Котел-утилизатор: принцип работы, это для отходящих газов, схема утилизационного пиролизного котла, производство

Принцип работы котла утилизатора, как работают котлы утилизаторы

Что такое котел утилизатор? Это котел, который в качестве источника топлива использует теплоту уходящих газов мартеновских печей, плавилен, сушильных цехов и так далее. Разобраться, как работает котел утилизатор и какие особенности он имеет, предстоит далее.

Зачем нужны котлы утилизаторы?

В реальной жизни человек привык к тому, что энергией называют только электричество. На деле помимо электричества существует еще и тепловая энергия. Причем не известно, что важнее. Тепловая энергия регулярно используется человечеством в виде тепла для приготовления пищи, горячей воды и пара, который вращает огромные турбины для получения того самого электричества.

Но технологический процесс зачастую не предусматривает утилизации остаточного тепла в уходящих газах. В особенности это касается высокотемпературных химических производств и заводов металлургии. Уходящие газы здесь достигают температуры 1200 градусов. Помимо бесполезной траты денег, выброс газов приводит к ухудшению экологической ситуации. Использование котлов-утилизаторов значительно снижает ущерб, наносимый окружающей природе.

Схема работы газотурбинной установки с котлом утилизатором

Отличие от обыкновенных котлов

Обычный котел условно можно разделить на несколько частей:

Топка. Здесь топливо преобразуется в тепло уходящих газов.
Емкость с водой или барабан. Здесь находится отработанная водно-паровая смесь. Сюда же подводится питательная вода.
Теплообменник. Грубо говоря это ряды труб на пути отвода газов. По трубам течет вода. Уходящие газы отдают тепло через стенку, превращая воду в пар.

Устройство котлов –утилизаторов немного отличается. У них топки нет. Ее роль выполняет технологический процесс производства. Часто газы перед подачей в котел пропускают через камеру сжигания частиц, чтобы отчистить уходящие газы от шлаков и других твердых загрязнений, способных повредить внутреннюю поверхности оборудования котла.

Разрез котла-утилизатора

По той же причине в котлах-утилизаторах нельзя использовать обычные марки стали, все трубы выполняются из высших сортов металла, чтобы уберечь оборудование от воздействия твердых частиц.

Принцип работы

Принцип работы котла-утилизатора – это не сложный процесс. Представим себе пространство, чаще всего трубу, заполненную отсеками труб с циркулирующей в них водой. Использовать отсеки дешевле, поскольку на каждый отсек устанавливается отдельный насос, поддерживающий циркуляцию жидкости. Много малых насосов дешевле большого той же мощности. Принудительная циркуляция жидкости ускоряет парообразование.

Вода под воздействием температур делится на слои, каждый из которых обладает своей плотность. Вследствие прогревания нижних слоев и подъема их наверх, происходит перемешивание и циркуляция жидкости в трубах. Механическая циркуляция значительно ускоряет этот процесс. Использование насосов позволяет распределять тепло равномерно.

Сквозь трубы с водой проходят отработанные дымовые газы с высокими температурами. Отработанные газы служат источником тепла. Для ускорения процесса на входе в котел стоит вентилятор. Все устройство содержит в себе несколько вентиляторов, которые позволяют несколько раз прогнать дым сквозь топку для достижения максимального эффекта.

После котла пар поступает к потребителю, откуда возвращается в бак с водой. К баку происходит постоянное подмешивание подпиточной воды. Цикл не может постоянно использовать одну и ту же жидкость, потери при прохождении сети труб от котла к потребителю неизбежны.

Чтобы понять принцип работы-котла утилизатора, необходимо знать, как происходит подготовка питательной воды. Для ее подготовки используется деаэратор, который избавляет воду из общегородской сети от примесей калия и магния. Именно эти элементы отвечают за образование накипи. Без предварительной отчистки трубы в котле и на пути к потребителю быстро зарастут. В лучшем случае это ухудшит теплообмен, в худшем полностью остановит работу котла.

Перед подачей в барабан подготовленная вода подогревается, чтобы снизить теплопотери паровой смеси на нагрев внесенной жидкости. Для этого используется экономайзер. Принцип работы экономайзера не отличается от принципа работы теплообменника в самом котле: это сеть труб, через которые вода течет в барабан котла. Через эти трубы отработанный газ после теплообменников уходит в атмосферу.

Экономайзер

Обратите внимание: через экономайзер вода не циркулирует, а протекает сразу в барабан котла по змеящемуся трубопроводу. Дым здесь так же не циркулирует, просто проходя сквозь трубы. Нагреть питательную воду отработанными газами невозможно, использование насосов и вентиляторов здесь нецелесообразно. Газ на этом этапе уже отдал максимальный запас тепла, задача экономайзера – сделать цикл еще экономичнее.

Так вкратце выглядит схема работы котла-утилизатора.

Классификация

Выделим основные виды котлов-утилизаторов:

По конструктивному обустройству системы труб: водотрубные и газотрубные котлы.
По температуре используемого газа: низкотемпературные и высокотемпературные.
По параметрам пара на выходе из котла: низкого давления, повышенного давления и высокого давления.
В зависимости от конструкции: туннельный, башенный и горизонтальный. Конструкция в основном выбирается в соответствии с особенностями помещения и используемыми газами. Туннельный тип наиболее эффективный, поскольку он подразумевает длинный путь прохождения уходящего газа.

Кроме того, выделяют котлы с естественной и вынужденной циркуляцией жидкости и газов. Но использовать естественную циркуляцию сегодня невыгодно. Это было оправдано в годы, когда насосное оборудование стоило дорого и не было возможности подобрать устройство для каждой конкретной машины. Сегодня такая возможность есть.

Использование принудительной циркуляции позволяет уменьшить габариты котла, сделать его более эффективным и экономически целесообразным. Эффективность котла измеряется в Вт, то есть единицах тепла в единицу времени. Мощность котла соотносится с теплопотребностью здания при выборе оборудования.

При подборе утилизатора учитывается так же и максимальные возможности уходящих газов по отдаче тепла. Вытянуть всю энергию не получится, это противоречит второму закону сохранения энергии.

Куда расходуется пар?

Утилизаторы устанавливаются на заводах. Завод это не только станки и плавильни, еще это сеть столовых, залы для отдыха и система отопления. Чаще всего пар используется для нужд самого завода. Этот теплоноситель бежит по трубам отопления, подогревает воду для хозяйственных целей, используется для нагрева поступающего в помещения воздуха.

Если мощности завода позволяют, то частично пар может использоваться для отопления близлежащих домов. Но это большая редкость, поскольку столь громадные предприятия в наше время убыточны, а потому не нужны.

Утилизаторы для дома

Котлы-утилизаторы для дома не используются и точка. Это огромные агрегаты промышленного назначения. Утилизировать газы, которые появляются в процессе эксплуатации дома просто нерентабельно, а значит не нужно. Поэтому для домов любых размеров, включая многоквартирные строения, утилизаторы не используются. Этот аппарат был изобретен для заводов и исключительно в промышленности используется до сих пор.

Эффективность котла-утилизатора: 3 составляющих

Эффективность использования теплоты отходящих газов в котлах-утилизаторах зависит от температуры отходящих газов, тепловой мощности и режима поступления газов в теплоиспользующую установку Котел-утилизатор используют для того, чтобы избавиться от отходов, при этом используя энергию, которая могла бы быть просто потрачена без толку. Обычно промышленные предприятия избавляются от газов, просто выбрасывая их в атмосферу. При этом газы могут иметь такую высокую температуру, которая позволяет использовать их энергию для работы котла-утилизатора. Котлы способствуют эффективному использованию топлива, и при этом выполняют свою функцию. Особенность котла-утилизатора в том, что он работает на тепле, которое вырабатывается от других технологических процессов.

Классификация котлов-утилизаторов

Для того чтобы котел-утилизатор работал эффективно, ему необходимо тепло, которое можно получить в ходе сжигания газов, образующихся от разных технологических процессов. Котел не предназначен для того, чтобы работать, используя собственную топочную камеру. Важно следить за составом используемых газов.

Если в состав газов, предназначенных для сжигания, входят физические и химические элементы, то последние нужно сжигать.

Характерной чертой работы промышленных систем утилизации является использование газов, в которых содержаться разнообразные мелкие частицы. Частицы могут находиться как в жидком, твердом, так и в газообразном состоянии. Появлением частиц сопряжено с работой установок, используемых на производстве. Это могут быть металлические частицы, шихт, шлак или окалин.

Что влияет на классификацию котла утилизации:

Температура газа. Оборудование может быть низкотемпературным и высокотемпературным. При низкой температуры тепловая энергия подается путем посредством конвенции. Высокие показатели говорят об излучении. Если температура превышает 1100 градусов, то стоит ожидать сгорания жидких продуктов и их перехода в агрегатное состояние.
Пар. Оборудование может работать при низком, повышенном и высоком давлении.
Передвижение жидкости. Жидкости, пар и продукты сгорания движутся по котлу, который может быть газотрубным или водотрубным.
Способ передвижения жидкости. То, как жидкость движется в контуре испарения, влияет на естественную и принудительную циркуляцию в котле.

На классификацию котлов влияет комплектация и качество нагревательных поверхностей. Оборудование может быть башенным, горизонтальным и туннельным. Если устройства работают на низких температурах, то их поверхность называется змеевиковой конвективной нагревательной поверхностью.

Принцип работы котла-утилизатора

Все газотрубные устройства можно разделить на два типа: те, которые располагаются вертикально, и те, которые – горизонтально. Агрегаты аще всего устанавливают поблизости от обжиговых, мартеновских и других видов печей. Нельзя сказать, что газотрубное оборудование представляет собой слишком мощные агрегаты.

Для оптимизации расходов тепловой энергии и повышения эффективности работы предприятий используются промышленные котлы утилизаторы отходящих газов

Принцип работы котла заключается в том, что разогретый до очень высокой температуры газ, уходит из печи и направляется в нижнюю часть газохода оборудования.

В области газохода располагаются настенные элементы (ленты и экраны) и пароперегревательный конвективный пакет. Тепло превращает воду в пар. Вода и пар циркулируют по поверхностям стенок котла. Чтобы поддерживать стабильный тепловой потенциал, перед утилизатором устанавливают предпоток, оснащенный газовой горелкой.

Как работают трубные утилизаторы:

В основе работы лежит принцип многоразовой принудительной циркуляции. Именно поэтому вид испарительного элемента может быть любой необходимой конфигурации. Испарительный элемент разделяют на секции, подключенные параллельно: это уменьшает сопротивление области испарения и приводит в действие циркуляционные насосы.
Вода поступает в котел и проходит экономайзер, перенаправляясь в барабан агрегата отопления. Из него жидкость выкачивает насос, затем она перенаправляется в пакеты испарения.
В барабане происходит разделение паровых смесей и воды. Это приводит к тому, что из пара в агрегате выделяется вода.

Через паронагреватель пар переходит в систему отопления. Сам котел утилизатора может иметь П-образную, горизонтальную или башенную форму. На выбор конструкции влияет место, в котором будет установлен котел.

Котел-утилизатор: это что

Принцип работы котла-утилизатора заключается в использовании энергии тепла, выделению которой способствуют промышленные технологические процессы. Когда в состав газов, на которых работает котел, входят химические составляющие, то их сжигают. Котел утилизации – это прибор, который способствует генерации энергии в виде горячей воды, нагретого пара или потока воздуха.

Среди всего промышленного котельного оборудования котлы утилизаторы газов выделены в отдельную категорию относительно своей конструкции

Специфичность работы оборудования заключается в том, что газы содержат мелкие частицы, пребывающие в разнообразных физических состояниях.

Работа печей происходит при очень высоких температурах, что приводит к тому, что в процессе плавления металла в отходящих газах образуются мелкие элементы. Использование теплоты газов позволяет повысить коэффициент использования энергии топлива. На эффективность работы котла влияет мощность тепла.

По каким признакам разделяют котлы:

Температура;
Параметры пара;
Движение пара;
Способ движения воды;
Компоновка;
Поверхность нагрева.

Различные установки и оборудование выделяют тепло, которое котел-утилизатор успешно использует для своей работы. Такие котлы считаются очень производительными и экономичными. Его особенность заключается в отсутствии устройства топки.

Варианты котлов-утилизаторов отходящих газов

Газотрубные котлы-утилизаторы широко используются в промышленности. Для работы котлов используется тепловая энергия дымовых газов. Такое устройство не подключают к топливопроводу или другим сетям, подающим энергоноситель. Чтобы энергия использовалась эффективно, необходимо устанавливать котел там, где находится выходной отрезок.

Котлы утилизаторы используют для образования энергии тепло отходящих дымовых газов, которые являются побочным продуктом производства

Если сравнивать со стандартными котлами, можно сказать, что котлы, утилизирующие отходящие газы, имеют больший КПД, что снижает уровень вредных выбросов в атмосферу.

Котлы можно приобрести у отечественных и зарубежных производителей. Теплоноситель нагревается за счет того, что газы движутся вдоль труб. Такой тип оборудования используют для того, чтобы производить пар, характеризующийся низким и средним давлением.

Варианты котлов:

Имеет естественную или принудительную циркуляцию.
В состав входит один или несколько барабанов.
Модели котлов могут быть газотрубными или водотрубными.

Схема кота выглядит следующим образом: стальной корпус, пучок жаропрочных трубок, нагревательные и испарительные поверхности, штуцеры, подающие питательную воду, система, предназначенная для отвода ненужных газов. Утилизационные котлы могут быть вертикальными и горизонтальными. Выбор модели зависит от того, где будет расположено оборудование. Эффективен пиролизный котел-утилизатор, который работает на резине.

Как работает котел-утилизатор (видео)

Широкое производство котлов-утилизаторов оправдано их высокой эффективностью и экологичностью. Они способствуют меньшему загрязнению окружающей среды, работая на сжигаемых газах. Тепло, которое вырабатывается от технологических процессов, используют для работы котлов, что очень оправданно.

Котел утилизатор: принцип работы простой и эффективный

Новшества в производстве котлов дают возможность экономить на топливных ресурсах. Одна из последних разработок — котел утилизатор.

Широкое применение эти агрегаты нашли в промышленности. Котлы вызвали особый интерес среди населения, так как растет цена на энергоносители. Топливные утилизаторы получили название пиролизные по принципу своей работы.

Принцип работы

Схема работы типичного утилизационного котла. (Для увеличения нажмите)

Работа котла происходит следующим образом.

С помощью нагнетательного вентилятора в камеру для топлива поступает первичный воздух. Топливо начинает гореть с нижнего слоя.

Пиролизные газы (газы, которые образуются при сжигании чего-либо в условиях недостатка кислорода) поступают во вторую камеру горелку (озонатор) для сгорания при температурном режиме до 1000°C в озоновой среде.

С помощью озонатора создается высокая окислительная среда СО (угарного газа), что позволяет полностью/частично сгореть газам, выделяя при этом дополнительное тепло.

Одновременно снижается образование копоти, гари. Высокая температура разрушает диоксин, креозот, разлагает сложные органические соединения. Такой подход к технологическому решению позволяет утилизировать, используя в качестве топливных ресурсов, отходы бытовой и промышленной структуры.

Такой простой, на первый взгляд, принцип работы котла утилизатора позволяет давать высокий КПД (коэффициент полезного действия), равный 86-94%. (Для сравнения: при сгорании органического топлива обычным путем КПД составляет 40%.)

[advice]Полезно знать: многие отходные газы содержат физические и химические ядовитые вещества, а при их полном или частичном сгорании ущерб окружающей среде сводится к минимуму.[/advice]

Комплектующие

Конструкция котла утилизатора состоит из:

Нагнетательных вентиляторов, функция которых – обеспечивать подачу воздуха; для вентиляторов существует двухрежимное управление:
- автоматическое при помощи блока управления;
- ручное;
Защитного клапана;
Камеры загрузки, используемой для укладки топлива, в ней образуются пиролизные газы. Для ее изготовления применяют жаростойкий материал. Прилегает дверца герметично для безопасного функционирования, также предусмотрена дополнительная дверца со смотровым окном;
Камеры горения, где сжигаются пиролизные газы; она изготавливается из листовой стали;
Озонатора (второй камеры, где горят пиролизные газы);
Горелки и ловушки факела, расположенных между двумя камерами; через горелку подаются газы; соединяются газ, воздух и озон;
Теплообменника, забирающего на себя все произведенное тепло с помощью водяной рубашки и передающего его теплоносителю;
Дымоходного клапана, обеспечивающего догрузку топливных материалов без дыма;
Навеса (для наружной установки).

Все конструктивные части, в которых происходит горение, производят из жаростойких материалов. Согласно требованиям конструкции и желанию покупателя могут быть дополнительные комплектующие, такие как дополнительный источник подачи бесперебойной электроэнергии, если часто отключают электричество.

[warning]Стоит отметить: при недостатке подачи кислорода происходит процесс тления, что позволяет увеличить температуру в агрегате, время между загрузками топлива также увеличивается, а на выходе нет дыма.[/warning]

Топливные ресурсы

Топливом для таких котлов могут быть не только дрова, уголь, торф.

Пиролизный котел позволяет использовать разнообразные отходы, при этом КПД будет варьироваться от 80- 96%, согласно составу энергоносителей.

Подходят следующие виды топлива:

дерево и отходы из него, куски ДСП, опилки, обрезки, кора, шпалы, окрашенные доски;
резиновые отходы, покрышки от любого автомобиля, отходы от производства резиновых изделий;
пластиковая тара, упаковочные материалы, обломки пластиковых изделий, отходы от производства пластмассы, корпусные изделия;
кожа, дермантин, тряпочные отходы, остатки от производства швейных, обувных изделий;
бумага, картон;
строительные отходы, битумные куски, рубероид.

Многофункциональная защита

Защищенность котла обеспечивает долгосрочную и надежную работу в разных обстоятельствах и аварийной ситуации.

Наиболее защищенными считаются те конструкции, которые имеют до 7 уровней защиты:

Наличие охлаждающего теплообменника с аварийным термостатом от перегрева агрегата.
Оснащение специальными системами для защиты насосов от заклинивания.
Система с электрическим тэном, не позволяющая котлу замерзать.
Безопасный клапан, защищающий от избытка давления.
Системная защита от закипания, когда отключают электропитание.
Система для удаления дыма.
Контроль наличия СО в газах на выходе из трубы.

Благодаря такому спектру защиты котел можно эксплуатировать без личного присутствия и постоянного контроля за его работой.

Блок управления

Автоматический блок управления регулирует работу вентиляторов и водного насоса. Достаточно нажать одну кнопку, чтобы выбрать меню.

К блоку подключен комнатный термостат, что позволяет поддерживать нужную температуру.

Если заканчивается топливо или температура поднимается выше 90°С, то этот блок подает звуковой сигнал. С помощью этого устройства можно установить температуру, при которой включится вентилятор, и остановить котел, чтобы добавить топливо.

Его преимущества – плавная работа и возможность управления основными компонентами котла. Он также срабатывает в случае аварии.

Котел утилизатор – хороший выбор, позволяющий экономить деньги и бережно относиться к окружающей среде.

Смотрите видео, в котором пользователь демонстрирует устройство бытового котла-утилизатора:

Эффективная утилизация отходов с помощью котла

Котел утилизатор — это устройство, работающее на тепловой энергии, получаемой из газов дизельного и газотурбинного оборудования, а также, сушильных барабанов, туннельных и вращающихся печей. Такие котлы используют энергию, которая в противном случае, была бы потрачена впустую, ведь на промышленных предприятиях значительная часть газов выбрасывается просто в атмосферу. Между тем, температура выходящих градусов может доходить до тысячи градусов, поэтому не использовать такую энергию было бы нерационально.

Утилизаторы позволяют задействовать тепло выходящих газов, повышая тем самым коэффициент использования топлива. Кроме того, утилизация дает возможность сократить выбросы в атмосферу вредных веществ.

Особенности оборудования

Котел утилизатор работает без собственной топочной камеры. Такой агрегат использует тепло, получаемое в ходе других технологических процессов.

Обратите внимание! Когда в составе выходящих газов имеется как физическая, так и химическая составляющая теплоты, то последнюю имеет смысл сжечь.

Одна из характерных черт функционирования промышленных утилизационных систем состоит в том, что в выходящих газах могут находиться множество небольших частиц. Они бывают в жидком, твердом или газообразном виде. Возникают частицы вследствие работы производственных установок и представляют собой осколки металла, шихты, шлака или окалины. Жидкие частицы — результат выплавки металлов. В целом, образование этих микроотходов связано с повышенными температурами, применяемыми при металлообработке.

На эффективность утилизации выходящих газов оказывает влияние тепловая мощность отопительного агрегата, режим подачи в него отходов и их температура. Объем и температура выходящих газов зависит от количества сжигаемого топлива и характера промышленного процесса. Значительный объем шихтовых газов выдается в цветной и черной металлургии — при продувании конвертеров кислородом.

Схема котла-утилизатора с принудительной циркуляцией: 1 — барабан; 2 — испарительная часть; 3 — пароперегреватель; 4 — водяной экономайзер.

Как сказано выше, на функционирование утилизатора большое влияние оказывает режим подачи в него газов. Промышленное оборудование (особенно это относится к конвертерам) часто работает циклично, что отрицательно сказывается на продуктивности котельного агрегата.

Котел утилизатор можно классифицировать по следующим параметрам:

По температуре газа, подающегося в агрегат. По этому параметру оборудование подразделяется на: низкотемпературное (менее 900 градусов) и высокотемпературное (свыше 1000 градусов). В условиях низких температур передача тепловой энергии осуществляется благодаря конвекции, а при высоких показателях — в процессе излучения. При температурах, превышающих 1100 градусов, жидкие продукты сгорания меняют свое агрегатное состояние.
По паровым характеристикам котел утилизатор может относиться к 3 классам: оборудования с низким давлением (1,5 МПа и 300 градусов), с повышенным давлением (4,5 МПа и 450 градусов), и с высоким (от 10 до 14 МПа и 550 градусов).
По принципу передвижения жидкости, пара и продуктов сгорания утилизационные котлы разделяются на два типа: газотрубные и водотрубные.
По способу передвижения жидкости в испарительном контуре утилизирующее оборудование дифференцируется на котлы с естественной и принудительной циркуляцией.
По комплектации и нагревательным поверхностям оборудование подразделяется на такие типы: башенный, горизонтальный и туннельный. В низкотемпературных устройствах применяется змеевиковая конвективная нагревательная поверхность. В высокотемпературных модификациях — конвективно-радиационная поверхность.

Принцип работы газотрубных утилизаторов

Газотрубные агрегаты бывают двух типов: расположенные по вертикали и по горизонтали. Такое оборудование чаще всего применяется возле мартеновских, обжиговых и других печей. Газотрубные устройства характеризуются относительно незначительными показателями мощности.

Котел утилизатор газотрубной модификации работает так: разогретый газ (температура примерно 1200 градусов) покидает печь и поставляется в нижнюю область газохода агрегата. В этой части находятся W-образные настенные поверхности (в виде лент и экранов), а также, конвективный пакет пароперегревателя.

Газотрубный котел-утилизатор ТКЗ типа КУ-40. 1 — пароперегреватель; 2 — трубная поверхность; 3 — дымосос.

Под воздействием тепла вода преобразуется в пар. Далее смесь воды с паром начинает циркуляцию по настенным поверхностям. В ходе процесса котел производит пар под давлением до 4,5 МПа и температурой до 440 градусов. Это дает возможность получить высокие показатели мощностных характеристик — до 8 МВт. Для поддержания стабильного теплового потенциала, до утилизатора ставится предтопок с газовой горелкой.

Принцип работы водотрубных утилизаторов

В основу работы таких утилизаторов заложена многоразовая принудительная циркуляция, благодаря чему, испарительный элемент можно изготавливать в любой необходимой конфигурации. Испарительный элемент разделяется на ряд параллельно подключенных секций, что дает возможность сильно уменьшить сопротивление испарительной области и задействовать циркуляционные насосы небольшой мощности.

Вода, поступающая в водогрейный котел, проходит через водный экономайзер, и далее перенаправляется в барабан отопительного агрегата. Оттуда жидкость выкачивается насосом и через шламоотделитель перетекает в испарительные пакеты. Последние подключаются параллельно.

В барабане осуществляется сепарирование смеси пара и воды, в результате чего вода в водогрейном агрегате выделяется из пара. Далее пар направляется через пароперегреватель в отопительную систему. Схема котла утилизатора бывает, как П-образной, так и горизонтальной или башенной. Этот параметр определяется местом установки оборудования.

Схема работы вертикального (а) и горизонтального (б) водотрубного котла-утилизатора

Утилизаторы в когенерационном и парогазовом оборудовании

В парогазовых агрегатах применяются котлы, в которых пар имеет среднее или высокое давление. После получения пара, он задействуется в паровой турбине. Помимо пара, в парогазовой установке в качестве энергетического источника используется энергия выходящих газов.

Конструкция парогазового оборудования предусматривает водотрубные котлы с конвективными нагревательными поверхностями и многоразовой циркуляцией принудительного типа. Конструктивные данные отопительного агрегата зависят от показателя мощности паровой турбины. Разные модели имеют от одного контура до 2 независимых контуров с разными показателями парового давления.

Подобные барабанные котлы производят пар с показателями давления от 0,65 до 8 МПа. При этом, водогрейная часть выдает горячую воду, получаемую при утилизации тепловой энергии из выхлопов газовой турбины.

В когенерационных установках используется тепло выхлопов поршневых двигателей и газовых турбин. Получаемый пар применяется для нагрева воды в отопительной системе или же для технических целей. Котлы в когенерационном оборудовании производятся с одним контуром и с принудительной циркуляцией.

Принципиальная схема работы котла-утилизатора в когенерационном и парогазовом оборудовании

Пиролизные котлы

Такие котлы отличаются от обычных твердотопливных агрегатов тем, что могут работать также и с бытовыми и промышленными отходами. Пиролизные котлы оснащаются озонатором, благодаря чему достигается высокий температурный режим, позволяющий сжигать даже полимерные материалы, битум, резину и многое другое.

Пиролизное устройство функционирует с применением принципа газогенераторного горения. Его особенностью является бездымное горение при сжигании вторичных газов.

Тепловой расчет утилизатора

Имея перед собой характеристики выходящих газов ГТУ, параметры пара и зная температуру воды, можно сделать тепловой расчет котла утилизатора. Задача расчета состоит в выяснении показателей воды, пара и газа, передаваемых в отдельных областях утилизатора. Это даст возможность установить их поверхность и избрать нужные конструктивные формы.

Делая расчет, нужно принимать во внимание тот факт, что тепловая энергия поступает от горячих газов к пару или воде, а значит, температура газов всегда больше, чем температура воды или пара. Однако чем меньше разница между этими температурами (температурный напор), тем рациональнее отдается тепловая энергия в паротурбинный контур.

Котел-утилизатор: характеристики, принцип работы

Одной из главных задач оптимизации современного производства является сокращение вредных выбросов и отходов. Газовые смеси, вырабатываемые в процессе эксплуатации печей и тепловых агрегатов, составляют значительную долю продуктов сгорания, которые никак не используются, но загрязняют воздух. Поэтому даже на бытовом уровне современные бойлерные установки ориентируются на вторичное применение отходящих газов. С такими же целями на многих производствах внедряется котел-утилизатор, снижающий повышенные температуры обслуживаемых технологических смесей.

Устройство агрегата

При всей внешней схожести с обычными индустриальными котлами утилизирующее оборудование имеет существенные отличия. Преимущественно они обусловлены особенностями греющего теплоносителя, в устройстве которого делается расчет на возможность охлаждения запыленных газов. В ином случае камера теплового обмена может запылиться и утратить рабочие качества, так как будет увеличено и гидравлическое сопротивление по отношению к проходящим смесям. Типовые конструкции газовых котлов-утилизаторов предусматривают наличие двух отсеков с газотурбинными камерами. За функцию регуляции рабочих параметров сжигания отвечает перепускной газоход с шибером. Это своего рода байпас, одновременно повышающий эффективность регуляции теплообмена и минимизирующий аварии из-за механического перенапряжения корпуса. Поскольку речь идет о работе в условиях экстремальных температур, функциональные элементы и расходники выполняются из специальных марок сталей. В частности, трубы с предохранителями имеют жаропрочные покрытия и закаленную основу. Сам корпус тщательно герметизируется, а испарительные контуры замыкаются в одну циркуляционную цепь с выводом в дымоход.

Основные характеристики агрегатов

Корпус изготавливается из толстых листов стали – до 15-20 мм. Для внутренних камер сгорания может применяться и более прочный сплав, что будет зависеть от интенсивности планируемого рабочего процесса. Для циркуляционных контуров обычно используют трубы диаметром до 30 мм и толщиной стен порядка 2-3 мм. С точки зрения эксплуатационных возможностей, ключевым параметром является температурный предел. На входе это значение может составлять 300-1200 °C. После завершения технологического процесса на предприятия его печь отдает технологические газы с такими показателями. На выходе температурные характеристики котлов утилизаторов понижаются до 150-200 °C, при этом рабочее давление может составлять до 50 атм. Поэтому конструкция должна рассчитываться не только на тепловые, но и на физические нагрузки при эксплуатации под высоким давлением. В зависимости от модели утилизаторы могут выполнять и задачи подогрева воды с паром. Например, в качестве оборудования для ГВС комбинированная бойлерная установка подготавливает теплоноситель до 80-100 °C.

Принцип работы газотрубных котлов

Одна из наиболее практичных и распространенных моделей котла рассматриваемого типа, конструкция которого может быть горизонтальной и вертикальной. Газотрубные модели используют в обслуживании производственных отходов обжиговых и мартеновских печей. Рабочий же процесс основывается на том, что горячая газовая смесь с температурным режимом порядка 1200 °C переправляется из промышленной печи в газоприемный канал перерабатывающего оборудования. Эту часть котла составляют настенные поверхности W-образной формы. Как правило, это конструкции из экранов и лент. В дальнейшем принцип работы котлов-утилизаторов газотрубного типа строится на функции конвективного пароперегревателя. При нагреве горячей воды происходит образование пара. Комбинация жидкости и паровых масс формирует смесь, циркулирующую по вышеупомянутой W-образной конструкции, захватывая большую площадь температурного распределения. Данный процесс использует энергию поступающего газа, при этом образуя пар с горячей водой – ресурсы, которые могут применяться в рамках технологии производства на том же предприятии.

Принцип работы водотрубных котлов

Тоже предполагается подогрев жидкости с выделением пара, но в данном случае поступление водного носителя организуется через экономайзер. После этого он проходит в отопительный барабан, где преобразуется в пар. Процедура выработки тепла осуществляется в ходе сепарирования воды и паровых смесей в приемном резервуаре. Подключение разных технологических контуров к барабану может быть параллельным или последовательным – зависит от конструкции печного источника газовой смеси, с которым взаимодействует котел–утилизатор. Принцип работы также предусматривает прохождение воды через фильтрацию в шламоотделителе и переход в испарительные пакеты.

Особенности когенерационных и пиролизных котлов

Это два типа утилизаторов, которые напрямую не относятся к промышленным технологическим сжигателям отходов. Что касается когенерационной установки, то она принимает в качестве топлива не только газы, но и полимерные твердотельные материалы, позволяя получать на выходе и горячую воду с паром, и электроэнергию. Столь широкая функциональность достигается за счет интеграции в устройство дополнительных силовых агрегатов, которые и обеспечивают высокую производительность. Для сравнения, обычный паровой котел-утилизатор проектируется с расчетом на полную независимость от сторонних источников энергии. Его работа энергетически обеспечивается отходами промышленных печей. В свою очередь, пиролизные котлы осуществляют вторичную переработку не только в условиях производства, но и в быту. Их особенностью является универсальность с точки зрения подключения к отопительным агрегатам с разными конструкциями и рабочими характеристиками.

Комплектация котла-утилизатора

Хотя и в базовом оснащении конструкции такого оборудования получают широкий набор вспомогательных устройств, по мере расширения предприятия или в ходе его переориентации может возникнуть потребность в разного рода дополнениях. В частности, системы защиты представляют собой навесные элементы, предохранительные блоки, жаростойкие экраны и запорные клапаны. Для устройства сложных циркуляционных систем применяется сантехническая арматура, позволяющая конструировать теплообменники разного устройства. Для поддержки достаточного давления котел-утилизатор также обеспечивается насосным оборудованием и вентиляторами с функцией нагнетания воздуха.

Системы управления котлами

Самая простая схема регуляции рабочих параметров реализуется через органы ручного контроля. Корпус содержит панель с ключевыми инструментами, позволяющими устанавливать настройки по температуре, давлению, времени сгорания и т. д. В более современных модификациях котел-утилизатор снабжается электронными средствами управления. К основному реле могут подключаться датчики, контроллеры, таймер с контрольно-измерительной аппаратурой и модули дистанционного управления. Оператор с диспетчерской комнаты полностью контролирует процесс, а при необходимости программирует автономную работу оборудования на определенные режимы с заданными параметрами.

Заключение

Качество утилизации технологических продуктов переработки на предприятии зависит не только от характеристик и рабочих свойств котла, но и от условий эксплуатации. В первую очередь, для полноценного функционирования агрегата должны быть подведены все необходимые инженерные коммуникации. Далее выполняются монтажные операции. Как правило, установка котлов-утилизаторов производится на фундаментной платформе, специально подготовленной базе или высокопрочной стяжке. Затем выполняется подключение к печам, вентиляционным каналам, системе водоснабжения, каналу дымоудаления и т. д. Обслуживание преимущественно сводится к удалению отложений от газовых смесей на рабочих поверхностях. Для этого применяют методы виброочистки, абразивного пескоструйного воздействия и обмывки специальной химией.

Котел-утилизатор: принцип работы, это для отходящих газов, схема утилизационного пиролизного котла, производство

Главная » Котлы утилизаторы » Котлы утилизаторы: характеристики и принцип работы

Котлы утилизаторы: характеристики и принцип работы

Котлы утилизаторы, как правило, не оснащаются собственными топочными камерами. Для сгорания в форсуночной камере используются газы и выхлопы, которые образуются в процессе металлургического производства или работы тяжелых агрегатов, установок и ДВС.

Характеристики котлов утилизаторов

Целесообразность применения таких котлов объясняется потребностью сжигания газов, в которых имеется составляющая топливной структуры, особенно это применимо для дизелей и двигателей внутреннего сгорания.

Работа котлов утилизаторов основана на следующих особенностях: они производят и аккумулируют энергию в виде сильно нагретой воды, потоков пара или конвекции воздуха.

Эта энергия может свободно использоваться для получения других видов энергии или механической работы.

Котел утилизатор устройство которого открывает широкие перспективы для использования энергии тепла от сгорания топлива – это значительно увеличивает коэффициент полезного действия самого топлива и установки, уменьшает температуру нагрева агрегата, позволяет улавливать вредные газы и выхлопы.

Температура газа и его объем напрямую зависят от вида производства. Статистика показывает, что самые большие отходы газов имеет нефтеперерабатывающая отрасль. Также, очень много газовых выбросов образует металлургическая промышленность.

В этом производстве образуется шихтовый газ – среда, в которой содержится металлическая окалина, которая создает хорошие условия для воспламенения и сжигания газа.

Мощность котла, как базисного элемента системы отопления, равняется теплопотере всей сети, обеспечивающей помещение с определенными габаритами и теплотехническими свойствами.

Что такое пеллетные котлы, читайте здесь.

Режим, который объясняет поступление газа в котел, является не менее важным фактором. Большинство технических установок имеет циклический характер подачи, а это не очень хорошо влияет на “питание” котла утилизатора.

В этом случае котел работает с очень малыми объемами газа, а это значит, что их дополнительное применение нецелесообразно.

Часто такое наблюдается в цехах инверторного производства сварочных работ аргоновой сваркой, где используется замкнутый цикл без большого количества отходов.

Особенности и виды котлов-утилизаторов

Разные характеристики, которые зависят от температуры газов, поступающих в котел. По данной температурной характеристике котлы делятся на: низкотемпературные (с T ниже 600 градусов Целься) и высокотемпературные (с T выше 1100 градусов Цельсия). Если температура газа низкая, то циркуляция происходит конвекционным типом, при высокой – излучение теплового воздуха. При температуре свыше 1300 градусов структура твердых примесей газа меняет свое состояние на газ.
Пар, который образуется с помощью утилизатора, имеет разные значения давлений: низкое или пониженное (Р = 1,5 МПа, t=400°С), умерено-повышенное (4,5 МПа и 450°С) и высокое (10-14 МПа и 550°С).
Водотрубные или газотрубные утилизаторы различают по способу движения всех рабочих тел: пара, воды, газа, отработки и тепла.

Деаэраторы атмосферного давления применяются в схемах приготовления питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения на ТЭС и в котельных.

Что такое вакуумные деаэраторы, вы можете узнать тут.

С принудительной или естественной циркуляцией. Котлы делят по виду перемещения жидкостей по технологическим линиям и регистрам.
Котел утилизаторы схема которого может иметь различную компоновку и варианты монтажа: башенные, напольные с креплением к пьедесталу, настенные и подвесные. Очень часто утилизаторы с использованием газа низкой температуры выполняют в виде змеевиков с переменной конвекцией.

Принцип действия газотрубных и водотрубных котлов

Утилизатор газотурбинного типа

Котлы, как правило, выпускаются в горизонтальном или вертикальном вариантах конструкции.

Они могут эффективно применяться в совокупности с мартенами и печами для обжига, которые не отличаются большими мощностными характеристиками и высокой температурой газа.

Газ с небольшой температурой выходит из печи в дымоуловительную установку и поступает в нижнюю полость утилизатора. Там находится специальное устройство-камера, которая повышает конвекционные характеристики.

Камера представляет собой пакет из металлических листов, которые отражают и направляют потоки тепла. Избыточное тепло образует пар из воды, который циркулирует в необходимых направлениях.

Пар, как правило, имеет характеристики около 400 градусов Цельсия и давлением больше 5 атмосфер – это позволяет образовать электрическую энергию чуть более 8 кВт.

Все утилизаторы оснащенные газовой турбиной имеют одинаковый принцип работы. Их часто применяют для уравновешивания температурного режима в установках большой мощности, но с малой отдачей отработанных газов. Их применение имеет экономическую целесообразность.

Утилизатор водотрубного исполнения

Газоутилизаторы, которые имеют систему принудительной циркуляции технологических жидкостей, тепла и пара, имеют очень активное применение в индустрии.

Принудительная циркуляция позволяет увеличивать показатели мощности и температуры пара с помощью использования автоматики и реле управления.

Камеры такого котла разделены на секции, которые оснащаются отдельными насосами циркуляции малой мощности.

Это позволяет аккумулировать тепловую энергию в каждой камере отдельно, а потом суммировать ее с помощью отражателей для приготовления пара и электрической энергии.

Вода для нагрева, которая необходима при парообразовании, поступает в камеры через дозирующее устройство – экономайзер.

Из камер вода поступает в специальные участки испарения, которые представляют собой замкнутые камеры с перфорацией для отвода тепла.

Настенные электрические котлы Protherm – это альтернатива газовому отоплению с целым рядом неоспоримых преимуществ!

Подробнее о деаэраторе дв, читайте здесь.

Образовавшаяся тепловая энергия снижает температуру газовой смеси за счет ее преобразования, отводит большую часть тепла от агрегатов и создает прекрасные предпосылки для энергосберегающих режимов в производстве.

Использование утилизаторов на производстве началось сравнительно недавно, но уже на первых этапах дало прекрасные предпосылки к снижению экономических затрат и повышению производительности.

Это надежный и испытанный вид техники, который используется совместно с большими и средними мощностями, дополняя их.