Утилизация отработанного тепла из дымовых газов: расчет размеров воздухоподогревателя для котлов и печей.

Каждый котел и печь отводят горячие дымовые газы, и большую часть этого тепла можно использовать повторно, а не терять.рекуперация тепла, отводимого от дымовых газов— Улавливание тепла из дымовых газов с помощью пластинчатого воздухонагревателя и его возврат в технологический процесс — является одним из наиболее эффективных способов повышения производительности в промышленности. В этом руководстве объясняется, какие возможности существуют, как рассчитать размер установки для рекуперации тепла, а также важнейшее ограничение, связанное с точкой росы, которое определяет, насколько далеко можно зайти.

Утилизация отработанного тепла имеет центральное значение для декарбонизации промышленности, поскольку она сокращает потребление топлива и выбросы без изменения основного технологического процесса. Инженеры компании SHPHE разрабатывают воздухоподогреватели с покрытием, позволяющим перехватывать высокотемпературные дымовые газы и рекуперировать их энергию. Правильный подбор размеров таких устройств — баланс между максимальной эффективностью рекуперации и пределом коррозии — является ключом к надежной и высокоэффективной установке.

Сколько тепла содержится в дымовых газах?

Восстанавливаемая энергия зависит отРасход дымовых газов и их температуравыше точки, до которой его можно безопасно охладить. Высокотемпературная дымовая труба печи содержит гораздо больше рекуперируемого тепла, чем низкотемпературная, и чем больше газовый поток, тем больше доступной энергии. Количество рекуперируемого тепла примерно равно массовому расходу газа, умноженному на его удельную теплоемкость и на перепад температуры, которого можно достичь на предварительном нагревателе. Практическим пределом этого перепада температуры является точка росы кислоты, о которой будет рассказано ниже. Количественная оценка доступного тепла в условиях дымовой трубы является первым шагом в любом проекте по рекуперации, поскольку она определяет размер прибыли.

Как подобрать размер воздухоподогревателя для рекуперации тепла?

Расчет размеров осуществляется по той же тепловой логике, что и в любом пластинчатом теплообменнике, но применяется к газовым потокам. Входными данными являются...Расход дымовых газов и температура на входе, тоПоток воздуха для сгорания (или технологического газа) и его температура на входе., тоцелевая температура предварительного нагреваВы хотите достичь желаемого, идопустимое падение давленияс обеих сторон (это важно для газовых потоков, где мощность вентилятора имеет решающее значение). Исходя из этого, инженер рассчитывает размеры матрицы гофрированных пластин — площадь пластин, гофрирование и схему потока — для передачи необходимого тепла в пределах допустимого падения давления. Поскольку газы имеют более низкие коэффициенты теплопередачи, чем жидкости, гофрирование и площадь пластин выбираются таким образом, чтобы максимизировать турбулентность и рекуперацию тепла в пределах практичной площади.

Что такое точка росы, и почему она ограничивает восстановление?

Это самое важное ограничение в процессе рекуперации тепла дымовых газов. По мере охлаждения дымовые газы в конечном итоге достигают своего оптимального состояния.точка росы кислоты— это температура, при которой серная и другие кислоты в газе начинают конденсироваться. Ниже этой точки коррозионная жидкость атакует металл, поэтому чрезмерное охлаждение газа приводит к быстрой коррозии холодного конца предварительного нагревателя. Точка росы зависит от содержания серы в топливе и состава газа. Поэтому при выборе размеров необходимо уравновесить две силы: дальнейшее охлаждение газа позволяет рекуперировать больше тепла, но точка росы кислоты устанавливает нижний предел, ниже которого нельзя опускаться — или необходимо использовать коррозионностойкие материалы, чтобы обеспечить работоспособность. Именно правильный баланс отличает долговечный рекуператор от того, который подвержен коррозии и выходит из строя.

Как осуществляется борьба с коррозией в холодной части конструкции?

Если конструкция смещает процесс рекуперации тепла близко к точке росы или ниже нее для улавливания большего количества тепла, тоХолодная часть конструкции должна быть рассчитана на выдерживание конденсации.Компания SHPHE решает эту проблему, выбирая коррозионностойкие пластинчатые материалы для холодной секции и проектируя схему потока таким образом, чтобы защитить наиболее уязвимую зону. Это позволяет установке извлекать больше энергии, чем допускала бы консервативная конструкция, без ущерба для надежности. Выбор зависит от условий эксплуатации: для низкосернистого топлива точка росы ниже, и более глубокое извлечение энергии безопасно; для высокосернистого топлива конструкция остается более теплой или использует улучшенные металлургические материалы. Соответствие материала и конструкции конкретным дымовым газам является сутью хорошо спроектированной установки для извлечения энергии.

Где применяется утилизация дымовых газов?

Какую прибыль вы можете ожидать?

Поскольку рекуперированное тепло замещает топливо каждый час, окупаемость обычно высока. Годовая экономия топлива равна умноженному на количество отработанного тепла, на количество часов работы и на стоимость топлива, с учетом капитальных затрат на предварительный подогреватель и дополнительной мощности вентилятора для компенсации падения давления. На высокотемпературных установках с длительным временем работы окупаемость часто составляет всего несколько лет, исокращение выбросовЭто дополнительно повышает ценность в условиях ценообразования на углерод. Экономическая эффективность улучшается по мере увеличения температуры дымовых газов и продолжительности работы установки, поэтому энергоемкие непрерывные процессы являются наиболее подходящими кандидатами. Специалист может смоделировать коэффициент извлечения, ограничение по точке росы и срок окупаемости для конкретной дымовой трубы.

Какие распространённые ошибки при рекуперации дымовых газов?

Ряд предотвратимых ошибок подрывает проекты по утилизации дымовых газов. Первая из них заключается в следующем:игнорируя точку росы кислоты— проектирование исключительно для максимального рекуперации тепла, а затем быстрая коррозия в холодной части из-за охлаждения газа ниже температуры конденсации без использования подходящих материалов. Второй вариант —недооценка падения давленияДобавление предварительного подогрева увеличивает сопротивление со стороны газа и воздуха, и если вентиляторы не могут обеспечить дополнительный напор, страдают тяга и сгорание. Третий вариант —использование неправильной металлургииЧто касается топлива — высокосернистое топливо требует более коррозионностойкого холодного конца, чем чистый газ. Четвертый фактор —рассматривать данный модуль как универсальныйВместо того чтобы рассчитывать его размеры в соответствии с фактическими условиями работы дымовой трубы, что исключает возможность рекуперации. Избежать этого можно, разработав правильный инженерный проект, основанный на реальном составе топлива, газа и системы, что и обеспечивает специалист.

Почему именно пластинчатая технология используется для добычи и переработки газа?

Теплопередача между газами по своей природе сложнее, чем теплопередача между жидкостями, поскольку газы имеют более низкие коэффициенты теплопередачи, поэтому теплообменнику приходится работать интенсивнее, чтобы рекуперировать заданное количество тепла. Конструкция пластинчатого теплообменника помогает за счет использования гофрированных поверхностей, которые создают турбулентность и обеспечивают большую площадь теплопередачи в компактной сварной матрице, что позволяет рекуперировать больше энергии на кубический метр оборудования, чем обычный трубчатый предварительный подогреватель. Благодаря полной сварке, исключается утечка между потоками, которая снижает эффективность роторных регенеративных предварительных подогревателей, поэтому все рекуперированное тепло фактически достигает воздуха для сгорания. Для предприятия, серьезно настроенного на максимальную рекуперацию тепла от компактного, надежного и герметичного агрегата, пластинчатая технология является естественным выбором — и именно поэтому компания SHPHE использует тот же опыт в производстве гофрированных сварных пластинчатых теплообменников, который лежит в основе всего ассортимента ее продукции.

Как специализированный производитель пластинчатых теплообменников,ШФЕКомпания Shanghai Heat Transfer Equipment Co., Ltd. разрабатывает по индивидуальному заказу системы рекуперации отработанного тепла дымовых газов и системы предварительного подогрева воздуха, что подтверждается сертификатами ASME/NB/CE/BV/SGS и более чем 30 патентами.

Как начать проект по восстановлению?

Проект по утилизации дымовых газов начинается со данных, а не с оборудования. Соберите необходимую информацию.условия стекирования— поток газа, температура и состав —тип топлива и содержание серы(которая определяет точку росы),Поток воздуха для сгорания и целевой предварительный подогрева также время работы установки и стоимость топлива. Имея эти данные, специалист может количественно оценить количество рекуперируемого тепла, смоделировать экономию топлива и выбросов, определить безопасный предел охлаждения и рассчитать размер пластинчатого воздухоподогревателя для улавливания максимального количества энергии, допустимого при точке росы. Результатом является проект, оценка окупаемости и четкое представление о модернизации. Поскольку экономия является непрерывной, а отдача высокой, сбор этих данных — небольшой шаг, который открывает доступ к одной из наиболее ценных инвестиций в повышение эффективности, которые может сделать тепловая электростанция.

Часто задаваемые вопросы

Источники и дополнительная литература: информация о продукции SHPHE; общие правила утилизации отработанного тепла дымовых газов. Точка росы кислоты и степень рекуперации зависят от состава топлива и газа — уточните эти параметры при расчете тепловой мощности.