Котлы-утилизаторы

Использование физической теплоты газов для получения пара имеет целый ряд преимуществ по сравнению, например, с газовыми теплообменниками:

поскольку процесс кипения связан с высоким коэффициентом теплопередачи, котел-утилизатор является одним из наиболее компактных типов агрегата по утилизации теплоты;

эти установки в большинстве случаев требуют меньших капитальных затрат, чем другие установки утилизации теплоты такого же назначения;

котлы-утилизаторы могут выдерживать высокотемпературные потоки отработанного газа, и не существует проблем выбора материалов и срока их службы, поскольку благодаря высоким коэффициентам теплопередачи в трубках поддерживается сравнительно низкая температура, близкая к температуре насыщения при соответствующем давлении;

маневренность котла-ути ли затор а высокая, нагрузку можно изменять путем регулирования рабочего давления пара;

не требуется точного регулирования расхода газа и воды.

Однако если на заводе имеются жесткие требования к качеству пара, то необходимо применять соответствующую химическую подготовку питательной воды, что связано с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами. Кроме того, сам котел-утилизатор в ряде случаев не может утилизировать достаточное количество теплоты, чтобы снизить температуру газа до требуемого уровня, и для утилизации может потребоваться дополнительное оборудование.

Ниже рассмотрены различные типы котлов-утилизаторов. Классификация котлов-утилизаторов. Котлы-утилизаторы могут быть классифицированы следующим образом: газотрубные, водотрубные и модульные.

В газотрубном котле-утилизаторе дымовые газы проходят внутри «руб поверхностей нагрева, а вода и пароводяная смесь — снаружи.

Конструктивно давление пара в этих котлах ограничивается примерно 70 МПа, хотя ряд усовершенствований может увеличить рабочее давление почти вдвое [7.261.

Что касается преимуществ, то газотрубный котел обычно наиболее дешевый из этих систем, и поскольку он менее восприимчив к загрязнению со стороны газа, то его можно применять при сильно загрязненных сбросных газах. Если и произошло сильное загрязнение, то легче чистить трубы изнутри, чем чистить наружные поверхности на близко расположенном пучке труб. В том случае, когда давление газа очень высокое (5 МПа), газотрубный котел имеет и то преимущество, что газ находится внутри труб. Однако КПД его может быть низким, если охлаждаемый газ имеет невысокое значение коэффициента теплоотдачи.

Водотрубный котел-утилизатор отличается от газотрубного котла тем, что вода находится в трубах, а отработанный газ проходит по наружной поверхности труб. Область применения водотрубных котлов значительно шире, в особенности если требуется пар высокого давления. КПД его значительно выше, чем газотрубного котла, поскольку на- наружная поверхность нагрева может быть увеличена без особых трудностей. В особенности это важно в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи от газа к стенке труб низкий или скорость газа из-за больших сопротивлений невысокая.

Надежность водотрубных котлов обычно выше, чем газотрубных, но подверженность загрязнению наружных поверхностей труб, а также трудность очистки должны быть приняты во внимание при выборе типа котла.

Применение модульных котлов для утилизации теплоты связано с охлаждаемыми водой двигателями, как, например, дизельными, и поршневыми двигателями, работающими на природном газе. В этом котле теплота уходящих газов и теплота от охлаждающей рубашки двигателя используется для получения пара, при этом охлаждающая рубашка действует, по существу, как подогреватель питательной воды.

Применение. При выборе котла-утилизатора необходимо принимать во внимание потребителей, которым будет направляться полученный в котле пар, и технологическое назначение котла.

газ непосредственно сбрасывается, В этом случае единственным назначением котла-утилизатора является сведение до минимума тепловых потерь до сброса газа в атмосферу;

газ требует охлаждения для последующего использования. Наряду с выработкой пара в данном случае котел выполняет полезную функцию охлаждения газа. Примерами процессов, в которых котел выполняет эту функцию, являются установки обжига пирита и сжигания серы;

газ требует охлаждения, но стабильность процесса зависит от скорости охлаждения. В данном случае работа котла-утилизатора является неотъемлемой частью технологического процесса. Областью при- ыенения котлов для этой пели являются, например, холодильники крекинг-газа, установки по производству этилена.

Основными областями использования пара коглов-утилизаторов являются:

использование непосредственно в технолога чес к ом процессе или для целен отопления. В эгом случае обычно получают пар сравнительно низкого давления;

использование для выбработки электроэнергии или электроэнергии и теплоты комбинированным способом. В этом случае требуется пар высокого давления и обычно перегретый;

применение в качестве отпаривающей среды в технологическом процессе (низкий уровень утилизации).

Котлы-утилизаторы газовых турбин. Уже подчеркивалась необходимость полностью использовать системы утилизации теплоты для того, чтобы повысить экономическую эффективность выработки электроэнергии на заводе, применения двигателей для привода компрессоров и другого подобного оборудования.

КПД газовой турбины составляет всего 25%. Системы утилизации позволяют использовать 75% теплоты уходящих газов турбины и повысить их КПД до 80%. Применение котла-утилизатора за газовой турбиной для получения пара высокого давления позволяет утилизировать 65 % сбросной теплоты и получить общий КПД системы около 72 %.

Потенциальная теплота утилизированных сбросных газов турбины составляет около 10 кВт /(кг/с) на каждый градус падения температуры.

Срок окупаемости этого оборудования 3 года с учегом эксплуатационных расходов.

В котле-утилизаторе газовой турбины предусмотрено дополнительное сжигание топлива [7.23]. Обычно котел-утилизатор для газовой турбины выбирается по количеству сбросных газов, а не на основе потребности в паре на заводе и режимов его потребления, что делает эту установку сравнительно дорогой. Поскольку в газах содержится достаточное количество кислорода, они могут быть использованы в процессе сжигания топлива. В некоторых случаях можно увеличить паропроизводительность котла по сравнению с котлами без дополнительного сжигания топлива на 200%. При этом повышение производительности котла достигается за счет установки простых горелок с решеткой. Кроме того, предусматривается байпасная дымовая труба, которая позволяет при необходимости работать с более низкими нагрузками, чем если бы все количество газов сбрасывалось в атмосферу через котел.

Пар, получаемый за счет использования сбросной теплоты поршневых двигателей внутреннего сгорания. Система Vaporphase, изготовленная в США фирмой Pott Industries Inc., является, одним из наиболее популярных типов агрегата утилизации сбросной теплоты поршневых двигателей. Эта система имеет мощность от 100 кВт до 15 МВт и применяется для больших 16-цилиндровых двигателей.

В системе, изготовленной фирмой Pott Industries Inc. (рис. 7.24 и 7.25), одновременно используется теплота сбросных газов и охлажде-

Рис. 7.24. Вертикальная система утилизации сбросной теплоты двигателей внутреннего сгорания

Рис. 7.25. Горизонтальный котел-утилизатор

ния двигателя, г| = 75%. Так же как и многие другие котлы-утилизаторы для двигателей, этот котел служит глушителем звука.