leistung - 407 MW, spezifischer Verbrauch an Standardbrennstoff für die Stromversorgung - 154,5 g.e. t./(kW.h), spezifischer Verbrauch des äquivalenten Brennstoffs für die Wärmeversorgung - 40,6 kg. t./GJ, Wirkungsgrad des Wärmekraftwerks zur Bereitstellung elektrischer Energie - 79,6 %, thermische Energie - 84,1 %.

Die dritte Richtung ist der Einsatz von Gasturbinen zur Erzeugung von GuD-KWK und GTU-KWK mit geringer und mittlerer Leistung auf Basis von Kesselhäusern. CCGT – KWK und GTU – KWK die besten Optionen, erstellt auf der Basis von Kesselhäusern, bieten einen Wirkungsgrad für die Bereitstellung elektrischer Energie im Heizbetrieb von 76 - 79 %.

Ein typisches Kombikraftwerk besteht aus zwei Gasturbineneinheiten mit jeweils einem eigenen Abhitzekessel, der den erzeugten Dampf einer gemeinsamen Dampfturbine zuführt.

Eine solche Anlage wurde für das Kraftwerk des Staatsbezirks Shchekinskaya entwickelt. PGU-490 wurde für die Erzeugung elektrischer Energie im Grund- und Teilbetrieb des Kraftwerks mit Wärmeversorgung von Drittverbrauchern von bis zu 90 MW im Wintertemperaturplan konzipiert. Schematische Darstellung Die Einheit PGU-490 musste sich bei der Platzierung des Abhitzekessels auf den Platzmangel konzentrieren

Die Installation von Dampfturbinen in den Kraftwerksgebäuden führte zu gewissen Schwierigkeiten bei der Schaffung optimaler Bedingungen für die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom.

Ohne Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage sowie beim Einsatz einer verbesserten Gasturbineneinheit kann der Wirkungsgrad der Anlage deutlich gesteigert werden. Als ein solches verbessertes GuD-Kraftwerk wird ein Einwellen-GuD-320 mit einer Leistung von 300 MW vorgeschlagen. Die komplette Gasturbineneinheit für PGU-320 ist die Einwellen-GTE-200, deren Herstellung voraussichtlich durch den Übergang zu erfolgen wird

Doppelstützrotor, Modernisierung des Kühlsystems und anderer Komponenten der Gasturbinenanlage, um die anfängliche Gastemperatur zu erhöhen. Zusätzlich zum GTE-200 enthält der PGU-320-Monoblock eine K-120-13-Dampfturbine mit einer Dreizylinderturbine, eine Kondensatpumpe, einen Sperrdampfkondensator und eine Heizung, die mit Heizdampf aus der Entnahme gespeist wird letzte Stufe der Dampfturbine, sowie ein Zweidruck-Abhitzekessel mit acht Wärmeaustauschbereichen inklusive Zwischendampfüberhitzer.

Um den Wirkungsgrad der Anlage zu beurteilen, wurde eine thermodynamische Berechnung durchgeführt, die zu dem Schluss führte, dass beim Betrieb im Kondensationsmodus des PGU-490 ShchGRES der elektrische Wirkungsgrad um 2,5 % gesteigert und auf 50,1 gebracht werden kann %.

Fernwärmeforschung

Kombikraftwerke haben gezeigt, dass die wirtschaftlichen Kennzahlen von Gas-Kombikraftwerken maßgeblich von der Struktur ihres Wärmekreislaufs abhängen, dessen Wahl zugunsten einer Anlage getroffen wird, die die Mindesttemperatur der Rauchgase gewährleistet. Dies erklärt sich dadurch, dass Rauchgase die Hauptquelle für Energieverluste sind und zur Steigerung der Effizienz des Kreislaufs ihre Temperatur gesenkt werden muss.

Das in Abb. dargestellte Modell einer Einkreis-Heiz-CCGT-Einheit. 2, inklusive Abhitzekessel Trommeltyp mit natürlicher Zirkulation des Mediums im Verdampfungskreislauf. Entlang des Gasstroms im Kessel sind die Heizflächen nacheinander von unten nach oben angeordnet:

Überhitzer PP, Verdampfer I, Economizer E und Gasüberhitzer für Netzwasser GSP.

Reis. 2 - Wärmediagramm eines einkreisigen GuD-Kraftwerks

Berechnungen des Systems zeigten, dass bei einer Änderung der Frischdampfparameter die vom GuD-Aggregat erzeugte Leistung zwischen thermischen und elektrischen Verbrauchern umverteilt wird. Mit steigenden Dampfparametern nimmt die Erzeugung elektrischer Energie zu und die Erzeugung thermischer Energie ab. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass mit steigenden Parametern des Frischdampfs dessen Produktion abnimmt. Gleichzeitig wird durch eine Verringerung des Dampfverbrauchs bei geringfügiger Änderung seiner Parameter in den Entnahmestellen die thermische Belastung des Warmwasserbereiters reduziert.

Ein zweikreisiges GuD besteht ebenso wie ein einkreisiges GuD aus zwei Gasturbinen, zwei Abhitzekesseln und einer Dampfturbine (Abb. 3). Die Erwärmung des Netzwassers erfolgt in zwei ASG-Heizgeräten und (falls erforderlich) in einem Spitzennetzheizgerät.

Entlang der Gasströmung im Abhitzekessel

Die folgenden sind nacheinander angeordnet

Heizflächen: Hochdrucküberhitzer PPHP, Hochdruckverdampfer IVD, Hochdruck-Economizer EHP, Niederdrucküberhitzer PPND,

Niederdruckverdampfer IND, Niederdruck-Gaserhitzer GPND, Gaserhitzer für Netzwerkwasser GSP.

Reis. 3 - Prinzipielles thermisches Diagramm

Zweikreis-GuD

Reis. 4 – Schema der Wärmerückgewinnung aus Gasturbinenabgasen

Der Wärmekreislauf umfasst neben dem Abhitzekessel eine Dampfturbine mit drei Zylindern, zwei Netzwassererhitzer PSG1 und PSG2, einen Entgaser D und Speisepumpen PEN. Der Abgasdampf der Turbine wurde zum PSG1 geleitet. Dampf aus dem Turbinenabgas wird der PSG2-Heizung zugeführt. Das gesamte Netzwasser fließt durch PSG1, dann wird ein Teil des Wassers zu PSG2 geleitet, und der andere Teil wird nach der ersten Heizstufe zum GSP geleitet, das sich am Ende des Gaswegs des Abhitzekessels befindet. Das Kondensat des Heizdampfes PSG2 wird in PSG1 abgeleitet und gelangt dann in das HPPG und dann in den Entgaser. Das Speisewasser nach dem Entgaser fließt teilweise in den Economizer des Hochdruckkreislaufs und teilweise in Trommel B des Niederdruckkreislaufs. Dampf aus dem Überhitzer des Niederdruckkreislaufs wird nach dem Hochdruckzylinder (HPC) der Turbine mit dem Hauptdampfstrom gemischt.

Wie eine vergleichende Analyse gezeigt hat, ist bei der Verwendung von Gas als Hauptbrennstoff der Einsatz von Nutzungsschemata sinnvoll, wenn das Verhältnis von thermischer und elektrischer Energie 0,5 – 1,0 beträgt, bei Verhältnissen von 1,5 oder mehr werden GuD-Anlagen mit a bevorzugt „Entladungs“-Schema.

Neben der Anpassung des Dampfturbinenkreislaufs an den Gasturbinenkreislauf erfolgt auch die Rückführung der Abgaswärme

Die GTU kann durch die Zufuhr von Dampf, der von einem Abhitzekessel erzeugt wird, zur Brennkammer der GTU sowie durch die Implementierung eines regenerativen Zyklus implementiert werden.

Die Umsetzung des Regenerationskreislaufs (Abb. 4) führt zu einer deutlichen Steigerung der Anlageneffizienz um das 1,33-fache, wenn bei der Erstellung einer Gasturbineneinheit der Grad der Druckerhöhung entsprechend dem angestrebten Regenerationsgrad gewählt wird . Diese Schaltung umfasst einen K-Kompressor; R – Regenerator; KS - Brennkammer; ТК - Kompressorturbine; ST – Kraftturbine; CC – Radialkompressor. Wenn eine Gasturbineneinheit ohne Regeneration ausgelegt ist und der Druckanstiegsgrad l nahe am optimalen Wert liegt, führt die Ausstattung einer solchen Gasturbineneinheit mit einem Regenerator nicht zu einer Steigerung ihres Wirkungsgrades.

Der Wirkungsgrad der Anlage, die der Brennkammer Dampf zuführt, ist im Vergleich zu einer Gasturbineneinheit um das 1,18-fache erhöht, was eine Reduzierung des Brenngasverbrauchs der Gasturbineneinheit ermöglicht.

Eine vergleichende Analyse ergab, dass die größten Kraftstoffeinsparungen möglich sind, wenn der regenerative Zyklus einer Gasturbineneinheit implementiert wird hochgradig Regeneration, ein relativ geringes Druckanstiegsverhältnis im Kompressor l = 3 und mit geringen Verlusten an Verbrennungsprodukten. In den meisten Haushalts-TKAs werden jedoch Flug- und Schiffsgasturbinentriebwerke mit hohem Druckanstieg als Antrieb eingesetzt, wobei in diesem Fall die Wärmerückgewinnung aus Abgasen in einer Dampfturbineneinheit effizienter ist. Der Einbau mit Dampfzufuhr zur Brennkammer ist konstruktiv am einfachsten, aber weniger effektiv.

Eine Möglichkeit, Gaseinsparungen zu erzielen und Umweltprobleme zu lösen, ist der Einsatz von GuD-Anlagen an Kompressorstationen. IN Forschungsentwicklungen zwei werden berücksichtigt alternative Möglichkeiten die Verwendung von Dampf, der durch die Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen einer Gasturbineneinheit gewonnen wird: eine Gasturbineneinheit mit kombiniertem Kreislauf, die von einer Dampfturbine eines Erdgasverdichters und von einer Dampfturbine eines elektrischen Generators angetrieben wird. Der grundlegende Unterschied zwischen diesen Optionen besteht darin, dass bei einem CCGT mit Kompressor nicht nur die Wärme der Abgase der GPU zurückgewonnen wird, sondern auch eine GPU durch eine Dampfturbinen-Pumpeinheit ersetzt wird, und im Fall von Bei einem GuD-Kraftwerk mit elektrischem Generator bleibt die Anzahl der GPUs erhalten und aufgrund der rückgewonnenen Wärme wird Strom durch eine spezielle Dampfturbineneinheit erzeugt. Die Analyse zeigte, dass GuD-Anlagen mit Erdgas-Kompressorantrieb die besten technischen und wirtschaftlichen Kennzahlen lieferten.

Bei der Errichtung eines GuD-Gas-Kombikraftwerks mit Abhitzekessel auf Basis einer Verdichterstation dient die Gasturbineneinheit dem Antrieb des Kompressors und das Dampfkraftwerk (SPU) der Stromerzeugung, während die Die Temperatur der Abgase hinter dem Abhitzekessel beträgt 1400 °C.

Um die Effizienz der Nutzung organischer Brennstoffe in dezentralen Wärmeversorgungssystemen zu steigern, ist es möglich, Heizkesselhäuser durch den Einbau von Gasturbineneinheiten (GTUs) kleiner Leistung und die Nutzung von Verbrennungsprodukten in den Öfen bestehender Kessel zu rekonstruieren. Dabei ist die elektrische Leistung der Gasturbine von den Betriebsarten nach thermischen oder elektrischen Lastplänen sowie von wirtschaftlichen Faktoren abhängig.

Die Wirksamkeit der Rekonstruktion des Kesselhauses kann durch den Vergleich zweier Optionen beurteilt werden: 1 – Original (bestehendes Kesselhaus), 2 – Alternative, Verwendung einer Gasturbineneinheit. Der größte Effekt wurde mit einer elektrischen Leistung der Gasturbine erzielt

maximale Belastung des Verbrauchsbereiches.

Vergleichsanalyse einer Gasturbineneinheit mit einem HRSG, die Dampf in einer Menge von 0,144 kg/kg s erzeugt. B. kondensierende TU und GTU ohne HRSG und mit TU des trockenen Wärmeaustauschs zeigten Folgendes: nützlich

Strom – 1,29, Erdgasverbrauch – 1,27, Wärmeversorgung – 1,29 (12650 bzw. 9780 kJ/m3 Erdgas). Somit betrug die relative Steigerung der Gasturbinenleistung bei der Einspeisung von Dampf aus dem HRSG 29 % und der Verbrauch von zusätzlichem Erdgas 27 %.

Laut Betriebstestdaten beträgt die Temperatur der Rauchgase in Warmwasserkesseln 180 - 2300 °C, was zu einer Temperatur von 180 °C führt Bevorzugte Umstände zur Rückgewinnung der Wärme von Gasen mithilfe von Kondensationswärmetauschern (TU). In TU, was

dienen der Vorwärmung von Netzwasser Warmwasserkessel Der Wärmeaustausch erfolgt durch Kondensation des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfs und die Erwärmung des Wassers im Kessel selbst erfolgt im „trockenen“ Wärmeaustauschmodus.

Den Daten zufolge führt die Verwendung technischer Spezifikationen neben Kraftstoffeinsparungen auch zu Energieeinsparungen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass beim Einleiten eines zusätzlichen Umlaufwasserstroms in den Kessel zur Aufrechterhaltung des berechneten Durchflusses durch den Kessel ein Teil des Rücklaufwassers des Heizungsnetzes in gleicher Menge übertragen werden muss auf den Umwälzdurchfluss von der Rücklaufleitung zur Vorlaufleitung.

Bei der Komplettierung von Kraftwerken aus separaten Kraftwerksblöcken mit Gasturbinenantrieb

Bei elektrischen Generatoren gibt es mehrere Möglichkeiten, die Wärme der Abgase zu recyceln, beispielsweise durch eine Rückgewinnung

Wärmetauscher (HTE) zum Erhitzen von Wasser oder Verwendung eines Abhitzekessels und

Dampfturbinengenerator zur Steigerung der Stromerzeugung. Eine Analyse des Stationsbetriebs unter Berücksichtigung der Wärmerückgewinnung mittels Wärmebehandlung ergab eine deutliche Steigerung des Wärmenutzungskoeffizienten, teilweise um das Zweifache oder mehr, sowie experimentelle Untersuchungen des EM-25/11-Aggregats mit dem NK-37 Der Motor erlaubte uns, die folgende Schlussfolgerung zu ziehen. Abhängig von den spezifischen Bedingungen kann die jährliche Versorgung mit rückgewonnener Wärme zwischen 210.000 und 480.000 GJ liegen, und die tatsächlichen Gaseinsparungen liegen zwischen 7.000 und 17.000 m3.

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© V.V. Getman - Ph.D. Technik. Naturwissenschaften, außerordentlicher Professor Abteilung Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion FSBEI HPE „KNRTU“, 1ega151@uaMech; N.V. Lezhneva - Ph.D. Technik. Naturwissenschaften, außerordentlicher Professor Abteilung Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion von FSBEI HPE „KNRTU“, [email protected].

Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen

Die Rauchgase, die den Arbeitsraum der Öfen verlassen, haben eine sehr hohe Temperatur und führen daher eine erhebliche Wärmemenge ab. 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 rekuperativer und regenerativer Art eingesetzt, deren Einsatz es ermöglicht, den Wirkungsgrad der Ofeneinheit zu steigern, die Verbrennungstemperatur zu erhöhen und Brennstoff zu sparen. Bei der zweiten Rückgewinnungsmethode wird die Wärme der Abgase in Heizkesselhäusern und Turbineneinheiten genutzt, wodurch erhebliche Brennstoffeinsparungen erzielt werden.

Teilweise werden beide beschriebenen Methoden der Abwärmenutzung gleichzeitig eingesetzt. 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 anzumerken, dass eine dem Rauch entnommene und durch Luft oder Gas in den Ofen eingebrachte Wärmeeinheit (physische Wärmeeinheit) sich als viel wertvoller erweist als eine im Ofen gewonnene Wärmeeinheit infolge der Verbrennung von Brennstoff (Einheit chemischer Wärme), da die Wärme der erhitzten 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 normale Operation Der Ofen sollte stündlich die erforderliche Wärmemenge an den Arbeitsbereich liefern. Diese Wärmemenge umfasst nicht nur die Wärme des Kraftstoffs, sondern auch die Wärme erhitzter Luft oder Gases, d. h.

Es ist klar, dass mit = const eine Erhöhung zu einer Verringerung führen wird. Mit anderen Worten: Die Nutzung der Wärme aus Rauchgasen ermöglicht eine Brennstoffeinsparung, die vom Grad der Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen abhängt

Wo ist die Enthalpie der aus dem Arbeitsraum entweichenden erhitzten Luft und Rauchgase, kW bzw. kJ/Periode.

Der Grad der Wärmerückgewinnung kann auch als Effizienz bezeichnet werden. Rekuperator (Regenerator), %

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

wobei I"d, Id jeweils die Enthalpie der Rauchgase bei der Verbrennungstemperatur und 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 der Verwendung von Luft-(Gas-)Heizung auch eine Erhöhung der kalorimetrischen Verbrennungstemperatur einher, was der Hauptzweck der Rückgewinnung beim Beheizen von Öfen mit Brennstoff mit niedrigem Heizwert sein kann.

Eine Erhöhung von at führt zu einer Erhöhung der Verbrennungstemperatur. Ist die Bereitstellung eines bestimmten Wertes erforderlich, führt eine Erhöhung der Temperatur der Erwärmung der Luft (Gas) zu einer Verringerung des Wertes, d. h. zu einer Verringerung des Anteils an Gas mit hohem Heizwert im Brennstoffgemisch .

Da durch die Wärmerückgewinnung erhebliche Brennstoffeinsparungen möglich sind, empfiehlt es sich, einen möglichst hohen, wirtschaftlich vertretbaren Nutzungsgrad anzustreben. Es muss jedoch sofort festgestellt werden, dass das Recycling nicht vollständig, d. h. immer, sein kann. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass eine Vergrößerung der Heizfläche nur bis zu bestimmten Grenzen sinnvoll ist und danach bereits zu einem sehr unbedeutenden Gewinn an Wärmeeinsparungen führt.

Beschreibung:

Brjansk Wärmenetz Gemeinsam mit dem Designinstitut LLC VKTIstroydormash-Proekt haben wir in zwei Kesselhäusern in Brjansk Anlagen zur Wärmerückgewinnung von Rauchgasen (UUTG) aus Warmwasserkesseln entwickelt, hergestellt und implementiert

Rauchgas-Wärmerückgewinnungsanlage

N. F. Sviridov, R. N. Sviridov, Wärmenetze Brjansk,

I. N. Ivukov, B. L. Turk, LLC „VKTIstroydormash-Projekt“

Bryansk Heat Networks entwickelte, produzierte und implementierte zusammen mit dem Designinstitut VKTIstroydormash-Proekt LLC Anlagen zur Rauchgaswärmerückgewinnung (UHTG) aus Warmwasserkesseln in zwei Kesselhäusern in Brjansk.

Als Ergebnis dieser Implementierung wurde Folgendes erreicht:

Zusätzliche Kapitalinvestitionen pro 1 Gcal/h empfangener Wärme sind mehr als doppelt so niedrig wie beim Bau eines neuen Kesselhauses und amortisieren sich in etwa 0,6 Jahren;

Aufgrund der Tatsache, dass die verwendete Ausrüstung äußerst wartungsfreundlich ist und ein freies Kühlmittel, d. h. zuvor in die Atmosphäre abgegebenes Rauchgas (FG), verwendet, sind die Kosten für 1 Gcal Wärme 8–10 Mal niedriger als die Kosten der erzeugten Wärme durch Kesselhäuser;

Koeffizient nützliche Aktion Kessel um 10 % erhöht.

Somit beliefen sich alle Kosten in den Preisen vom März 2002 für die Implementierung des ersten UTG mit einer Kapazität von 1 Gcal Wärme pro Stunde auf 830.000 Rubel, und die erwarteten Einsparungen pro Jahr werden 1,5 Millionen Rubel betragen.

Solche hohen technischen und wirtschaftlichen Indikatoren sind verständlich.

Es besteht die Meinung, dass der Wirkungsgrad der besten Haushaltskessel mit einer Wärmeleistung von 0,5 MW und mehr 93 % erreicht. In Wirklichkeit liegt sie nicht über 83 % und hier erfahren Sie, warum.

Bei der Brennstoffverbrennung gibt es niedrigere und höhere Heizwerte. Der untere Heizwert ist um die Wärmemenge geringer als der höchste Heizwert, die für die Verdampfung des bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Wassers sowie der darin enthaltenen Feuchtigkeit aufgewendet wird. Ein Beispiel für den billigsten Brennstoff – Erdgas: DG, das bei seiner Verbrennung entsteht, enthält Wasserdampf, der bis zu 19 % seines Volumens einnimmt; die höhere Verbrennungswärme übersteigt die niedrigere um etwa 10 %.

Um die Leistung von Schornsteinen zu verbessern, durch die Dieselgeneratoren in die Atmosphäre abgegeben werden, ist es erforderlich, dass der im Dieselgenerator vorhandene Wasserdampf möglichst nicht in den Schornsteinen zu kondensieren beginnt niedrige Temperaturen Umfeld.

UUTG-Projekte haben längst vergessene technische Lösungen zur Wärmerückgewinnung aus Dieselgeneratoren wiederbelebt und verbessert.

UUTG enthält Kontakt- und Plattenwärmetauscher mit zwei unabhängigen Kreisläufen für Umlauf- und Verbrauchswasser.

Der Aufbau und die Funktionsweise des UTG werden aus dem in der Abbildung gezeigten Diagramm und der Beschreibung seiner Positionen deutlich.

In einem Kontaktwärmetauscher bewegen sich DG und versprühtes Umlaufwasser im vertikalen Gegenstrom, d. h. DG und Wasser stehen in direktem Kontakt miteinander. Um ein gleichmäßiges Versprühen des zirkulierenden Wassers zu gewährleisten, werden Düsen und eine spezielle Keramikdüse verwendet.

Das erwärmte Umlaufwasser, das von einer unabhängigen Pumpe in seinem Wasserkreislauf gepumpt wird, überträgt die im Kontaktwärmetauscher gewonnene Wärme auf das Versorgungswasser im Plattenwärmetauscher.

Für die erforderliche Kühlung des Umlaufwassers sollte ausschließlich Kaltwasser verwendet werden. Leitungswasser, das nach der Erwärmung im UTG in den Kesseln bestehender Kesselhäuser auf die erforderliche Temperatur gebracht und dann zur Warmwasserversorgung der Wohnungen verwendet wird.

Im Kontaktwärmetauscher durchlaufen die gekühlten Dieselgeneratoren zusätzlich einen Tropfenabscheider und verlieren dabei über 70 % der Feuchtigkeit in Form von Kondensat Wasserdampf, sind mit einem Teil der heißen Dieselgeneratoren verbunden (10–20 % des Volumens der Dieselgeneratoren, die den Kessel verlassen), werden direkt vom Kessel in den Schornstein geleitet und bilden eine Mischung aus Dieselgeneratoren mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt und ausreichender Temperatur für den Durchgang durch den Schornstein ohne Kondensation des restlichen Wasserdampfes.

Durch das im Dieselgenerator vorhandene Wasserdampfkondensat nimmt die Menge des zirkulierenden Wassers kontinuierlich zu. Der entstehende Überschuss wird über ein Ventil mit elektromechanischem Antrieb automatisch abgelassen und kann als Zubereitung verwendet werden. zusätzliches Wasser in der Heizraumheizung. Der spezifische Verbrauch an abgelassenem Wasser pro 1 Gcal zurückgewonnener Wärme beträgt etwa 1,2 Tonnen. Die Kondensatableitung wird durch die Niveaumesser B und H gesteuert.

Das beschriebene Verfahren und die Ausrüstung zur Wärmerückgewinnung von Dieselgeneratoren sind in der Lage, mit staubfreien Kraftstoffverbrennungsprodukten zu arbeiten, die eine unbegrenzte maximale Temperatur haben. Darüber hinaus gilt: Je höher die Temperatur des Rauchgases, desto mehr hohe Temperatur Das Versorgungswasser erwärmt sich. Darüber hinaus besteht in diesem Fall die Möglichkeit, recyceltes Wasser teilweise zur Heizungswasserbereitung zu nutzen. Da der Kontaktwärmetauscher gleichzeitig als Nassstaubfänger fungiert, ist es möglich, die Wärme staubhaltiger Dieselgeneratoren praktisch zu nutzen, indem das Umlaufwasser mit bekannten Methoden vor der Einspeisung in den Plattenwärmetauscher von Staub gereinigt wird. Es ist möglich, mit chemischen Verbindungen verunreinigtes Umlaufwasser zu neutralisieren. Daher kann das beschriebene UTG für die Arbeit mit DGs verwendet werden, die an technologischen Prozessen beim Schmelzen (z. B. Herdöfen, Glasschmelzöfen), beim Kalzinieren (z. B. Ziegel, Keramik) und beim Erhitzen (Barren vor dem Walzen) beteiligt sind. , usw.

Leider gibt es in Russland keine Anreize zur Förderung des Energiesparens.