Общество с ограниченной ответственностью
"Эжектор"


 

 

Для заказчиков из Украины

Утилизационный теплообменник-конденсатор

 

1. Основные предпосылки использования.

Возможность постоянной работы энергетических установок на природном газе, в составе которого отсутствуют серосодержащие компоненты, создала условия для существенного повышения их эффективности при одновременном снижении уровня загрязнения атмосферы. Предлагаемая разработка реализует новое направление в усовершенствовании энергоустановок, работающих на природном газе, которое позволяет кардинально изменить в них технологию водоочистки.

Существующая технология химической подготовки добавочной воды в установках ХВО электростанций и котельных не является безотходной, образует солевые стоки и создаёт проблемы экологического характера.

В то же время на электростанциях или котельных, сжигающих природный газ, в избытке имеется источник воды в виде водяного пара, образующегося в продуктах сгорания при окислении водорода топлива согласно химической реакции:

 

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 212 ккал

 

Для оценки расхода водяного пара в продуктах сгорания считаем, что:

- используемый природный газ состоит на 100% из метана;

- дутьевой воздух содержит только кислород (22%) и азот (78%);

- расход кислорода в воздухе полностью отвечает стехиометрическому соотношению, согласно вышеприведённой формуле, то есть кислород вступает в реакцию только с метаном.

Тогда в продуктах сгорания пары воздуха будут занимать долю около 11% их объёма, исходя из условия:

 

1*Vcн4 + 2*Vo2 + 2*7.8*VN2 = 1*Vco2 + 2*Vн2o + 15.6*VN2 = Vг = 18.6*Vcн4

 

Согласно закону Дальтона, парциальное давление паров воды пропорционально их объёмной доле, то есть при общем давлении газов Рг = 1.0 ат:

 

Рн2o = Рг * Vн2o / Vг = 1.0 * 2 / 18.6 = 0.107 ат

 

В весовых величинах при температуре уходящих газов 120°C, массовый расход водяного пара в продуктах сгорания согласно закону Клапейрона - Менделеева равен:

 

2o = Pн2o*Vг / Rн2o / (tг+273) = 0.107*104 * Vг / 47.1 / (120+273)= 0.058*Vг

 

или, принимая во внимание, что Vг = Vcн4 * 18.6:

 

2o = 0.058 * 18.6 * Vcн4 = 1.08 * Vcн4

 

Для котла типа БЭМ-10-1,3-210Г часовой расход природного газа составляет:

 

Vcн4 = Gп*(Iп-Iпв) / (Qp)н / hк = 10000*(600-20) / 8500 / 0.92 » 760 нм3

 

Соответственно, в уходящих газах этого котла расход водяных паров будет равен:

 

2o = 1.08 * 760 = 800 кг/ч » 0.8 т/ч

 

Реально в предлагаемом устройстве будет конденсироваться не более 80% расхода водяного пара, то есть расход конденсата составит около 0.64 т/ч.

Ранее отдельные решения по конденсации водяных паров из продуктов сгорания оценивались только с точки зрения повышения экономичности энергетической установки за счёт более полного использования теплоты сгорания топлива. Эти аппараты называются КТАНами (Контактный Теплообменние с Активной Насадкой). Но если рассматривать водяные пары в дымовых газах как источник безотходного получения добавочной воды для котла, то одновременно достигаемое повышение экономичности оказывается подчинённой задачей. Основным отличием УТ-К от известных КТАНов является наличие в нём эжекторной секции (см. схему).

Кроме получения добавочной воды в предлагаемом аппарате происходит:

- глубокая очистка газов от механических примесей;

- повышение напора газового потока, что снижает нагрузку на дымосос;

- нагрев сетевой воды, что повышает КПД котла.

Предлагаемый аппарат может быть использован и для водогрейных котлов пиковой котельной ТЭЦ или ГРЭС.

Расчёт УТ-К по разработанной руководителем нашего предприятия методике и рекомендации по его проектированию были внедрены в Новосибирском отделении ТЭП в проекте реконструкции Южносахалинской ТЭЦ.

 

2. Описание работы предлагаемого аппарата

Разработка основывается на результатах исследований в области двух научных направлений: струйные аппараты и тепломассоперенос в кожухотрубчатых теплообменниках.

Аппарат состоит из двух ступеней: эжекционной и конденсационной. В эжекционной ступени на дымовые газы воздействуют мелкодисперсные капли, выходящие из форсунок специальной конструкции, и повышают их напор на 10 ё 20 мм вод.ст. Одновременно, благодаря большой поверхности контакта капель и дымовых газов, между средами происходит интенсивный теплообмен. Соотношение масс дымовых газов и воды подобрано таким, которое снимает перегрев паров воды в газе. За эжекторной ступенью, по ходу газов, расположена вторая ступень - конденсационная, представляющая собой кожухотрубчатый теплообменник, в трубках которого протекает нагреваемая вода (обычно - сетевая). Охлаждённые дымовые газы с насыщенным водяным паром и каплями воды омывают трубный пучок и отдают тепло через образующуюся конденсатную плёнку и стенки трубок охлаждающей воде. Образующийся конденсат стекает по трубкам вниз в конденсатосборник. Протекая по трубкам нижних рядов, он переохлаждается. Часть конденсата из конденсатосборника откачивается насосом и подаётся в форсунки эжекторной ступени, а другая- большая - часть поступает в бак-накопитель добавочной воды. Охлаждённые и очищенные газы далее поступают в дымосос. Возможна также схема УТ-К с вынесенным из дымохода конденсатором.

Используемые материалы:

- форсунки изготавливаются из нержавеющей стали в оболочке из износо- и химически стойкой металлокерамики;

- трубный пучок конденсатора изготавливается из титана.

 

Утилизационный теплообменник-конденсатор

Схема утилизационного теплообменника-конденсатора


ООО "Эжектор". Телефон: +7 903 540-12-00

E-mail: Belewich@mtu-net.ru - Алексей Игоревич Белевич